Электростатический вольтметр

Электростатический вольтметр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Класс 21е, 5 № 31067

AeTDPQHOE СВИДЕТЕЛЬСТВО НА ИЗОБРЕТЕНИЕ

ОПИСАНИЕ электростатического вольтметра.

К авторскому свидетельству А. М. Залесского, заявленному

22 ноября 1928 года (заяв. свид. № 35846).

О выдаче авторского свидетельства опубликовано 31 июля 1933 года. откуда

Предлагаемое изобретение касается устройства электростатического вольтметра и состоит в том, что с целью получения равномерной шкалы очертаниям его подвижных и неподвижных элементов придается такая форма, при которой удовлетворяется уравнение

dS А

dq> р+ а

В этом уравнении S обозначает площадь проекции подвижного элемента на йеподвижный, †уг поворота подвижногО элемента от нулевого положения, А и ив постоянные.. У

На чертеже фиг. 1 — 18 изобращают различные формы выполнения предлагаемого вольтметра; фиг. 19 — кривую зависимости V = f (y), где V — напряжение : на зажимах вольтметра, aq> — угол отклонения.

Если между двумя неподвижными пла= стинами поместить подвижную, то энергия такого конденсатора может быть определена как

У= С "., (1)

Вращающий момент, создаваемый але.: в ктрическими силами в такой системе,,"ра 202 вен производной от энергии -пЬ углу поворота, т.-е.

Емкость плоского конденсатора можно выразить приближенно уравнением

С=, - -(3) г где S — поверхность пластины конденсатора и а — расстояние между пластинами.

Поэтому, M

Т/г я (4)

Если противодействующий момент создается пружиной, то он будет равен г — +P. (5) Из равенства моментов при равновесии подвижного элемента следует

Т г Я вЂ” - — = Ку (6), 4 га d

У= 4каК, =К1 у а (7)

) = У )

Для того, чтобы шкала вольтметра была равномерной, необходимо, чтоб и было выполнено условие ч/

d5id = т (8) нли

Тогда при op=p получим 50. Уравнеwe (9) при этом получит вид

dS 1. (12) с(э Ф+ у.. а уравнение (7)

V=-Kl 9(9+ ). (13)

При малых углах © (сравнительно с и) это уравнение представляет квадратичную кривую, а при больших — прямую линию (фиг. 19). Выбирая величину и достаточно малой (например, 0.1), можно получить прибор с практически равномерной шкалой почти на всем ее протяжении.

Если написать уравнение (12) в таком виде:

dS .А

d(p |p+c „ (14) то это будет общее выражение для уравнения вольты(етра с равномерной шкалой.

dS 1, (9)

И <

Интегрируя, получаем

S = In ф+ С = In т р., (10)

Таким образом, для получения равномерной шкалы необходимо, чтобы:площадь конденсатора, образуемого подвижными и неподвижнйми элементами, изменялась в линейной зависимости от логарифма угла, поворота. Из уравнения (10), нетрудно видеть, . что при = О площадь S получает значение — . Таким образом очевидно, что получить равномерную шкалу на всем протяжении ее от нуля до полного отклонения прибора — невозможно. Практически, однако, возможно получить шкалу равномерную, начиная с нескольких процентов полного отклонения, применив такой способ. Заменим в уравнений (10) угол g на >+o, где а — малый угол, удовлетворяющий условию ти 1. (11) . Согласно - изобрбтению, описываемые . нийе формы выполнения вольтметра удо влетворяют уравнению. (14). Подвижному элементу может быть придана форма,: стрелки, а неподвижные выполнены в виде пластин или цилиндров. Так, например, изображенный .на фиг. 1 вольтметр со-.стоит из стрелки, представляющей собдй узкий и длинный .прямоугольник, и двух пластин. Стрелка может быть выполнена также в виде тонкого и длинного цилиндра. Она подвешивается на проводящей нити или ленте или же укрепляется на оси, удерживаемой от вращения спиральныМи пружинами. Пластины располагаются по обе стороны от стрелки (выше и ниже ее) и могут быть сделаны нескольких форм. Например, наружная кромка их очерчивается по дуге окружности, а внутренняя по уравнению

o = r — In (m(

p = r + In (m(e + а))., (16)

Согласно фиг. 3 внутренняя кромка пластин очерчена по уравнению р, = r — In (т, (

p = «+1п (т ((р+ Д). (18)

Стрелке можно придать вид кругового сектора (фиг. 4) или сдвоенного кругового l сектора (фиг. 5). при увеличении внутреннего угла которого 8 увеличивается,чувствительность и уменЬшается. равномерность шкалы прибора., Пласт ны в этом случае имеют наружную кромку, очерченную по дуге окружности радиуса r, a внутреннюю кромку — по уравнению, р = gr — 1п(т(с +а)), (19) где значения букв те же, что и-в преды.дущих уравнениях. Наружную кромку пластин можно очертить по уравнению

p =.g r + Iп (m (+ а)), а внутреннюю по уравнению

p = гг — In (т(р+а)).

Несколько иная форма выполнения изображена на фиг. 8. В этом случаепластины имеют форму квадрантов, из коих две пары электрически соединены между собою и присоединены к одному полюсу источника напряжения, а другие две пары электрически соединены между собой и присоединены вместе со стрелкой к другому полюсу. Стрелка может иметь три формы: 1) внутренняя кромка стрелки очерчена по дуге окружности радиуса r, а наружная — по уравнению р.= y r + (20)

9 где р имеет прежнее значение, b и а— постоянные, зависящие от напряжения прибора, желаемой чувствительности и степени равйомерности его шкалы (фиг. 8);

- 2) наружная кромка стрелки очерчена по дуге окружности радиуса r, а внутренняя— по уравнению

p,= гг — (фиг. 9); (21) р+а

3) наружная кромка стрелки очерчена по уравнению

p,= r +, - (22) О+а, а внутренняя по уравнению

„,= у гг — - (фиг. 10). (23)

Наличие четырех квадрантов назначено придавать прибору наибольшую чувствительность. Для получения большего угла отклонения стрелки вместо четырех- квадрантов можно взять два сектора с внутренним углом, большим 90". Стрелке может быть придана форма легкой подвижной рамки, а неподвижным элементам — форма цилиндров.

На фиг. 11 — 18 приведены подобные формы выполнения вольтметра. Стрелка прибора в виде металлической рамки укреf плена на оси, находящейся под действием спиральных пружин или подвешена на нити.

Для отсчета по шкале к рамке или к оси должен быть прикреплен особый указатель. Рамка может быть сделана из узкой металлической полоски или из проволоки.

Она вращается на оси так, что ее боковые стороны проходят при этом между цилиндрическими поверхностями неподвижных элементов. От ширины боковых сторон рамки зависит чувствительность и равномерность шкалы прибора. Одна из кромок цилиндров обрезана по плоскости и изображается на развертке цилиндра прямой линией, а вторая кромка очерчена по пространственной кривой, выражаемой в цилиндрических, координатах уравнениями р = const (24) и h=1п(т(q+а}). (25) !

Здесь h — расстояние точки на кривой, отсчитанное от плоской кромки цилиндра, — угол поворота стрелки; а m и а имеют прежнее значение На развертке цилиндра эта кривая выразится уравнением .

h = 1n (m (х+ а)), (26) где л = го, à r — радиус цилиндра (фнг. 11 и 12). При другой форме выполнения обе кромки цилиндров очерчены по кривым согласно уравнениям

p = const (27) и h= -Iп (ш(e+а)), (28) при чем + Ь и — Ь отсчитываются от плоскости, перпендикулярной к осн цилиндров и проходящей через середину высоты цилиндров (фиг. 13 и 14). Можно обе кромки цилиндров расположить в параллельных плоскостях перпендикулярно к оси цилиндра. В этом случае стрелка выполняется в виде рамки, при чем часть, рамки, находящаяся,в пространстве между цилиндрами, изогнута так, что образует цилиндрическую поверхность,концентричную неподвижным цилиндрам. Одна из кромок этой поверхности лежит в плоскости одной из кромок цилиндров. Вторая кромка описана по уравнениям р = const (29) и h = (фиг. 15 и 16), (30)

b где, Il, (fi и а имеют прежнее значение, а Ь вЂ” постоянная, зависящая от размеров —,4:: — а вторую по уравнениям р = const

Ь

Ь= — —, + а при чем Й отсчитывается от плоскости, перпендикулярной к оси цилиндров и проходящей через,Ъередину высоты цилиндров.(фй. 17 и 18).

Все вышеприведенные формулы относятся к случаю, когда направляющая сила подвижного элемента создается спиральной пружиной или нитью подвеса. В случае же, если направляющая сила создается противовесом, то, согласно данным авто.«dS А ра, уравненйе» вЂ”. = должно быть за4Ь +а менено следующим уравнением. (+ ) (35) Ц (р а)г

При конструктивном выполнении для очерчивания кромок элементов следует применять в этом случае вместо уравнений 15, 20, 25, 30, соответственно, сле-. дующие: р=г."1п (ш(>+а)) — - — - + (36) (+ ) (+а)4

12 480 (34) Ь sin (

/ (+"), Р9) (а)г

J и чувствительнЬсти прибора. Можно одну кромку стрелки очертить по уравнениям р = const (31) и Ь =+, (32)

Ь

Вольтметры могут быть выполнены многокамерными, а стрелку и пластину или стрелку и цилиндры можно поменять местами, т.-е. сделать подвижными пластины или цилиндры, снабдив их соответствующим указателем, а стрелку закрепить неподвижно. Это ничего не изменит во взаимодействии элементов, лишь бы выполнялось условие

dS А

dq р+а если вольтметр с пружиной или условие

dS А sin (<р+ а) щ ((p + а)г в случае применения противовеса.

Предмет изобретения.

1. Электростатический вольтметр, отлиз; чающийся тем, что для получения равномерной шкалы очертания его подвижных и неподвижных элементов выполнены таким образом, что удовлетворяют уравнению

dS А

dq р+и где S обозначает,,площадь проекции подвижного элемента на неподвижный, о— угол поворота подвижного элемента от нулевого положения, А и а — постоянные для приборов, направляющая сила коих создается пружиной или нитью подвеса.

2. Видоизменение электростатического вольтметра по,п. 1 для случая, когда направляющая сила создана противовесом, отличающееся тем, что очертаниям элементов придана такая форма, что их очертания удовлетворяют уравнению, dS А sin (р+а)

6+ а)

31067

К авторскому свидетельству А. N. Залесского №

Фиг.7 фиг.2 стиг. 3 фиг 4 ц>иг.5

; 1 фиг.9 Фиг 10

Фиг35 фиг.13 фиг.H

Тип. «Искра». стиг.б

R &

° <

I ! 1

11 П

<, «

1< 1!

1 i1

i 1< 1!

,<

1 < 1

ФигЛУ

<1

11 з «

Л « 1,, « .

° ° <

° <

< l

1< 1 i < i«

« 1 игМ