Электромеханический фазометр

Электромеханический фазометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ЙИ еи О МЯЧ т ангмс-.юа мь «1

О П И С А Н И Е ()798624

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (63 ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлеио19.05.77 (21) 2488378/18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 23.01.81. Бюллетень ¹ 3

Дата опубликования описания 26.01.81 (51)M. Кл.

G 01 R 25/06

Веудерствеииый комитет

СССР ао делам иэобретеиий и открытий (53) УДК 621.317..77(088.8) В. А. Еремеев, А. П. Лучников, Л. Н. Лучникова и Ю. П. Хромов (72) Автори изобретения (7!) Заявитель

Московский институт электронного машиностроения (54) ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ФАЗОМЕТР

Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использовано при необходимости регистрации сдвига фаз электрических колебаний.

Известно электромеханическое устрой5 ство, предназначенное для измерения фазовых сдвигов, в котором измерительным механизмом служит логометр соответствующей системы, например электродинамический, ферродинамический и т.д. (1).

Недостатки данного устройства заключаются.в сложности .конструкции, наличии принципиально неустранимых погрешностей (например, наличие погрешностей ; вызванных появлением добавочных вращающих моментов), а также частотнозависимых погрешностей. Кроме того, устройст. во работает в ограниченном частотном диапазоне.

Известен также фазометр, состоящий из двух пар неподвижных измерительных электродов, выполненных с виде секторов цилиндра, охватывающих подвижный электрод, на которые подается одно из сравниваемых напряжений со сдвигом, обеспечивающим. создание вращающегося электрического поля внутри цилиндра, и два других измерительных электрода, раз. мещенных внизу и сверху подвижной системы, к,которым подводится aropoe сравниваемое напряжение (2 j.

Недост атками известного устройства являются техническая сложность (так как электроды выполнены в вийе секторов цилиндра, а подвижный электрод имеет сложную, . -образную в сечении форму, наличие подвески-растяжки, что делает прибор невиброустойчивым и менее точным), ограниченность частотного диапазона.

11ель изобретения — расширение его частотного диапазона. измерения вплоть до СВЧ-области и повышение точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее два измерительных электрода с расположенным между ними третьим электродом, 1S ача ач

") а at +at. ,аЧ аа, аЧ aÅср, a at а,, а аь,d9,35 ЩаЕ„55

at ds 3t ае и," ач

at Jd ®

3 введены два преобразователя входных сигналов в механические колебания измерительных электродов той же частоты и регистрирующий прибор, подключенный к измерительным электродам, а третий электрод выполнен на основе электрета.

На фиг. 1 представлена структурная схема электромеханического фазометра, на фиг. 2 представлена зависимость напряжения регистрирующего прибора фазо- метра от величины угла сдвига фаз Ч .

Настоящий фазометр состоит из двух преобразователей 1 и 2 электричесих колебаний в механические колебания измерительных электродов той же частоты, двух подвижных измерите JbHbIx электродов 3,4 механически или акустически связанных с преобразователями 1 и 2 соответственно, неподвижного электроца 5, выполненного на основе электрета и измерительного прибора 6. Все электроды выполнены в BHLle пластин. B качестве преобразователей электричесих колебаний в механические могут быть использованы, например, пьезоэлектрические преобразователи, работающие в диапазоне частот вплоть цо 1 Гц при подаче на входы синусоидальных напряжений 0.1 и одной и той же частоты, но имеющйх сдвиг по фазе, равный Ч в преоб30 разователях 1 и 2 везникают механические колебания той же частоты, которые обеспечивают колебания с одинаковой амплитудой и сцвигом измерительных электродов 3 и 4, Индуцированные заряды на электродах 3 и 4 в процессе колебаний изменяются по величине, что обуславливает появление в цепи навеценных токов и 1, которые суммируются во

1 времени на обшей нагрузке, и их среднее значение, пропорциональное измеряемой

49 величине, регистрируется прибором 6.

Рассмотрим случай, когда электроды

3 и 4 движутся по гармоническому закону относительно электрода 5 по нормали к его плоским поверхностям+6 и G с

45 частотой L6. На плоских поверхностях электрода 5 выполненного на основе эле-,. ктрета, находятся заряды разных знаков с с плотностью+б и -6 . Ток 1)1,, наводимый в цвижущемся электроде у заряженной поверхности электрета с поверхностной плотностью заряда (р, находит ф ся из выражения

24 4 где: 9 — площадь электрода;

9 — единичный потенциал в плоскости заряда электрета >, с. — траектория движения, толщина, диэлектрическая проницаемость электрета;

Р, с — смещение электроца и диэлектрическая проницаемость срецы.

В наших условиях:

» a5 al эе a&cpa% сН = at = at = at = а -at =о, ср= (2) а ток определяется скоростью смещения электрода 38 / >+ 4 Oi

= -e I — — д (3)

dV ae и cd at

При колебании электрода 3 по гармоническому закону скорость его смещения находится из выражения

ДС а =ад„ю соэаь

Изменение фиктивного потенциала и в пл оскости зарядов +() „и GZ в направлении линии движения электрода найдется из: с3Ч>1 dZ+ l (a l 6+ d„ d +е1

dg

Ж (Ц&+с2„с) +еР 1 ок в. электроде 11 ), равен сумме наведенных токов g() и 1 ol зарядов й1 и в плоскостях электрета +Oq и -б Z, т.е.

1 = 1 < +1 „используя соотношения (+) g-) (4 и 5) для вычисления навеценных то= ков 1 +) и 1 ") по (3) суммарный

Ыа .. Н1 ток 1 4 найдется как 1 1

6 с3+й аат „+ Ы ()

Ь 1 4 2 COSmf откуда видно, что величина наведенного тока пропорциональна площади электрода величине смешения b С11 и частоте, колебаний электродов (g .

Рассуждая аналогичным образом, найgeM ток, наводимый в электроде 5, есл

5 798624 6 его колебания имеют сдвиг по фазе 9 проведем замену переменной с(т,= —"

Щ) относительно первого 3, r.e. тогда (13) примет вид 2

1И2= s(d a ) 2"

1 1+

5 1Ср=2 .) GOSX-COG(X+q) Й1(=2 аЕ Р2Г

Мб ф1

1щ 1с(2

61И К -МИ(Х+Я)

" Ц2 - Вф

6b)

2 2

cos((attic) (9) = Ф вЂ” (1-СО ) =,8 91И .

М М6

Й :у

Общий ток "q, протекающий через сопротивление К нагрузки 6, равен сумме токов, наводимых в каждом из элект,«».Р S„S, Ь; aÄ= д2= a или

8Е ааО . 2 Ч

1СР,) Z 8111

Lfc 1+. =. -sjn .9

2 (, 1 2 C S(+ ) 35 (10) Если Gq GZ = 6, ro (10) примет вид

j =к(еб со си ;-сое(ж +ч)

Н где: k s a

4(1. ) или (11) примет следующий вид

1 "-1(662 61И f 51N(UJt+ ).

Е Saduo

Н Н„", 9(d„+32) 2. "

1+ Ь (ЫЙ;Ит (О -,— 6 сбб,в- (1 ) 2

«(И1 Ы„

6„cog ((фф «.ц>)

При Равенстве зазоров d„= 82 =8 выражение (9) несколько упрошаетсн;

Ьо + G -G со вел. откуда угол сдвига фаз равен а .е ч=2сисяеД к„ где: Ko — постоянная величина для преобразователя и независящая

or частоты.

Из выражения (.16) следуе, что значение суммарного тока нагрузки не зависит

or частоты измеряемых электрических колебаний. Таким образом, погрешность измерения будет определяться только погрешностью вторичной измерительной аппаратуры (например, измерителем среднего тока нагрузки), в отличие or известных типов электромеханических фазометров, где частотная погрешность.присутствует принципиально даже для узкого рабочего диапазона частот.

Построенный по схеме (фиг.1) фазометр имеет выходную ",характеристику, представленную на фиг. 2.

Следует отметить простоту и технологичность конструкции. При современном уровне производства стоимость пленочных электретов не превышает едийицы или до ли рублей.

-сов(юьмр )щ>Д, Откуда видно, что величина тока в нагрузке 6 — есть функция фазового сдвига уу между колебаниями электродов.

Среднее значение тока за полпериода

М колебания от - до < найдется из

2 Ц2

G J (cosut,-ftl2 формула изобретения

Электромеханический фаэометр, содержащий два измерительных электрода, с

И расположенным между ними третьим электродом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения частотного диапазона, в него

798624

Составитель А. Старостина

Техред 7.Маточка Корректор, М. Йемчик

Редактор Т. Киселева

Заказ 10018/55 Тираж 743 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., и. 4/5

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 введены два преобразователя входных сигналов в механические колебания измерительных электродов той же частоты и регистрирующий прибор, подключенный к измерительным электродам, а третий эле+ кгрод выполнен на основе электрета.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Галахова О. П. и др. Основы фазометрии. Л., "Энергия", 1976, с. 80-86.

2. Авторское свидетельство СССР

No 127746, кл. С 01 P 5/34, 1959.