Устройство для измерения электрических величин

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК К 19/00 511 4 ОПИСА БРЕТАНИ измеренииловов возрн 1 скопческой ве контурамии 14 дляй иодвесо СССР 1968трологивторог ент 1 с ЕКТс регулирурируощим тром шин для спор 19, а также кс ь ной модулями; В последний вх енератор 36 пил делители 38 и 7 опорной част ного тока, блоЭФ и оч ят компаока.5, г то оооразчого39 частоты,гы, источ коррскраторнапряже эме -риератор чеЦел ник по Ьвй ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМПРИ ГКНТ СССР К А ВТОРСКОМУ СВИ,ЦЕТЕГЬСТВ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИВИРВН 1 ЯРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН(57) Изобретение относится к тке электроизмерений, а именноным способам и устройствам лабного типа, предназначенным длярения токов и напряжений и элеских величин, приводимых к н изобретения - повышение точнос ти и оыстро используетсдейс" вие и величины и личины на снаб;енный 6 и 7, .руз образцовой кой 2 в видРо"э Чувс эан со след юшим усилит усилч 1 елем ротно-импул ного т 2действия. 11 рия встречно; снмеряемой элек;опорной иоханнувствительныйэлектрическмпопрпемной чашигири 15, упруге рычаон 3 ивительный э.геяп 1 еи сис г:ойелем 18, интег1525592 ции, буферный блок 31, ключ 30. Результат измерения фиксируется счетчиком 40 импульсов и отображаетсяна отсчетном блоке 41. Блок 42 корИзобретение относится к электроизмерительной технике, а именно кточным способам и устройствам дляизмерения 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 электрическихвеличин;на фиг,2 и 3 - варианты схем 20выполнения с разворотом чувствительного элемента на 90; на фиг, 4 и 5 -варианты схем выполнения с подачейизмеряемой электрической величины икомпенсационного тока системы элек 25тросилового уравновешивания в одинобщий контур чувствительного элеменота и с разворотом его на 90Устройство (фиг. 1) содержит чувствительный эпемент (ЧЭ) 1, выполненный подвижным и установленный через упругую подвеску 2 параллелограмного типа в виде рычагсв 3 и 4 второго рода, закрепленных на основании5. Чувствительный элемент 1 снабжендвумя электрическими контурами 6 и7, жестко механически связанными сним, и общим магнитоэлектрическимобратным преобразователем 8 с магнитом 9 и ярмом 10, в коаксиальном зазоре 11 которого равномерно располагаются контуры 6 и 7, снабженные токовводами, выполненными беэмоментными 12 и 13. ЧЭ 1, кроме того, снабжен грузоприемной чашкой 14 для образцовой гири 15 и указателем 16преобразователя 17 некомпенсации,реагирующего на рабочее перемещениеДх чувствительного элемента 1 и выдающего электрический сигнал некомпенсации Ь 0 и соединенного с входамирегулирующего усилителя 18, интегрирующего усилителя (ИУ) 19, работающего отдельно или совместно с первым,причем регулирующий и интегрирующийусилители 18 и 19 вырабатывают компенсационные токи 1, + 1 или 1, взависимости от режима работы чувствительного элемента 1. рекции введен для исключения влияниясобственной массы чувствительногоэлемента 1 на результат измерений.3 з.п.ф-лы, 5 ил,Для правильной работы упругой подвески 2 ее плечи 1 1, 114 выбираются попарно равными 1, = 1 ,Э 4Измеряемый электрический сигналв виде тока 1 от источника 20 сэлектродвижущей силой Ес внутреннимимпедансом 21 (Е ) подключается 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-жидкостноготипа, определяющие уровни чувстви"тельного элемента 1.Электрический контур 6 через токовводы 12 и сумматор 28 соединеныс интегратором 29, к которому черезключ 30 и буферный блок 31 от источни;а 32 опорного тока, снабженногоблоком 33 коррекции, подается суммарное значение опорного тока 1+д 1 .Рреобразователь 17 некомпенсациисоединен с входом блока электросилового уравновешивания, Регулирующийусилитепь 18 и интегрирующий усилитель 19, сумматор 28, интегратор 29вместе с широтно-импульсным модулятором 34 образуют блок электросилового уравновешивания,В широтно-импульсный модулятор 34,кроме ключа 30, буферного блэка 3 1источника 32 опорного тока и блока 33 коррекции входят компаратор35, генератор 36 пилообразного напряжения, генератор 37 опорной частоты и делители 38 и 39 частоты с коэффициентами деления К, и К 2. Входыкомпаратора 35 соединены соответственно с выходами интегратора 29 игенератора 36 пилообразного напряжения, вход которого через делитель38 подключен к выходу генератора37 опорной частоты, второй выходкоторого через делитель 39 частотысоединен с вторьи выходом широтноимпульсного модулятора 34 и со счетным входом счетчика 40, вход сбросакоторого соединен с третьим выходом1525592 широтно-импульсного модулятора 34,который соединен с выходом комцаратора 35, выход счетчика 40 соединенс входом счетного блока 41.Счетчик 40 производит с частотойГо /Кподсчет импульсов, заданныхотрезком времени ас от компаратора35 и выдает эначеце отсчитанногоих числана отсчетный блок 41,Вход предустановки счетчика 40 соединен с выходом блока 42 коррекциис кнопкой 43 сброса показаи, Источник 44 с ЭДСЕи импедансом 45,равным Х, является (см, Лиг. и 5)эквивалентом системы уравцовешцвац;яна базе регулирующего усилителя 18и интегрирующего усилителя 19,Измерецця проводятся сл дуэщимобразом,На упругую подвеску 2 паралллограммного типа в виде рь;чалов 3 ивторого рода устанавливают чувствительный элемент 1 с двумя электрическими контурами 6 и 7 ц с общим магнитоэлектрическим обратым преобразователем 8, охватывают чувствительный элемент 1 отрицательной обратнойсвязью с электросцлови уран.:;веэээванием по первому злектрическо у кэнтуру б с помощью преобразоьэтеэя 17некомпенсации и регулирующего усилителя 18, а также производят выставку уровня чувствцтелього элемента 1 по измерителю 26 уровня, Б этомслучае чувствительный элемент 1 работает как система стати ескогоуравновешивания с малой остаточнойнекомпенсацией х - С,;ля созданияастатизма системы по перемеще цю,т.е. получение ах = О, доло;цителэ,нок регулирующему усилителю 8 включают в цепь отрицательной обратнойсвязи интегрирующий усилитель 19,при этом чувствительый элемент 1строго заФиксирован в одной и тойже зоне магнитоэлектрического обратного преобразователя 8, где значения индукции в его коаксиальномзазоре 11 постоянны.Далее проверяют исходную точкучувствительного элемента 1 по значению начального компенсационного тока 1 , , пропорционального весу Рсобственной массы ш О ЧЭ 1 (т.е. сучетом грузоприемной массы чашки 14,электрических контуров 6 и 7, рычагов 3 и 4, а также подвески 2), Приэтом значение тока Фиксируегся (за 6поюцается) . При исэользовациц метода шэротно-цпулэсвой модуляции проверка и".хоээ точкц цо ток.г 1производится следчющцм образом: ток1 , поступающий через сумматор 28,о фсовместно со встречным гоком 1, отисточника 32 опор.ого тока - в интегратор 29, вьходвзй сцгныя которого Осравнивается комцарагором 35 с сигналом генераторы Зб пилообразногоцапрял,еэи 5, Ь эхо; меняет скважностьээмцульсов тска 1, ри этом ширинапмп,льсов гока 1 т,е, время при 5которо кло ЗО остается открьтыми сч:.т:и: 40 произв;цт счет импульсов эыс го. эц 1 пропэ.эрццональцв чцслу сося т:э ых эмцульь ов М,эик цруеьэых Отоэетэ,м блоком 41.0 Опера".ор Ьээкс.э; ует и;.ел М им;упьсовэ, цр,плрцонэ.эьэое значениютока 1, и весу Р, со твеной массы чувствтеэ,эх э.еээ:н;а , в сборе, Дляекоренцяурошеив последующих и ээерэ тел вэх операьзй цачальое зээачене ,. эпульсов сбрагэнэаеэ ся ца цу,э:.утем ыяатия кцопкэ; 43 сороса э,оквзаццэ ц включениябЛОКа 42 КЭВ",Г;р эт,,тсаЕ 30.корп=хт.роэ:аэ зв цээе "ходнойтэкц зво цулн3 . 0 эаее ус за;ывэп ваюг ца грузоприлцую чашке 1 э Оора.эцовэую Гирю 15требуе эо; о э;- са . . в сгэ,э шсгде г, - ус прение свободногопадения), напрээер 00 г, и определяют цаэог эно ог, сану гокуравцовеээ.".выюэцэй вес 1., по числу 40и;ц;ульсов М, заАи срованоу отсчетным блоком 41, после чего находят масштабный коэ,эйэццеээт К- К Р = К,.рэээ . (1) 45 Если масштабньп козэФэццент К, зависящий гпавным образом от магнитнои индукции В в зазоре 11, не изменился с момента предыдущей градуировки, то при использовании метода 50 широтно-импульсной модуляции корректировка уровня оп эного тока 1непроизводится. В с,учые изменениямысштаба коэьцциента К , т.е. отклонения э, от зада:,чого известного числа, например из-за измененияокружающей температуры, производитсякорректировка уров 1,. путем подачи от корректирующего олока 33 добаВочного тока 4 1 ;5Далее после проведения нескольких циклов проверки исходной точки и масштабного коэффициента К снивф 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 д х, который отрабатывается по току 1. Ток 1 , измеряется, как и ранее, по методу широтно-импульсной модуляции и отсчитывается по отсчетному блоку 4 1 в виде числа импульсов М по формуле 10к К 1 Тхэ где К, - масштабный коэффициент, определяемый числом витков электрических контуров 6 и 7, индукцией В взазоре 11, конструктивными размерамиэлектрических контуров 6 и 7, частотой Г генератора 37 опорной частоты и коэффициентом деления Кделителя 39 частоты,Поскольку в предлагаемом способеточность поддержания масштабов Ки К проверяется весма быстро и в 30любой момент времени по точной мере,какой является образцовая гиря 15,имеющая большую временную стабильность и точность, а точность поддержания опорной частоты с гомощью ге 35нератора 37 опорной частоты на кварцевом резонаторе также велика, тоустройство позволяет измерять электрические величины с погрешностьюне более 0,001-0,0033.Дополнительно к основному возможен следующий вариант проведенияизмерений, повышающий его точность(см, фиг. 2 и 3). После фиксациипостоянства коэффициента К, и снятияобразцовой гири 15 чувствительныйэлемент 1 разворачивают на 90 о внаправлении действия веса Р, егособственной массы перпендикулярнорабочим перемещениям дх его чувстви -50тельного элемента 21 и указателя 16,производят выставку уровня чувствительного элемента 1 по измерителю27 уровня на основании 5, после чеговводят измеряемую величину 1 в элек 55трический контур 7,В этом случае действие веса Р вобщем виде не приводит к смещениючувствительного элемента 1 и указателя 16, а значение начального компенсационного тока 1 , стремится к нулю, 1, - О, причем при сбалансированном чувствительном элементе 1 оно равно нулю, 1 , = О, В этом случае дополнительного разогрева чувствительного элемента 1 током 1, не происходит и точность измерения величины 1 увеличивается.Кроме того, возможен вариант проведения измерений (см, фиг, 4 и 5), когда измеряемую электрическую величину 1 вводят в один и тот же общий электрический контур 6 чувствительного элемента 1, имеющий пониженный импеданс Х по сравнению с импедансами / и Л источника 44 и источника 20 измеряемого сигнала 1, Е(Е;27 , В этом случае после проверки и корректировки исходной точки чувствительного элемента 1, а также фиксации постоянства коэффициента Кпф измеряемый сигнал 1 вводят в электхрический контур 6, причем, поскольку для достижения силового уравновешивания токи 1 и Т должны быть равкхны, результирующий ток равен нулю, 1- 1 , = О, и нагрев чувствительного элемента токами 1и 1 , не происходит.При этом существенно повышается точность измерений. Одновременно при выбранных соотношениях импедансов погрешности д 1ид 1 , становятся минимальными.Кроме того, при повороте чувствительного элемента 1 на 90 (см.фиг.5) пропадает необходимость в подаче в электрический контур 6 начального тока 1что 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 а х под воздействием веса Р, его собственной массы.При этом указатель 6 перемещается относительно преобразователя 17 некомпенсации, который вырабатывает сигнал д 1,. некомпенсации, поступающий на регулирующий усилитель 18 и интегрирующий усилитель 19, где усиливается и интегрируется, после чего поступает в виде тока 1 , в электрический контур 6 и создает усилие Р = Р , обеспечивающее " х = О, 152559225 40 50 55 Далее ток 1, после электрического контура 6 совместно с компенсационным встречным током 1, поступаетчерез сумматор 28 в интегратор 29,сравнивающий их во времени, Выходнойсигнал интегратора поступает на первый вход компаратара 35, на нторайвход которого поступает аг генератора 36 пилообразного напряжения линейно нарастающее напряжение,В момент равенства сигнала интегратора 29 и напряжения ст генератора36 пилообразного напряжения компаратор 35 срабатывает и дает командына отключение ключа 30 и прекращениесчета импульсон на счетчике 40, нкоторый они идут в течение отрезкавремени д со от генератора опорнойчастоты через делитель 39 частоты.На отсчетнсм блоке 41, таким обзом, высвечивается числа импульсовМо, пропорциональное значению РДля упрощения последующих операций путем нажатия кнопки 43 сбросапоказаний производится с помощьюблока 42 коррекции (путем запоминания этих показаний, например, и автоматического нычитания их в каждыйтакт) установка счетчика 40 импульсов в нугевое положение ла атсчетнаму блоку 41, т,е. полуение И = О.1Далее устанавливают на грузагриемную чашку 14 образцовую гирю 15требуемой массы и определяют постоянства масштабного коэффициента Кпа уравнению (1), производят в случае необходимосги корректировкууровня 1, путем подачи от блока 33коррекции добавочного тока 11, делают вторичную проверку исходнойточки чувствительного элемента 1 икоэффициента К и, наконец, включают выключатель 23 и вводят измеряемый электрический сигнал 1 , 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 электросилонаго 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 целью 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 параллелограммнсго типа и механически соединен с двумя электрическими контурами, помещенными в зазор магнитоэлектрического обратного преобразователя, вход второго электрического конура соединен с нхэдн.пии зажттмамл устройства, блок элекгросилавого равновешиваьия содержит р,гулирующии усилитель, вход которого соединен свходом блока электрссилового уравновешивания, и) тегрирующии усилитель,сумматор, интегратор, широтна-импульсный модулятор, выход регу.тирующего усилителя чгпез интегрирующийусилитель соединен с первым ныводомпервого электрического контура, нторой вывод которого соединен с первымвходом сумматора, второй вход которсгс соединен с первым вькодам широтно-импульсного мадулягора, входкоторого через интегратор соединен свходом широтно-импульсного модулятора, второй и третий выходы которогосоединены соответственна :с счетнымвходам и входом сброса счетчика,вход предустановки которого соединенс выходом блока коррекции, а выходсчетчика соединен с нхсдсм атс етного блока. 2, Устройство по л, 3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что широтно- импульсный модулятор содержит камларатср, генератор пилообразного напряжения, генератор опорной частоты, два делителя частоты, источник опорного тока, блок коррекции, буферный блок 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 делитель соединен с вторим выходом широтно-импульсного модулятора, третий выход которого соединен с выходам компаратора и управляю.зим входам ключа, через который первый выход широтна-тмпульсного модулятор ссе 15255921211динен 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 обмоткой, значение импеданса которой выбрано меньшим значений импедансов блока электросилового уравновешивания и источника измеряемого электрического сигнала.1525592 27 Составитель В. Степанкинедактор М.Бандура Техред М.Дидык Корректо баций За ьский комбинат "Патент", г. Ухгород, ул. Гагарина, 101 роизводственно-из4 7217/39 Тирах 714Государственного комитет113035, Москва,Подписноео изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР35, Раушская наб., д. 4/5