УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СТОЯЧИХ ВОЛН В СИСТЕМЕ ЛЕХЕРА И СПОСОБ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СТОЯЧИХ ВОЛН В СИСТЕМЕ ЛЕХЕРА И СПОСОБ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ


RU (11) 2275643 (13) C1

(51) МПК
G01R 11/02 (2006.01) 

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

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

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2006.04.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 2004138216/28 
(22) Дата подачи заявки: 2004.12.27 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.12.27 
(45) Опубликовано: 2006.04.27 
(56) Аналоги изобретения: Сивухин Д.В. Общий курс физики. Электричество: Учебное пособие. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1983. - с.646-647. SU 41047 A1, 31.01.1935. RU 2073874 C1, 20.02.1997. RU 2071701 C1, 1997.01.10. Грабовский М.А., Млодзеевский А.Б., Телеснин Р.В., Шаскольская М.П., Яковлев И.А. Лекционные демонстрации по физике. М.: Наука, 1972, с.480-485. 
(72) Имя изобретателя: Ларионов Виталий Васильевич (RU); Тюрин Юрий Иванович (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет (RU) 
(98) Адрес для переписки: 634050, г.Томск, пр. Ленина, 30, Томский политехнический университет 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СТОЯЧИХ ВОЛН В СИСТЕМЕ ЛЕХЕРА И СПОСОБ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при исследовании параметров стоячих волн. Технический результат - повышение точности измерений. Для достижения данного результата осуществляют плавное позиционирование подвижного рейтера с расположенной на нем стойкой с витками связи, амперметром и вольтметром вдоль проводов линии. При этом непрерывно измеряют и записывают показания амперметра и вольтметра. Одновременно фиксируют координаты положения рейтера в точках измерения тока и напряжения. Определяют координаты максимальных значений тока и напряжения. Вычисляют разность между двумя последовательными координатами максимума тока или напряжения, удваивают эти величины и получают значение длины стоячей волны. 2 н. з.п. ф-лы, 2 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области измерительной и учебной техники и может быть использовано для изучения явлений электромагнетизма, например электромагнитных волн, распространяющихся вдоль проводов, измерения потерь энергии в процессе ее переноса вдоль проводов.

Система Лехера представляет собой два одинаковых параллельных провода, в которых с помощью генератора могут возбуждаться переменные токи высокой частоты. Напряжение и ток в проводах системы Лехера распространяются вдоль системы в виде стоячих волн. Демонстрация этого явления, а также измерение токов смещения и соответствующего напряжения является важной практической задачей измерительной техники и представляет интерес для учебного процесса.

Известны следующие устройства и способы измерения параметров линии Лехера, заключающиеся в том, что:

1. В качестве индикаторов пучности тока используют лампочки накаливания, которые включают непосредственно в нескольких местах линии Лехера. Путилов К.А. Курс физики. Т.2. М.: ГИФМЛ. 1963. С.501-503.

2. В качестве индикаторов пучности напряжения применяют гейслеровские газонаполненные разрядные трубки. Грабовский М.А., Млодзеевский А.Б., Телеснин Р.В., Шаскольская М.П., Яковлев И.А. Лекционные демонстрации по физике. М.: Наука. 1972. С.480-485.

В качестве прототипа выбрано устройство для измерения параметров стоячих электромагнитных волн в системе Лехера. Система Лехера представляет собой два параллельных, толстых провода, натянутых на стойках. Провода располагают в горизонтальной плоскости на расстоянии около 10 сантиметров друг от друга. Линия питается с одного конца ламповым генератором. Колебательный контур генератора имеет конденсатор переменной емкости, что позволяет настраивать линию в резонанс. Второй конец линии либо свободен, либо закорочен. В качестве индикаторов для исследования стоячих волн применяют неоновые лампочки, включаемые между обоими проводами линии и небольшие проволочные витки с включенными в них лампочками от карманных фонариков, закрепленные на жестком металлическом стержне. Витки располагают горизонтально между проводами,

В качестве прототипа выбран способ, который состоит в том, что вдоль проводов линии Лехера перемещают в качестве индикатора проволочный виток с неоновой лампочкой или лампочку от карманного фонарика, закрепленную на жестком металлическом стержне. Неоновая лампочка загорается в тех местах, где есть электрическое поле, создающее на ней напряжение, превосходящее потенциал зажигания. Она светится наиболее ярко в максимумах - напряжения и гаснет в узлах напряжения. Электрические лампочки накаливания светят наиболее ярко в максимумах тока смещения и гаснут в узлах тока смещения. Когда виток с неоновой лампочкой помещен в пучность тока, он пронизывается максимальным магнитным потоком. Так как этот магнитный поток переменный, то в витке возбуждается индукционный ток, и лампочка горит наиболее ярко. Если же виток находится в узле тока, то магнитный поток равен нулю, и индукционный ток не возникает. Параметры линии Лехера в способе определяют, постоянно записывая точки координаты линии, в которых происходит вспышка лампочки, вычисляют разность этих координат и их удваивают. Это значение равно длине стоячей волны, распространяющейся вдоль линии Лехера.

С помощью индикаторов исследуют распределение пучностей и узлов тока и напряжения, что позволяет определить параметры линии Лехера, например, длину волны.

(Сивухин Д.В. Общий курс физики. Электричество. Учебное пособие. - 2-ое изд., испр. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1983. - С.646-647).

Недостатком известных устройства и способа измерения и изучения стоячих волн, распространяющихся вдоль проводов линии Лехера, является то, что названным устройством и способом невозможно количественно измерить токи и напряжения. Кроме того, в известном способе появляется большая погрешность определения координат максимумов тока и напряжения, т.к. лампочки горят в диапазоне нескольких сантиметров.

Количественное измерение требует подключения амперметров и вольтметров. Однако подводящие провода к приборам при их перемещении вдоль линии сильно искажают форму витков, в которых индуцируются токи смещения, в результате чего показания приборов изменяются не в зависимости от расположения улов и пучностей линии Лехера, а от положения собственно приборов и формы подводящих проводов, которая изменяется при движении относительно изучаемой линии. Кроме того, чтобы в витке развивалось напряжение, достаточное для зажигания лампочки, площадь витка должна быть большой, что в свою очередь, не позволяет точно определить координату максимума тока или напряжения.

Предлагаемыми изобретениями решается задача количественного и точного измерения токов смещения и напряжения и точного определения их координат на линии Лехера.

Устройство для измерения параметров стоячих волн в системе Лехера содержит два параллельных и одинаковых провода, натянутые на оптической скамье. Под проводами и параллельно им на оптической скамье расположен подвижной рейтер. На нем жестко закреплена стойка, выполненная из тефлона. На стойке расположены проволочные витки связи, соединенные через СВЧ-диоды с амперметром и вольтметром. В верхней части стойки выполнены направляющие вырезы для проводов линии.

Способ измерения параметров стоячих волн в системе Лехера осуществляют перемещением рейтера от одного края линии до другого. Рейтер с расположенной на нем стойкой с проволочными витками связи, амперметром и вольтметром плавно передвигают вдоль проводов линии. Непрерывно измеряют и записывают показания амперметра и вольтметра. Одновременно фиксируют точки координат положения рейтера в точках измерения тока и напряжения, определяют их максимальное значение. Далее вычисляют разность между двумя последовательными координатами максимумов тока или напряжения, удваивают эту величину и получают значение стоячей волны. Потери в линии определяют путем перемножения значений тока и напряжения в точках линии, где измеряют, максимумы тока и напряжения.

На фиг.1, 2 обозначены следующие элементы: 1 - оптическая скамья, 2 - провода линии Лехера, 3 - подвижной рейтер, 4 - милливольтметр, 5 - микроамперметр, 6 - стойка из тефлона, 7 - проволочные витки связи, 8 - СВЧ- диоды, 9 - направляющие вырезы в стойке 6 для проводов линии. На фиг. 2 схематично представлен рейтер со стойкой из тефлона.

В Таблице отражены показания микроамперметра и милливольтметра при передвижении рейтера вдоль линии.

Измерение параметров стоячих волн в системе Лехера осуществляют следующим образом. На оптической скамье 1 закрепляют провода линии Лехера 2. Под проводами и параллельно им на оптической скамье 1 находится подвижной рейтер 3, выполненный в виде плоской площадки-планшета. На площадке-планшете рейтера 3 закреплены микроамперметр М42174 4 со шкалой 0-500 А и милливольтметр М42171 5 со шкалой 0-250мV. На подвижном рейтере 3 укреплена стойка 6 с витками связи 7. На стойке 6 выполнены направляющие вырезы для проводов линии Лехера.

Измерительные приборы микроамперметр 4 и милливольтметр 5 подключены к виткам связи 7 через СВЧ-диоды 8. Подвижной рейтер 3 вместе с витками связи 7 и приборами устанавливают на конце линии Лехера и затем плавно передвигают его вдоль проводов линии, непрерывно измеряют и записывают во всех точках линии показания микроамперметра 4 и милливольтметра 5 (пример приведен в таблице 1). Особенно тщательно фиксируют координаты положения рейтера 3 в тех точках, в которых измеряют максимумы тока и напряжения. Измеряя токи и напряжения вдоль линии, находят координаты максимальных значений напряжения и тока. Вычисляют разность между двумя последовательными точками координат максимума тока или напряжения, удваивают эту величину. Полученное значение равно длине стоячей волны, распространяющейся вдоль линии =2·(30,0 см - 15,0 см) = 30,0 см.

В таблице жирным шрифтом выделены значения координат максимумов тока и напряжения. Потери мощности в линии определяют по закону Джоуля-Ленца, перемножая значения тока и напряжения в точках линии, где измерены ток и напряжение, в частности максимумы тока и напряжения.

Например, мощность линии Р в точке с координатой 15 см (первый столбец таблицы) равна Р1=22·10-6·4·10 -3=88 нДж, а в точке с координатой 30 см мощность равна Р2=21,7·10-6·2,2·10 -3=47.7 нДж. На этих примерах показано, что реализована возможность количественного измерения параметров линии Лехера.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет проводить точные количественные измерения параметров линии Лехера, что представляет качественный уровень измерительной и учебной техники.

Таблица 
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СТОЯЧИХ ВОЛН В СИСТЕМЕ ЛЕХЕРА И СПОСОБ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ 
Координата линии Лехера, в см 15,0 20,0 23,0 25,0 30,0 35,0 38,0 40,0 50,0 
Показания микроамперметра тока, А 22,0 6,0 1,3 6 21,7 5,2 1,1 4,0 21,3 
Показания миливольтметра, mV 4,0 48,0 187,0 124,0 2,2 37,0 182,0 40,0 1.6 





ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Устройство для измерения параметров стоячих волн в системе Лехера, содержащее два провода, натянутые на стойках, и индикаторы, отличающееся тем, что под проводами и параллельно им на оптической скамье расположен подвижной рейтер с закрепленной на нем стойкой из тефлона и проволочными витками связи, расположенными на стойке, соединенными через СВЧ-диоды с амперметром и вольтметром, причем в верхней части стойки выполнены направляющие вырезы для проводов линии.

2. Способ измерения параметров стоячих волн в системе Лехера, включающий перемещение индикаторов вдоль линии, отличающийся тем, что рейтер с расположенной на нем стойкой с витками связи, амперметром и вольтметром плавно передвигают вдоль проводов линии, непрерывно измеряют и записывают показания амперметра и вольтметра, одновременно фиксируют координаты положения рейтера в точках измерения тока и напряжения, определяют координаты максимальных значений тока и напряжения, вычисляют разность между двумя последовательными координатами максимума тока или напряжения, удваивают эти величины и получают значение длины стоячей волны, а потери в линии определяют путем перемножения значений тока и напряжения в различных точках линии.




РИСУНКИ

,





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