Аналоговый электроизмерительный прибор

Аналоговый электроизмерительный прибор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскив

Социалистических

Республик

К ABTOPCKOMY CSHggTEALCTBY (61) Дополнительное к авт. свнд-ву(22) 3аявлено 280881 (21) 3353372/18-21 (S 1) h4, Кд.>

G01R 19/00 с присоединеннем заявки М— (23) Приоритет—

Государственный комнтет

СССР но делам нзобретеннй н открытнй (33) УДК 821.317.7 (088 ° 8), Опубликовано 23,0283. -Бюллетень HP 7

Дата опубликования описания 23.02.83

Г.A.Злодеев, Е.М.Лазарев, И.И.Литвак, Б.С..Морозов и В.Я.Прибытков (72) Авторы изобретения

Московский институт электронного машино т (71) Заявитель (54) АНАЛОГОВЫЙ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР

Изобретение относится к электроизмерительиой технике и может быть использовано для измерения напряже-ния и тока.

Известен электроизмерительный прибор, содержащий входные зажимы, параллельно которым подключены резистивные делители напряжения, транзисторы, переходы база-эмиттер кото-. рых связаны с,источником опорного . напряжения и раздельно подключены к выходам делителей, и электролюминисцеитные ячейки, включенные в цепи коллекторов транзисторов (1)..

Недостатком известного электроизмерительного прибора является его сложность и недостаточная точность измерений при ограниченном количестве каналов с электролюминисцентиыми ячейками.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является аналоговый электроизмерительный прйбор, содержащий две плоские диэлектрические пластины, расположенные по отношению друг .к другу клинообразно .с линейно йзменяющимся зазором вдоль шкалы прибора, два плоских прозрачных электрода, нанесенных на внутренние поверхности пластин, присоеди-. ненные к входу прибора, и вещество, обладающее электрооптическим эффектом с нелинейной характеристикой, заполняющее зазор между электродами f2).

Однако известный аналоговый электроизмерительный прибор имеет- Недостаточную точность, обусловленную линейным характером изменения эаэора -. между электродами и влиянием механических воздействий, и недостаточную чувствительность, связанную с конечным значением пороговой напряженности электрического поля, необходимой для возбуждения электрооптического эффекта.

Цель изобретения - повышение точности и чувствительности аналогового, электроизмерительного-прибора.

Поставленная цель достигается тем, что в аналоговом злектроизмерительном приборе, содержащем прозрачную диэлектрическую пластину, два электрода, расположенные один относительно другого с зазором, изменяющимся вдоль шкалы прибора, один из которых закреплен на пластине, и вещество, обладающее электрооптическим эффектом с нелинейной характеристикой, заполнявшее зазор между

998969 электродами, второй электрод закреплен. на той же диэлектрической пластине, электроды размещены с зазором, изменяющимся вдоль шкалы прибора по экспоненциальному закону, и дополнительно введен усилитель, вход которого присоединен к входу прибора, а выход связан с указанными электродами. Отношение величины зазора между электродами в конце шкалы прибора к величине зазора в начале шкалы устанавливают в пределах 2,5-5.

Усилитель может быть выполнен с линейной характеристикой, а также антилогарифмирующим.

На фиг. 1 изображена блок-схема прибора, на фиг. 2 — расположение электродов на диэлектрической пластине, на фиг. 3 — шкала прибора, разрез, на фиг, 4 — кривые максимальной приведенной погрешностид „ у извест- 29 ного (а ) и предлагаемого (б ) приборов, и относительного выигрыша К в точности (Я) в зависимости от значения отношения величин зазоров между электродами в конце и начале шкалы прибора.

Электроизмерительный прибор содержит (фиг. 1) входной усилитель 1 и собственно аналоговый измерительный прибор 2, включающий прозрачную диэлектрическую пластину 3 (фиг. 2,3), 3р на которой закреплены два электрода 4 и 5 с зазором 6 по отношению друг к другу, который заполнен веществом

7 (фиг. 3), обладающим электрооптическим эффектом. Эаэор 6 между элект- 35 родами 4 и 5 от значения b H, соответствующего началу шкалы прибора, до значения b в конце шкалы изменяется по экспоненциальному закону, что достигается соответствующей фор- 4р мой электродов 4 и 5. Электроды 4 и 5 раздельно подключены к выходным зажимам усилителя 1, на вход которого подается измеряемая электрическая величина.

45 Отношение Ь /bH величины зазора 6 между электродами 4 и 5 в конце и начале шкалы прибора наиболее целесообразно установить в пределах

2,5 — 5, что обеспечивает существенное повышение точности прибора и исключает возможность электрического пробоя между электродами 4 и 5.

Усилитель 1 повышает .чувстви-. тельность прибора и одновременно служит для получения требуемой шкалы прибора. При этом для получения логарифмической шкалы прибора в качестве усилителя 1 используют усилитель с линейной характеристикой, а для получения линейной шкалы — ан- 60 тилогарифмический усилитель.

Прибор работает следующим образом.

Измеряемое напряжение() .,„подается на вход усилителя 1, а с его выхода прикладывается между электродами 4 и 5. При этом напряжения, приложенные к различным участкам вещества 7, обладающего злектрооптическнм эффектом, — жидкого кристалла, заполняющее зазор б, оказываются одинаковыми, так как разность потенциалов между электродами 4 и 5, определяемая выходным напряжением усилителя 1, постоянна по длине шкалы прибора. Однако вследствие изменения величины зазора б между электродами 4 и 5 изменяется и толщина жидкокристаллического слоя между электродами 4 и 5, поэтому напряженность электрического поля в слое жидкого кристалла 7 по длине шкалы изменяется. При любой величине измеряемого напряжения напряженность электрического поля в слое жидкого кристалла 7 в начале шкалы прибора больше, чем в конце шкалы величина зазора 6 между электродами 4 и 5 увеличивается в направлении от начала к концу шкалы . При достаточно большой величине измеряемого напряжения напряженность электрического поля в слое жидкого кристалла

7 достигает пороговой. При этом вся шкала прибора разделяется на две части, в одной иэ которых напряженность электрического поля больше, а в другой — меньше пороговой. На границе между указанными частями напряженность электрического поля равна пороговой, т. е. она соответствует переходу жидкого кристалла из ненозбужденного состояния в возбужденное.

При изменении измеряемого напряжения изменяется и распределение напряженности электрического поля, вследствие чего происходит перемещение границы возбуждения и изменяется длина возбужденной части шкалы прибора. Если бы электрооптический эффект имел идеальную характеристику, то переход жидкого кристалла 7 из невозбужденного состояния в возбужденное происходил бы точно при напряженности Е электрического поля, равной пороговой Е = Е . В этом случае граница возбуждения жидкого кристалла 7, определяющая показания прибора, была бы резкой. Однако изза конечного значения абсолютной ширины порога AEg возбуждения электрооптического эффекта, граница возбуждения жидкого кристалла размывается, что приводит к погрешности отсчета показаний прибора. Ее величина определяется с одной стороны параметрами электрооптической характеристики используемого эффекта в жидком кристалле, а с другой стороны— коиструкцией прибора, и в частности, характером изменения величины зазора б между электродами по длине шкалы.

998969

Изменение величины зазора 6 между электродами 4 и 5 по длине шкалы в предложенном приборе описывается выражением где Ь,Ь„ — величины зазоров между

Электродами в начале и конце шкалы прибора соответственно, ! — полная длина шкалы прибоо ра.

Распределение напряженности Е ((.1 электрического поля в слое жидкого кристалла по длине межэлектродного зазора при этом приобретает следующий вид

Ñ

® СОмж Е Ро Н Ьн

Ь ) 2р (bEn

В Е„ нЬ„(Ьн зр

При этом максимальная величина приведенной погрешности отсчета предлагаемого прибора равна (кривая б, фиг. 4) 35.!!

ОХ " „Ь,(Ь„

Ып гдето(= — — коэффициент характери-

Е

t зующий степень нелиней- 4р ности электрооптической характеристики эффекта в используемом жидком кристалле, а относительный выигрыш К(кривая 8, 45 фиг. 4 ) в точности при использовании зазора 6 между электродами 4 и 5, изменявшегося вдоль шкалы прибора по экспоненциальному закону, по сравнению с известным прибором с линейно изменяющимся зазором равен

4

К 6 10СР6 Ъ («4 !00 /О(! нОХ К Í

55 гдед =<у. " " -максимальная велиЬк!Ь (Ва Х

4 х!Ьн" чина приведенной погрешности известного прибора с линейно изменяющимся Щ зазором между электродами.

Из этого выражения следует, что величина относительного выигрыша К в точности не зависит от параметров 65 где с — некоторая постоянная, определяется физическими свойствами используемого жидкого кристалла, 25 а ширина Ь! зоны размытия границы возбуждения жидкого кристалла 7 определяется как используемого жидкого кристалла, а определяется характером изменения зазора б между электродами 4 и 5 вдоль шкалы прибора и отношением

Ьк/Ьн величины зазора в конце и начале шкалы прибора.

Величина относительного выигрыша

К в точности растет с увеличением отношения Ь /b>, однако, при этом возрастают. электрические перегрузки действуюшие на слой жидкого кристалла, особенно опасные в начале шкалы, поэтому в целях обеспечения надежности работы целесообразно ограничить .величину укаэанного отношения сверху до 5. При этом относительный выигрыш в точности достигает

200% (кривая b, фиг. 4). уменьшение величины отношения

b1,/Ьн снижает величину относительного выигрыша К в точности, поэтому для обеспечения достаточно высокой точности прибора целесообразно ограничить величину отношения снизу до

2,5. Относительный выигрыш в точности при этом достигает 50% (кривая Ь, фиг. 4).

Предлагаемый прибор обладает рядом дополнительных достоинств. Так, расположение обоих электродов в одной плоскости на поверхности диэлектри-. ческой пластины повышает ме аническую жесткость конструкции, что исключает воэможность изменения зазора между электродами под влиянием внешних ударных и вибрационных воздейст— вий, снижаюших точность прибора. Одновременно упрощается технология изготовления прибора, так как электроды могут наноситься на поверхность диэлектрической пластины, например фотолитографическим способом, позволяющим выдерживать размеры зазора между электродами с высокой точностью.

Кроме того, предложенная форма зазора между электродами, кроме повышения точности, позволяет также улучшить эргономические характеристики прибора, так как при этом величина абсолютной погрешности отсчета, т.е. ширина зоны размытия постоянна по длине шкалы.

Использование прибора позволяет повысить точность. измерениЯ, особенно в условиях высокого уровня внешних механических ударных и вибрационных воздействий, причем прибор может иметь как логарифмическую, так и линейную шкалу.

Формула изобретения

1. Аналоговый электроизмерительный прибор, содержащий прозрачную диэлектрическую пластину, два элект998969 рода, расположенные один относительно другого с зазором, изменяющимся вдоль шкалы прибора, один из которых закреплен на пластине, и вещество, обладающее электрооптическим эффектом с нелинейной характеристи-: кой, заполняющее зазор между электродами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности, второй электрод закреплен на той же диэлектрической пластине, электроды размещены с зазором, изменяющимся вдоль шкалы прибора по экспоненциальному закону, и дополнительно введен усилитель, вход которого присоединен к входу прибора, а выход связан с указанными электродами.

2. Прибор по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что отношение величины зазора между электродами в конце шкалы к величине зазора в начале шкалы устанавливают в пределах 2,5-5.

3. Прибор по пп. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что усилитель выполнен с линейной характеристикой.

4. Прибор по пп. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что усилитель выполнен антилогарифмирующим.

10 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 437973, кл. 6 01R 19/00, 28. 07. 72

2. Исследование по созданию полу35 проводниковых и кристаллических индикаторов (светодиодные, жидкокристаллические, катодолюминисцентные и др.) .(Отчет) СПИ. 126.291, ВНИИЗП, Л., 1974, с. 175 (прототип).

998969

К,p

Составитель С.Вейский

Редактор С.Патрушева Техред К.Мыцьо Корректор М.Демчик

Заказ 1149/68 Тираж 708 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4