Электростатический вольтметр

)4 001 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ ЕНИ 0 В У СВИДЕТЕ ВТОР тен волт, Це ие чувствите 3843883/24-2117.01.8507,09.86. Бюл. 9 33Одесский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт(56) Левшина Е.С Новицкий П,В.Электрические измерения физическихвеличин. Л,; Энергоатомиздат, 1983,с. 110-130.Балкаров О.Н Маношкин Ю.В. Световые отклоняющие устройства на пьезокерамике. Известия ВУЗов СССР. Приборостроение, 1972, В 9, с. 112-115,(57) Изобретение может быть использовано для измерения постоянного напряжения в диапазоне до нескольких со(21) (22) (46) (71) обретения - повышсти вольтметраувеличения углаа при том же вход изьно достигается путеь отклонения зеркал ном сигнале, повь ние стабильности тем стабилизации достигается ного положе нул исх ия пьзоз метр допоиморфный тель Длявведмент ого в вол ны второи б 2, состоящий с противопо ительных осе ьезоэлеастиннтацией тяги 8,из пьезоп ложной орий, и гибки о а т е источник 12 опоключ 16 и двухпоатель 15.Вольтметрный пьезоэлементзопластин 3 и 4,о 9, источник 10одные клеммы 13 из,п. ф-лы, 2 ил. ного напряиционный пг жения, реключ также содержитСсостоящий Еоснование 7,света, шкалу14, резистор бимор ,из пь зерка 11 в 7,12Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения постоянного напряжения в диапазоне до нескольких сотен вольт.Цель изобретения - повышение чувствительности вольтметра за счет увеличения угла отклонения зеркала притогл же входном сигнале, а также повышение стабильности нуля путем стабилизации исходного коложения пьезоэлементов.На фиг. 1 и 2 изображена схемавольтметра.Биморфные пьезоэлементы 1 и 2,состоящие из пьезопластин 3, 4и 5, 6 соответственно, жестко закреплены в основании 7. Пьезопластины3-6 скреплены разноименными полюсами поляризации (фиг. 2). Вольтметр содержит также гибкие тяги 8,зеркало 9, источник 10 света, шкалу 11, источник 12 опорного напрякения, входные клеммы 13 и 14, двухпозиционный переключатель 1.5, ключ16 и резистор 17.Устройство работает следующимобразом,Переключатель 15 устанавливают вположение, при котором измеряемоенапряжение подключается к пьезопластинам 3 и 5. Они включены так, чтобиморфные элементы 1 и 2 изгибаютсяв противоположные стороны и черезгибкие тяги 8 поворачивают зеркало 9,которое отклоняет световой луч источника 10 по шкале 11, После считывания показаний вольтметра переключатель 15 устанавливают во второеположение, и пьезоэлементы 3 и 5разряжаются через резистор 17. Далее,при замыкании ключа 16, источник 12постоянного напряжения подключаетсяк пьезоэлементам 3, 4 и 5, 6. Приэтом пьезопластины 3, 4 и 5, б деформируются в одном и том же направлении и на одинаковую величину, чтоприводит к выпрямлению пьезоэлементов и возвращению зеркала 9 (а следовательно, и светового указателя нашкале 11) в исходное "нулевое" положение, После размыкания ключа 16пьезопластины 3-6 разряжаются черезрезистор 17, после чего прибор готовк новому измерению.Поскольку напряжение источника 12 превышает предельное значение измеряемого напряжения, то в процессе 55940 1измерения биморфные пьезоэлементы1 и 2 работают на одной и той жеветви частной петли гистерезисаэлектромеханической характеристики(находящейся внутри предельного гистерезисного цикла, соответствующегонапряжению источника 12). При этомнеоднозначность показаний вольтметра, связанная с нелинейностью ха О растеристик пьезоэлементов, устраняется.Увеличение угла отклонения лучадостигается за счет того, что зеркало 9 связано с биморфными пьеэоэле ментами 1 и 2 посредством тяг 8,выполненных из упругого материала.При смещении пьезоэлементов 1 и 2на величину А тяги 8 изгибаются, изеркало 9 поворачивается на угол у 2 О Зависимость между смещением пьезоэлементов 1 и 2 и углом поворотазеркала 9 может быть получена израссмотрения задачи о деформацииупругой рамы при смещении ее опор.Решение ее методом возможных перемещений в предположении, что горизонтальная перекладина (в нашем случае -1зеркало) обладает бесконечной жесткостью на изгиб, приводит для малых 30 углов поворота зеркала к зависимости ( .= 2 ь/У и для угла отклонения луча к зависимостиК= 2 Ч = 4 ь/1,35где 1 - расстояние между биморфнымипьезоэлементами 1 и 2.Угол отклонения луча зеркалом,закрепленным на биморфном пьезоэлементе (как в известном устройстве) составляет(2)к= 4 ь/Р45где 7 - длина биморфного элемента.Сравнение выражений (1) и (2) показывает, что предложенное размещение зеркала в 1 = Р/У раз повышает чувствительность вольтметра. Расстояние 1 может составлять несколько миллиметров, а длина пьезоэлементов 1 - несколько сантиметров, что позволяет получить К =10-50Таким образом,. предлагаемый вольтметр характеризуется высокой чувс 1- вительностью и стабильностью нуля отсчета.3 1Формула изобретения Составитель С. ШумилишскаяТехред Л.Сердюкова Корректор М. Максимишинец Редактор В, Данко Заказ 4817/44 Тираж 728 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРтПроизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 1. Электростатический вольтметр, содержащий источник света, шкалу, биморфный пьезоэлемент, консольно закрепленный в основании, зеркало и две входные клеммы, первая из.которых соединена со средней обкладкой биморфного пьезоэлемента, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности, в него введены второй биморфный пьезоэлемент с противоположной ориентацией положительных осей, также консольно закреленный в основании, и две гибкие тяги, расположенные в торцовых частях соответствующих биморфных пьезоэлементов перпендикулярно их продольным осям, при этом зеркало размещено на гибких тягах, первая входная клемма соединена также со средней обкладкой второго биморфно 255940 4го пьезоэлемента, а вторая входнаяклемма соединена с первыми наружными обкладками обоих биморфныхпьезоэлементов.2. Вольтметр по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения стабильности нуля, в неговведены источник опорного напряжения, ключ и двухпозиционный переклю О чатель, включенный между первыминаружными обкладками обоих биморфных пьезоэлементов и второй входной клеммой. при этом второй контакт двухпозиционного переключателя 15 соедйнен с выходом ключа и вторыми наружными обкладками обоих биморфных пьезоэлементов, а входключа соединен с первой выходнойклеммой источника опорного напряже ния, вторая выходная клемма котороготакже соединена со средними обкладка"ми обоих биморфных пьезоэлементов.