Устройство для измерения электрических величин

 

Изобретение относится к технике электроизмерений, а именно к точным способам и устройствам лабораторного типа, предназначенным для измерения токов и напряжений и электрических величин, приводимых к ним. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия. При измерении используется встречное силовое воздействие измеряемой электрической величины и опорной механической величины на чувствительный элемент 1, снабженный электрическими контурами 6 и 7, грузоприемной чашкой 14 для образцовой гири 15, упругой подвеской 2 в виде рычагов 3 и 4 второго рода. Чувствительный элемент 1 связан со следящей системой с регулирующим усилителем 18, интегрирующим усилителем 19, а также контуром широтно-импульсной модуляции для опорного тока. В последний входят компаратор 35, генератор 36 пилообразного напряжения, делители 38 и 39 частоты, генератор 37 опорной частоты, источник 32 опорного тока, блок 33 коррекции, буферный блок 31, ключ 30. Результат измерения фиксируется счетчиком 40 импульсов и отображается на отсчетном блоке 41. Блок 42 коррекции введен для исключения влияния собственной массы чувствительного элемента 1 на результат измерений. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК и> 4 0 01 К 19/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИ,ЦЕТЕРЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И, ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4273505/24-21 (22) 01.06.87 (46) 30.11.89. Вюл. М 44 (75) А.И.Шенфельд (53) 621.317.2(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 265270, кл. G 01 R 19/00, 1968 °

Тюрин Н.И. Введение в метрологию.

М.: Иэд-во Стандартов, 1973, с.62-64. (54) УСТРОЙСТВО Д1!Я ИЗМЕРЕНИЯ 3. 1ЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН (57) Изобретение относится к технике электроизмерений, а именно к точным способам и устройствам лабораторного типа, предназначенным для измерения токов и напряжений и электрических величин, приводимых к ним.

Цель изобретения — повышение точнос2 ти и оыстроцейстяия. 11рн измерении используется встречно: силовое воздействие измеряемой элек;рп еско вели пины и опорной иохан. леской ве— личины на увстнителья-и . элемент 1, снаб;«енный электрическ) ми контурами

6 и 7, рузоприeмнnй чашкой 14 для образцовой гири 15, упругои подвеской 2 в ниде рыча он 3 и и второго ро .,л, Чувствительный э .емент 1 связан со следя (еи сисг -",ой с регулируюшим усилителем 18, интегрируощим усилителем 19, а также кс tòóðnì широтно-импульсной модулями .и для спорного тока. В последний входят компаратор 15, генератор 36 пилообразного

Я напряжения, делители 38 и 3. частоты, генератор 37 опорной частоты, источник 32 опорного тока, блок 33 коррскЭФ

1525592 сии, буферный блок 31, ключ 30. Результат измерения фиксируется счетчиком 40 импульсов и отображается на отсчетном блоке 41. Блок 42 корИзобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к точным способам и устройствам для измерения токов и напряжений, а также других электрических величин, приводимых к ним.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия.

На фиг. 1 представлена схема устройства,для измерения электрических величин;на фиг,2 и 3 — варианты схем 20 выполнения с разворотом чувствительного элемента на 90 ; на фиг. 4 и 5— варианты схем выполнения с подачей . измеряемой электрической величины и компенсационного тока системы элек25 тросилового уравновешивания в один общий контур чувствительного элемено та и с разворотом его на 90

Устройство (фиг. 1) содержит чувствительный эпемент (ЧЭ) 1, выпол- 30 ненный подвижным и установленный через упругую подвеску 2 параллелограмного типа в виде рычагсв 3 и 4 второго рода, закрепленных íà основании

5. Чувствительный элемент 1 снабжен двумя электрическими контурами 6 и

7, жестко механически связанными с ним, и общим магнитоэлектрическим обратным преобразователем 8 с магнитом 9 и ярмом 10, в коаксиальном за- 40 зоре 11 которого равномерно располагаются контуры 6 и 7, снабженные токовводами, выполненными беэмоментными 12 и 13. ЧЭ 1, кроме того, снабжен грузоприемной чашкой 14 для об- 45 разцовой гири 15 и указателем 16 преобразователя 17 некомпенсации, реагирующего на рабочее перемещение дх чувствительного элемента 1 и выдающего электрический сигнал некомпенсации dU и соединенного с входами регулирующего усилителя 18, интегрирующего усилителя (ИУ) 19, работающего отдельно или совместно с первым, причем р гулирующий и интегрирующий 55 усилители 18 и 19 вырабатывают компенсационные токи I « + I < или I„, в зависимости от режима работы чувствительного элемента 1. рекции введен для исключения влияния собственной массы чувствительного элемента 1 на результат измерений.

3 з.п.ф-лы, 5 ил.

Лля правильной работы упругой подвески 2 ее плечи 1,, 1, 1 „ 1 выбираются попарно равными 1, = 1, Э 4 °

Измеряемый электрический сигнал в виде тока I от источника 20 с электродвижущей силой Е „ с внутренним импедансом 21 (Е „) годключается через клеммы 22 и выключатель 23.

На взаимно перпендикулярных площадках 24 и 25 основания 5 под углом 90 друг относительно друга. установлены цва измерителя 26 и 27 уровня, например, воздушно-жидкостного типа, определяющие уровни чувствительного элемента 1.

Электрический контур 6 через токовводы 12 и сумматор 28 соединены с интегратором 29, к которому через ключ 30 и буферный блок 31 от источни,а 32 опорного тока, снабженного блоком 33 коррекции, подается суммарное значение опорного тока I I .

Преобразователь 17 некомпенсации соединен с входом блока электросилового уравновешивания. Регулирующий усилитель 18 и интегрирующий усилитель 19, сумматор 28, интегратор 29 вместе с широтно-импульсным модулятором 34 образуют блок электросилового уравновешивания.

В широтно-импульсный модулятор 34, кроме ключа 30, буферного блэка 3 1 источника 32 опорного тока и блока 33 коррекции входят компаратор

35, генератор 36 пилообразноro напряжения, генератор 37 опорной частоты и делители 38 и 39 частоты с коэффициентами деления К, и К>. Входы компаратора 35 соединены соответственно с выходами интегратора 29 и генератора 36 пилообразного напряжения, вход которого через делитель

38 подключен к выходу генератора

37 опорной частоты, второй выход которого через делитель 39 частоты соединен с вторьм выходом широтноимпульсного модулятора 34 и со счетным входом счетчика 40, вход сброса которого соединен с третьим выходом

1525592 широтно-импульсного модулятора 34, который соединен с выходом компаратора 35, выход счетчика 40 соединен с входом счетного блока 41.

Счетчик 40 производит с частотой

fo„/K подсчет импульсов, эа:!анных отрезком времени ас от компаратора

35 и выдает значение отсчи- аныого их числа N на отсчетный блок 41, Вход предустановки счетчика 4О соединен с выходом блока 42 1:оррекции с кнопкой 43 сброса показа! ий. Источник 44 с ЭДСЕ „ и импедансом 45, равным Х„, является (см, фиг.- . и 5) эквивалентом системы ураннонешинан !я на базе регулирующего усил!!теля 18 и интегрирующего усилителя 19.

Измерен!!я проводятся следунщим образом.

На упругую подвеску 2 паралл loiраммного типа н ниде рь;чанов 3 и 4 второго рода устанавливают чувствительный элемент 1 с двумя электрическими контурами 6 и 7 и с Общим магнитоэлектрическим обратным преобр lэователем 8, охватывают чунстнительный элемент 1 отрицательной Обгатной связью с электросилоным pàH .,,ef III tlaнием по первому злектрическо 1у к-1нтуру 6 с Помощью преобраз0.1атс ля 17 некомпенсации и регулирующего усилителя 18, а также произнодtfT Bt,tc танку уровня чунстнитепь !ого элемента 1 по измерителю 26 уровня. Б этом случае чувствительный элем.нт 1 работает как система стати !ескогo уравновешивания с малой остато !!!Ой некомпенсацией gх С. !ля создания астатизма системы по пере!!еще!!Ию, т.е. получение йх = О, допо;!нител1,но к регулирующему усилителю !8 включают в цепь отрицательной обратной связи интегрирующий усилитель 19, при этом чувствительный элемент 1 строго зафиксирован в одной и той же зоне магнитоэлектрического обратного преобразователя 8, где значения индукции в его коаксиальном зазоре 11 постоянны.

Далее проверяют исходную точку чувствительного элемента 1 по значению начального компенсационного тока I,, пропорционального несу Рс, собственной массы m о ЧЭ 1 (т.е. с учетом грузоприемной массы чашки 14, электрических конту-ров 6 и 7, рычагов 3 и 4, а также подвески 2), При этом значение тока фиксируегся (за6 поь1!!лается) . Ири !le!to!Ii.çîâÿíèè метода широтно-!!Мпул! сной модуляции про" - Х ОДНО I ТОЧКИ ПО TOIC l f P произнод!!тся с1!ед. Ющ!1и образом: ток

I, IIocTупающий через суыматор 28, ьО У совместно с0 встречныь1 током 1 on от источника 32 опор!!Ого тока — н интегратор 29, ныходнэй сигн.--!л которого !

О сравнивается компара тором 35 с сигналом генератора 36 иилоооразного

IiапрЯл,еiiи», В!.!х01; меняе1 скнажнОсть

«млульсон тска 1, !,ри этом ширина импульсон тока 1, т, с . время при

15 <0T0p0 1 Kfl "f 30 0" ТаеTCII OTKpb TblM и сч: т.ик 4f) про!!вводит счет импульсон ч;;с го Ои f,„ /1;,, про!!с1р!1иональн, числУ. coc÷ т-а1-ilbfx !мпУл1с он No, фик ируеь1ых От с !етfff > o!Ic ком 4 1 °

-(! СИПСРа -.ОР ЬИ:-:C.f; УЕТ Ч;.СЛО М, ИМ! ч»ЛЬСОН IIP(ПОР!Ь! ОН

< КОРО.= .. POI:а b f Э;,Я.,!ОН!тн,!г .,ОДНОЙ тэ !ки::зн! 1 нулю <,. „- 0) ., Далее усга;1:.н.п наюг I-:ÿ Грузопри-!

1Мнь ff> чаш1, t. 1 -f О р а .! Цоную гирю 1 - требуе Iс; < ь са . - t:масгы ш

I. с где — ус!.Орение свободного

g падения), например 103 г, и определяют «!!ал!ОГ11 !но Огffc анно! Гу ТОк ураннонеш:.нею!цю . неc 9,, Ilo числу

40 и. н;ульc0н N, зафиь с! рopанному отcчетным бдокоь! 41, после чег0 находят масштабный коз,!4!ItqfsefIT К

N - к Poz K, 8m, (1) 45 Если масштабный коэффициент К„, зависящий главным образом от магнитнои индукции В н зазоре 11, не изменился с момента предыдущей граду! иронки, то при использовании метода

5Q широтно-импу ьсной модуляции коррек тиронка уровня э110 ного тока 1,„ не производится. В с!,у«ае изменения масштаба коэффициент К, т.е. От» клонения „, от зада!:,ногo извеcTHQго числа, например из-за изменения окружающей темпе атуры, производится корректировка уровня 1„ путем подачи От корректирующего олока 33 добаВочНОГО ТОКа а I р5 °!

525592

Далее после проведения нескольких циклов проверки исходной точки и масштабного коэффициента К сниm> мают образцовую гирю 15 с чашки 14 и вводят измеряемую электрическую величину 1„ во второй электрический контур 7 путем замыкания выключателя

23, при этом создается разбаланс чувствительного элемента 1 на величину л х, который отрабатывается по току I„ ° Ток 1, измеряется, как и ранее, по методу широтно-импульсной модуляции и отсчитывается по отсчетному блоку 4 1 в виде числа импульсов N„ по формуле

15!

2) к К 1х где К, — масштабный коэффициент, определяемый числом витков электрических контуров 6 и 7, индукцией В в зазоре 11, конструктивными размерами электрических контуров 6 и 7, частотой F< генератора 37 опорной час- 25 тоты и коэффициентом деления К делителя 39 частоты, Поскольку в предлагаемом способе точность поддержания масштабов К и К проверяется вес.ма быстро и в 30 любой момент времени по точной мере, какой является образцовая гиря 15, имеющая большую временную стабильность и точность, а точность поддержания опорной частоты с гомощью ге35 нератора 37 опорной частоты на кварцевом резонаторе также велика, то устройство позволяет измерять электрические величины с погрешностью не более 0,001-0,0037.

Дополнительно к основному возможен следующий вариант проведения измерений, повышающий его гочность (см. фиг. 2 и 3) ° После фиксации постоянства коэффициента К„, и снятия 45 образцовой гири 15 чувствительный элемент t разворачивают на 90 0 в направлении действия веса P его собственной массы перпендикулярно рабочим перемещениям ах его чувстви—

50 тельного элемента 21 и указателя 16, производят выставку уровня чувствительного элемента 1 по измерителю

27 уровня на основании 5, после чего вводят измеряемую величину 1 в элек55 трический контур 7.

В этом случае действие веса Р„ в общем виде не приводит к смещению чувствительного элемента 1 и указателя 16, а значение начального компенсационного тока I, стремится к нулю, 1, О, причем при сбалансированном чувствительном элементе 1 оно равно нулю, I „, = О. В этом случае дополнительного разогрева чувствительного элемента 1 током I не происходит и точность измерения величины 1 увеличивается.

Кроме того, возможен вариант проведения измерений (см. фиг. 4 и 5), когда измеряемую электрическую величину I„ вводят в один и тот же общий электрический контур 6 чувствительного элемента 1, имеющий пониженный импеданс Х по сравнению с импедансами /., и Z источника 44 и источника 20 измеряемого сигнала I„, Z Z

Z « / . В этом случае после проверки и корректировки исходной точки чувствительного элемента 1, а также фиксации постоянства коэффициента К., п измеряемый сигнал I вводят в электх рический контур 6, причем, поскольку для достижения силового уравновешивания токи 1 и 1 должны быть равкх ны, результирующий ток равен нулю, I > — I „, = О, и нагрев чувствительного элемента токами I „ и I „, не происходит.

При этом существенно повышается точность измерений. Одновременно при выбранных соотношениях импедансов погрешности h I „„ vDI, становятся минимальными.

Кроме того, при повороте чувствительного элемента 1 на 90 (см.фиг.5) пропадает необходимость в подаче в электрический контур 6 начального тока I «, что также увеличивает точность измерений.

В этом случае при разомкнутом выкшочателе 23 и отсутствии образцовой гири 15 на грузоприемной чашке 14 чугствительный элемент 1 смещается вниз на расстояние д х под воздействием веса Р, его собственной массы.

При этом указатель !6 перемещается относительно преобразователя 17 некомпенсации, который вырабатывает сигнал д J некомпенсации, поступающий на регулирующий усилитель 18 и интегрирующий усилитель 19, где усиливается и интегрируется, после чего поступает в виде тока I „, в электрический контур 6 и создает усилие

F = Р, обеспечивающее х = О.

1525592

15

30

40

55

Далее ток I„, после электрического контура 6 совместно с компенсационным встречным током I поступает через сумматор 28 в интегратор 29, сравнивающий их во врел ени. Выходной сигнал интегратора поступает на первый вход компаратара 35, на второй вход которого поступает о.г -генератора 36 пилообразного напряжения линейно нарастающее напряжение.

В момент равенства сигнала интегратора 29 и напряжения ат генератора

36 пилообразного напряжения компаратор 35 срабатывае" и дает команды на отключение ключа 30 и прекращение счета импульсов на счетчике 40, в который они идут в течение отрезка времени d to от генератора опорной частоты через делитель 39 частоты.

На отсчетном блоке 41, таким обзом, высвечивается число импульсов

Мо, пропорциональное значению P, .

Для упрощения последующих операций путем нажатия кнопки 43 сброса показаний производится с помощью блока 42 коррекции (путем запоминания этих показаний, например. и автоматического вычитания их в ка1ды такт) установка счетчика 40 импульсов в нугевое положение го атсчетнаму блоку 41, т.е. полу ение N,, = О.

Далее устанавливают на грузагриемную чашку 14 образцовую гирю 15 требуемой массы и определяют постоянства масштабного коэффициенI à К па уравнению (1), производят в случае необходимосги корректировку уровня 1, путем подачи от блока 33 коррекции добавочного тока11 „, делают вторичную проверку исходной точки чувствительного элемента 1 и коэффициента К и, наконец, включают выключатель 23 и вводят измеряемый электрический сигнал I „, величину которого отсчитывают ла отсчетному блоку.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения электрических величин, содержащее чувствительный элемент, подвеску, основание, преобразователь некомпенсации, выход которого соединен с входам блока электросиловаго уравновешивания, выход которого соединен с входом первого электрического контура, отсчетный блок, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с цел ью повышения точности и быстродействия, в него введены второй электрический контур, магнитоэлектрический обратный преобразователь, счетчик, блок коррекции, чувствительный элемент выполнен в виде двух рычагов второго рода, установченных на подвеске параллелограммнаго типа и механическ соединен с двумя электрическими контурами, помещенными в зазор магнитоэлектрического обратного преобразователя, вхзд второго электрического

KcH óðà саедш рН с входи..ми зажтт <амл устройства, блок элек гросилавого .равновешивания содержит р гулирующии усилитель, вход которого соединен с входом блока электрссилового ураннсråøêâàíèÿ, илтегрирующии усилитель, сутматор, интегратор, широтна-импульсный модулятор, выход регу.тирующего усилителя через интегрирующий усилитель ".оединен с первым выводом первого электрического контура, второй вывод которого соединен с первым вхадам сумматора, второй вход которс;t n соединен с первым вьк одом широтно-импульсного модулятора, вход которого через интегратор соединен с входом широтно-импульсного модулятора, второй и третий выходы которого соединены соответственна =а счетным входам и входом сброса счетчика, вход предустановки которого соединен с выходом блока коррекции, а выход счетчика соединен с входом атс етного блока.

2, Устройство по и, 3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что широтноимпульсный модулятор содержит камларатар, генератор пилообразного напряжения, генератор опорной частоты, два делителя частоты, источник опорнага тока, блок коррекции, буферный

Слак и ключ, причем первый вход компаратара соединен с входом широтноимлульснаго модулятора, второй вход кампаратора соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, вход которого через первый делитель соединен с выходом генератора опорной частоты, который через второй велитель соединен с вторим вых одом широтно-импульсного модулятора, третий выход которого саед анен с выхoдам компаратора и управляю.зим входам ключа, через который первый выход широтна-тмпу тьсного модулятор» сае1525592

Фиг. 2 динен с выходом буферного блока,, вход которого соединен с выходами источника опорного тока и блока коррекции.

3. Устройство по п. 3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что на основании закреплены два уровня положения чувствительного элемента, ориентированные взаимно перпендикулярно.

4. Устройство по п. 3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что первый и второй электрические контуры выполнены в виде катушки с единой обмот5 кой, значение импеданса которой выбрано меньшим значений импедансов блока электросилового уравновешивания и источника измеряемого электрического сигнала.

1525592

27

Ех Z8g фее.$

Составитель В. Степанкин

Редактор М,Бандура Техред М.Дидык Корректор В.Кабаций

Заказ 7217/39 Тирах 714 Подписи ое

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 1 3035 Москва, Ж-35, Раушская наб ° ° д . 4 /5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ухгород, ул. Гагарина, 101