ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР

ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР


RU (11) 2128844 (13) C1

(51) 6 G01R19/175, G01R5/00, G01R19/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 1999.04.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 97115971/28 
(22) Дата подачи заявки: 1997.09.29 
(45) Опубликовано: 1999.04.10 
(56) Аналоги изобретения: SU 1308018 A1, 27.12.95. RU 2052820 C1, 20.01.96. 
(71) Имя заявителя: Ульяновский государственный технический университет 
(72) Имя изобретателя: Медведев Г.В.; Федоров Д.Л.; Шивринский В.Н.; Мишин В.А. 
(73) Имя патентообладателя: Ульяновский государственный технический университет 
(98) Адрес для переписки: 432027, Ульяновск, ул.Северный Венец, 32, Ульяновский гос.техн.университет, проректору по НИР 

(54) ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в системах с автоматическим сбором информации о значениях измеряемых величин. Прибор содержит корпус, измерительный механизм с обоймой и подвижной частью, стрелочный указатель, шкалу с отметками, емкостный датчик, образованный стрелочным указателем и нанесенными на шкалу неподвижными электродами из токопроводящего материала. Совокупность неподвижных электродов представляет собой дугообразный слой, разделенный пазами на несколько частей. Эти элементы объединены в два электрода, каждый из которых соединен с отдельной дополнительной клеммой. Пазы между электродами выполнены с возможностью дифференциального и монотонного изменения емкостей между стрелкой и каждым из неподвижных электродов в окрестности контролируемых положений стрелки и равенства емкостей между собой в самих контролируемых положениях. В этом случае в датчике можно использовать мостовые преобразователи значений емкостей, что намного увеличивает чувствительность и помехоустойчивость датчика. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано в системах с автоматическим сбором информации о значениях измеряемых величин.

Известны электроизмерительные приборы (см., например, в кн. Аналоговые электроизмерительные приборы: Учеб. пособие для вузов/Дмитриев Ф.С.. Киселева Е.А., Лебедев Г.П. и др.; Под ред. Преображенского А.А. -М.: Высш. школа, 1979, 352 с. ), содержащие корпус, закрепленную в нем обойму, относительно которой перемещается подвижная часть с установленным на ней стрелочным указателем, шкалу с нанесенными на ней метками, цифрами и обозначениями, прикрепленную к обойме прибора. При перемещении подвижной части прибора стрелка изменяет свое положение относительно отметок шкалы, представляя информацию о входной величине для визуального считывания человеком.

Однако аналоговые электроизмерительные приборы такого типа преобразуют измеряемую величину только в перемещение стрелочного указателя относительно отметок шкалы, что не позволяет использовать их в системах с автоматизированным сбором информации, где необходимо представлять измерительную информация в виде электрического сигнала.

Известны стрелочные электроизмерительные приборы с контактными группами (см., например, Справочник по электроизмерительным приборам, под ред. Илюнина К.К. -Л.: Энергия, 1977, с. 382-387), содержащие, как и предлагаемое устройство, корпус, измерительный механизм, состоящий из обоймы и установленной в ней подвижной части и подключенный к рабочим клеммам прибора, стрелочный указатель, закрепленный на подвижной части прибора, шкалу с нанесенными на ней отметками, цифрами и обозначениями, закрепленную на обойме. Кроме того, известные приборы содержат контактную группу, которая замыкает дополнительную электрическую цепь прибора при достижении стрелкой контролируемого положения. Это положение задается, в зависимости от типа известных приборов, либо при изготовлении, либо при помощи механических регуляторов в корпусе прибора.

Недостатком известных приборов является низкая надежность работы контактной группы, увеличение погрешности показаний приборов в момент замыкания контактов, ограниченное количеством контактных групп в приборе (не более двух в известных приборах), что приводит к большой дискретности определения положения стрелки на шакале прибора по замыканию контактных групп.

Наиболее близким к предлагаемому является электроизмерительный прибор по авт.св. СССР 1308018 класса G 01 R 35/00 (ДСП), содержащий, как предлагаемое устройство, корпус, измерительный механизм, состоящий из установленной в ней подвижной части и подключенный к рабочим клеммам прибора, стрелочный указатель, закрепленный на подвижной части прибора и электрически соединенный с минусовой клеммой прибора, шкалу с нанесенными на ней отметками, цифрами и обозначениями, закрепленную на обойме и изолированную от нее, встроенный емкостный датчик, образованный стрелочным указателем и нанесенной на шкалу системой неподвижных электродов из токопроводящего материала.

Недостатком прототипа является низкая чувствительность и помехоустойчивость емкостного датчика, связанная с тем, что датчик имеет недифференциальную структуру, а преобразование емкости производится с помощью генератора переменной частоты.

Стрелочные электроизмерительные приборы используются для измерений широкого диапазона значений токов и напряжений и представляют информацию в виде, удобном для считывания человеком. Но для использования в системах с автоматическим съемом показаний при помощи электронных и микропроцессорных устройств такие приборы не приспособлены. Функционирование различных систем на промышленных и хозяйственных объектах контролируются с помощью групп измерительных приборов со стрелочными указателями, объединенных в информационные щиты. Количество приборов на щитах может достигать нескольких десятков. Информация, представляемая стрелочными указателями считывается визуально оператором, который должен постоянно находиться у щита, контролируя состояние системы и принимая необходимые меры в экстренных ситуациях. Поэтому при решении возникающих при работе системы проблем возможны ошибки, связанные с субъективной оценкой ситуаций и замедленной реакцией оператора. Все дополнительные возможности по аварийному блокированию элементов системы, частичной автоматизации контроля и управления, запоминанию и документированию значений измеряемых параметров реализуются путем введения в систему дополнительного аппаратного обеспечения, часто очень сложного. Поэтому для многих задач управления объектами, в которых контролируются значения изменяемых приборами параметров, требуется обеспечить два типа представления разнородной измерительной информации. Во-первых, в виде перемещения стрелки прибора относительно оцифрованных отметок шкалы, удобном для визуального считывания человеком-оператором. Во-вторых, в виде напряжения, изменяющегося с некоторой (часто высокой) дискретностью в зависимости от значения входной величины, которое удобно использовать в автоматических системах контроля либо напрямую, либо после аналого-цифрового преобразования. Использование для этих целей стрелочных электроизмерительных приборов с емкостным датчиком положения стрелки позволит немного упростить структуру создаваемых управляющих и контрольно-измерительных систем, включая системы автоматизированной градуировки и поверки стрелочных приборов, а также модифицировать уже функционирующие системы с минимальными аппаратными затратами.

Технический результат - получение электроизмерительного прибора с емкостным датчиком положения стрелки, для чего необходимо обеспечить его высокую чувствительность и помехоустойчивость.

Электроизмерительный прибор содержит корпус, измерительный механизм, подключаемый к рабочим клеммам прибора и состоящий из обоймы и установленной в ней подвижной части, стрелочный указатель, закрепленный на подвижной части прибора и электрически соединенный с минусовой клеммой прибора, шкалу с нанесенными на ней отметками, цифрами и обозначениями, закрепленную в обойме и изолированную от нее, емкостный датчик, образованный стрелочным указателем и нанесенными на шкалу неподвижными электродами из токопроводящего материала.

Возможность определения моментов нахождения стрелки в контролируемых положениях обеспечивается наличием в приборе емкостного датчика, сформированного подвижным электродом - стрелкой и системой неподвижных электродов, наносимой на шкалу и электрически изолированной от шкалы и от остальных элементов конструкции прибора. Система неподвижных электродов представляет собой дугообразный с центром на оси вращения стрелки слой, разделенный пазами на несколько отдельных частей. Эти элементы электрически объединяются в два электрода, и каждый из электродов соединен с отдельной дополнительной клеммой.

Благодаря наличию в приборе емкостного датчика положения стрелки, у которого система неподвижных электродов на шкале имеет вид дугообразного слоя, разделенного пазами на два электрода, выходными параметрами прибора дополнительно становятся электрические емкости между стрелкой и неподвижными электродами. Причем при форме пазов между электродами такой, что в окрестности контролируемых положений стрелки выходные емкости датчика изменяются дифференциально и монотонно, можно использовать мостовые преобразователи для преобразования значений емкостей, снимаемых с клемм прибора, что намного увеличивает чувствительность датчика. Если мостовую схему уравновесить при контролируемых положениях стрелки (в которых выходные емкости равны между собой), то в этих точках выходное напряжение моста будет обращаться в ноль и не будет зависеть от напряжения питания схемы и зазора между стрелкой и шкалой, являющимися в данной системе помехами. Таким образом, анализируя выходной сигнал мостовой измерительной схемы датчика можно определить моменты прохождения стрелкой контролируемых положений. Датчик при этом будет иметь высокую чувствительность и помехоустойчивость.

Изобретение поясняется чертежами:

фиг.1, на которой изображен пример конфигурации системы неподвижных электродов на шкале электроизмерительного прибора с емкостным датчиком положения стрелки;

фиг. 2, на которой представлены графики выходного напряжения положения стрелки электроизмерительного прибора при различных амплитудах напряжения питания измерительной схемы.

Электроизмерительный прибор содержит корпус, измерительный механизм, подключенный к рабочим клеммам прибора и состоящий из обоймы и установленной в ней подвижной части, стрелочный указатель, закрепленный на подвижной части прибора и электрически соединенный с минусовой клеммой прибора, шкалу 1 (фиг. 1) с нанесенными на ней отметками, цифрами и обозначениями, закрепленную на обойме и изолированную от нее, емкостный датчик, образованный стрелочным указателем и нанесенными на шкалу неподвижными электродами 2 из токопроводящего материала, электрически изолированными от шкалы и от остальных элементов конструкции прибора. Система неподвижных электродов представляет собой дугообразный с центром на оси вращения стрелки слой, разделенный пазами на несколько отдельных частей. Эти элементы электрически объединяются в два электрода (2 и 3), причем каждый из двух полученных электродов соединен с отдельной дополнительной клеммой. Формы пазов между электродами подбираются с возможностью дифференциального и монотонного изменения емкостей между стрелкой и каждым из неподвижных электродов в окрестности контролируемых положений стрелки и равенства емкостей между собой в самих контролируемых положениях.

Электроизмерительный прибор работает следующим образом. Под действием измеряемого сигнала подвижная часть прибора поворачивается, и стрелка изменяет свое положение относительно отметок шкалы 1 и системы неподвижных электродов из токопроводящего материала 2 и 3, ориентированных относительно отметок шкалы. При этом емкости между стрелкой и неподвижными электродами изменяются дифференциально и монотонно при нахождении указателя в окрестности контролируемых положений 4, а в самом контролируемом положении становятся равными. Получаемый емкостный выходной сигнал снимается с соответствующих клемм - минусовой и дополнительных, и далее преобразуется мостовой измерительной схемой. По сигналу с мостовой схемы можно определить моменты прохождения стрелкой контролируемых положений и нахождения стрелки в их окрестности.

Электроизмерительный прибор с емкостным датчиком положения стрелки прошел апробацию на кафедре ИВК УлГТУ в лабораторных условиях. В качестве базового был использован амперметр M42100 магнитоэлектрической системы, шкала которого была изготовлена из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм. Электроды датчика имели форму, аналогичную представленной на фиг.1. Стрелка шириной 2 мм, длиной 40 мм, закрепленная на подвижной части прибора на расстоянии 1,1 мм от поверхности шкалы, электрически соединена с штатной минусовой клеммой прибора. При снятии характеристик датчика использовались: программируемый калибратор П320, цифровой вольтметр В7-34А, низкочастотный генератор сигналов Г3-109. В качестве измерительной схемы датчика применен шестиплечий мост переменного тока с диодным кольцом, уравновешенный в точке максимального отклонения стрелки. Использованная схема приведена в кн. Левшина Е. С. , Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин: Учебное пособие для вузов. -Л. : Энергоатомиздат, 1983. Мост записывался переменным напряжением 16 В, 45 кГц. Графики зависимостей выходного напряжения датчика U от угла поворота стрелки альфа при различных значениях амплитуды напряжения питания мостовой схемы Uп представлены на фиг.2. Точки равенства 0 выходного напряжения соответствуют положениям стрелки, при которых емкости между ней и электродами на шкале равны между собой.

Апробация подтвердила достижение технического результата:

- обеспечение возможности определения момента прохождения стрелкой контролируемых положений относительно отметок шкалы;

- повышение чувствительности и помехоустойчивости за счет использования дифференциальной структуры датчика и мостовой измерительной схемы;

- повышение точности определения момента прохождения стрелкой контролируемых положений за счет инвариантности выходного сигнала в них напряжению питания схемы и зазору между стрелкой и шкалой. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Электроизмерительный прибор, содержащий корпус, измерительный механизм, подключенный к рабочим клеммам прибора и состоящий из обоймы и установленной в ней подвижной части, стрелочный указатель, закрепленный на подвижной части прибора и электрически соединенный с минусовой рабочей клеммой прибора, шкалу с нанесенными на ней отметками, цифрами и обозначениями, закрепленную в обойме и изолированную от нее, емкостный датчик положения стрелки, образованный стрелочным указателем и нанесенными на шкалу неподвижными электродами из токопроводящего материала, электрически изолированными от шкалы и от остальных элементов конструкции прибора, отличающийся тем, что система неподвижных электродов представляет собой дугообразный с центром на оси вращения стрелки слой, разделенный пазами на несколько отдельных частей, электрически объединенных в два электрода, причем каждый из двух полученных электродов соединен с отдельной дополнительной клеммой, а формы пазов между электродами подобраны с возможностью дифференциального и монотонного изменения емкостей между стрелкой и каждым из неподвижных электродов в окрестности контролируемых положений стрелки и равенства емкостей между собой в самих контролируемых положениях.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru