Устройство для измерения малых напряжений

Устройство для измерения малых напряжений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Клзсс 21е, 36

СССР № 63504

4к»

Oll VICAI-II4E l4205IETEq gp

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3арегистрировано в Бюро изобретений Госллана гни СНК СССР

А. А. Фельдбаум

Устройство для измерения малых напряжений

Заявлено 13 июня 1939 г. в йаркомэлектропром за Ж 24711 (301378) Опубликовано 30 апреля 1944 года

В различных областях техники теплового контроля применяются автоматические, работающие от термопар, потенциометры, задачей которых является усиление и преобразование постоянных напряжений (порядка 1 —:10 mV), а также их регистрация и автоматическое управлени е печными устройствами.

Малые постоянные напряжения получаются также на выходе, наприме р, пьезоэлектрических датчиков, измеряющих давление иди размер.

Во всех этих случаях желательны точное измерение и регистрациямалых постоянных напряжений. Между тем, эти задачи непосредственно неосуществимы, так как, если, например, подать измеряемое малое постоянное напряжение на сетку электронной лампы, то шумы лампы, малое изменение нормального смещения, ничтожное изменение анодного напряжения, температуры окружающего помещения — все эти факторы дадут тот же эффект, что и измеряемое напряжение. Нетрудно видеть, что подобные схемы совершенно непригодны для измерения малых напряжений постоянного тока. Поэтому малое постоянное напряжение обычно преобразуют в малое переменное (чаще всего с помощью контак пных инверторов) напряжение, усиливают последнее, а затем уже выпрямляют. Было бы желательно создать совершенно бесконтактное высокочувствительное устройство для измеренич и регистрации малых постоянных напряжений. Все это станет возможным, если бесконтактным способом преобразовать, например, малое постоянное напряжение в частоту. Действительно, вполне возможна бесконтактная регистрация частоты с огромной точностью — в О,1 ",о, 0,01 о в (и с еще меньшей погрешностью). Если на выходе устройства поставить резонансные контуры с разнообразными характеристиками, то можно получить черезвычайно высокую чувствительность на небольшом участке шкалы и т. д.

Таким образом, возможна, например, регистрация с точностью в

0,02 при температуре 1000 . Вообще здесь достижима черезвычайная гибкость в регистрации и автоматизации управления.

В соответствии с изложенным предлагается измерительное устройство с бесконтактным преобразованием малого постоянного напряже№ 63504 ния непосредственно в частоту колебаний (вернее в число импульсов в секунду).

Предлагаемое устройство предназначено для измерения малых напряжений компенсационным мето.дом, по изменению средней частоты импульсов в цепи тиратрона, анодная цепь которого питается переменным током, за счет выключения час и импульсов. Отличительной особенностью устройства является применение магнитного усилителя, в котором при под|магничивании его измеряемым постоянным током или напряжением происходит изменение на об ратную фаризы переменного напряжения на его выходе. Это напряжение подается на сетку тиратрона с той целью, чтобы выключение большей или меньшей части импульсов в тиратроне происходило в результате подачи импульсов магнитного усиления, находящихся в противофазе с анодным напряжением тиратрона, на сетку тиратрона в те моменты, когда компенсирующее падение напряжевия от выпрямленного анодного то ка тиратрона станет меньше величины измеряемого напряжения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на фиг. 1 которого дана принципиальная схема устройства, а на фиг. 2 — вариант схемы иополнителъного органа, включенного на выходе устройства.

Выход магнитного усилителя 1, работающего по схеме вуль-индикатора, подается на сетку тиратрона 2. В анодную цепь включено сопротивление R,. При балансе создается напряжение 1. R, обратное входному (измеряемому) напряжению U» Если же U, /1. R. например U, )I, R.,то тиратрон будет чаще зажигатыся, и ток 1,. начнет увеличивать свое среднее значение, Если U„(I„R, то тиратрон станет пропускать некоторые зажигания с тем, чтобы число импульсов в секунду подравнялось к такому, при котором U„=1. Rê.

Схема автоматически дает число импульсов в секунду, пропорциональное U.. В: результате после трансформатора 3 получается частота, пропорциональная U, .

Действие устройства не зависит от колебаний напряжения сети.

Схема была экспериментально опробована автором и давала частоту, варьируемую от пятидесяти до одного периода в секунду; верхней границей частоты является частота питающего источника.

Та ким способом можно осуществить черезвычайно точную сигнализацию, сортировку по различным диапазонам напряжения в т. д. Даже при полной шкале напряжения в 10 mV частота пропорциональна напряжению с точностью 0,5%.

Можно достичь и высшей точности.

Взяв источник повышенной частоты, например 20000 гц, можно (см. фиг. 2) поставить на выходе предлагаемого устройства 8 ряд полосовых фильтров 6 и реле 7. При этом, пока U„ остается в пределах 2 — 3 mV, срабатывает одно из реле, когда. Г, — - в пределах 3 — 4

mV, срабатывает другое реле и т. д.

Можно поставить и сигналъное реле, которое срабатывает черезвычайно точно при достижении напряжением U„определенного значения.

Рассмотрим действие магнитного усилителя напряжения, имеющего входную обмотку п| (фиг. 1), на которую подается малое постоянное напряжение. Как видно из чертежа, на обмотку п1 подается не само измеряемое (вернее, преобразуемое в частоту) напряжение U,, а разность U„— I» R,, где 1, R, — падение напряжения на сопротивлении Р, от тока 1„ Эта разность, если I, имеет переменную составляющую, сама имеет переменную составляющую. Однако, из теории и практики магнитного усилителя напряжения известно, что напряжение на его выходе не зависит от переменной слагающей на входе, а определяется лишь постоянной слагающей; поэтому можно принимать во внимание лишь постоянную слагающую тока

I, . Напряжение на выходе магнитного усилителя уже является переменным (с частотой сети) и получается от обмотки niv. № 63504

Фиг. 1

Фиг. 2

Техн. редактор М, С. Бондарев

Отв. редактор Д. А. Михайлов

Л101629. Подписано к печати 14/VII 1945 г. Тираж 500 экз. Цена 65 к. Зак.?3

Типография Госпланиздата, им. Воровского, Калуга на се"тку 7иратрона, с той целью чтобы выключение большей или меньшей ча сти имнульсов В тира троне происходило в результате подачи на сетку последнего импульсов магнитного усилителя, находящихся в противофаве с анодным напряжением тиратрона, в те моменты, когда компенсирующее падение напряжения от выпрямленного анодного тока тиратрона станет меньше величины измеряемого напряжения.

Л б3504

Таким образом- магнитный усилитель напряжения Не. только усиливает напряжение (в отдельных образцах в сотни тысяч раз), но и модулирует, инвертврует его, превращает постоянное напряжение на входе в переменное — на выходе.

Что касается обмоток пн, ппь то последние играют вспомогательную роль. Это — обмотки постоянного и переменного подмагничи вания. Обмотка Ilail также играет вспомогательную роль и служит для выравнивания остаточного небаланса напряжений. Обмотка пч служит для обратной связи — часть выпрямленного напряжения выхода вновь подается на обмотку, аналогичную входной, отчего коэфициент усиления увелвчи вается в 3 — 4 раза. Для уяснения работы предлагаемого устройства все обмотки, кроме п и п (входной и выходной), таким образом, несущественны.

Показанные на фиг. 1 приборы 4 и 5 изображают постоянное и переменное смещения на сетке тиратрона, подобранные для достижения наилучшей работьь Для понимания прийцапа действия они несущественны. Следует учесть, что надряжение на выходе магнитного усилителя (т. е. на обмотке lllv ) имеет такую фазу, что оно либо синфазно, либо противофазно напряжению на аноде тиратрона, поступающему от трансформатора в его анодной цепи. Фаза выхода магнитного усилителя определяется знаком постоянного напряжения на его входной обмотке III . Изменение знака на обратный вызывает переворачивание фазы напряжения выхода на 180, Поэтому, если при какомлибо поданном на обмотку п| малом постоянном нааряжении напряжение выхода синфазно с анодным напряжением тиратрона, то тиратрон зажигается на полный ток каждые полпериода. Если же изменить знак малого постоянного напряжения на обмотке пь то напряжение выхода станет уже противофазным анодному напряжению тиратрона, и последний вовсе не будет зажигаться.

Итак, возможны только два положения: либо тиратрон в данный полупериод зажигается на полный ток, либо ои вовсе не зажигается.

Между прочим, коэфициент усиления магнитного усилителя настолько велик, что даже, скажем, 0,1% от измеряемого напряжения поданного н а обмотку п|, дает уже десятки вольт на выходной обмотке

Il(y, что вполне достаточно для управления тиратроном. Поэтому разность U » â€, К,, которая имеется на обмотке п1, достаточная для управления тиратроном, черезвычайНо мала, и мы можем с точностью до десятых долей процента принять

Ux — к R» °

Опишем положение динамического равновесия, наблюдаемого при стационарной работе схемы. Если на вход подано напряжение

L max = 1max R» l ДЕ I max Н а И больший средний ток тиратрона (т. е. такой средний ток, который получится, если тиратрон зажигается каждые полпериода), то в результате тиратрон как раз и начнет зажигаться регулярно каждые полпери ода.

Положим, что тиратрон стал зажигаться не каждые полпериода, а пропускать некоторые периоды, что могло случиться, если бы во время этих периодов напряжение на обмотке п было противофазно анодному. Но тогда напряжение на обмотке nr будет больше куля U =

=U, — I» К,, поэтому при условии

Ux Imax R» = Umax пфатрон прону скает некоторые периоды, а его средний ток 1. (I .. Однако, как только появится И))0, сейчас же напряжение на выходе станет синфазным анодному, тиратрон перестанет пропускать некоторые периоды и будет всегда зажигаться.

Что же будет, есля на выход будет подано, например, напряжение „ = . Очевидно, положение равновесия получится тогда, когда входное U и компенсационное !. R, напряжения, примерно, уравновесятся, т. е. при Ux =

1 х тах а х — 1, R» èëè

Так как тиратрон может зажигаться лишь на полный ток, то для