ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована в системах со стрелочными приборами и автоматическим сбором информации о значениях измеряемых величин.
Известен электроизмерительный прибор с встроенным емкостным датчиком, образованным стрелочным указателем и нанесенной на шкалу системой неподвижных электродов из токопроводящего материала (см. патент РФ №1308018, G01R 35/00, Б.И. №14, 1997).
Под действием измеряемого сигнала подвижная часть прибора поворачивается, и стрелочный указатель изменяет свое положение относительно оцифрованных отметок шкалы, а значит, и относительно слоев проводящего материала, расположенных соосно с оцифрованными отметками. При прохождении стрелочным указателем середины оцифрованной отметки электрическая емкость между стрелочным указателем и соответствующим слоем проводящего материала максимальна.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного электроизмерительного прибора, относится невозможность идентификации слоя, над которым в данный момент находится стрелочный указатель, при произвольном характере изменения входного сигнала прибора.
Наиболее близким электроизмерительным прибором того же назначения к заявленному прибору по совокупности признаков является прибор с встроенным емкостным датчиком, образованным стрелочным указателем из токопроводящего материала и нанесенными на шкалу неподвижными электродами из токопроводящего материала, электрически изолированными как от шкалы, так и от остальных элементов конструкции прибора, в котором корпус прибора выполнен металлическим с нанесенным на внутреннюю поверхность лицевой панели электростатическим прозрачным экраном, а система неподвижных электродов представляет собой три концентрических дугообразных слоя с центром на оси вращения стрелочного указателя, при этом средний слой разделен пазом на две части, (см. патент РФ на полезную модель №164300, G01D 5/00, G01R 5/00, Б.И. №24, 2016) и принятый за прототип.
Форма паза между электродами среднего дугообразного слоя выбирается такой, что площади перекрытия неподвижных электродов и стрелочного указателя при его повороте в одну сторону изменяются монотонно и дифференциально относительно друг друга, при этом выходные емкости электродов также будут изменяться дифференциально и монотонно. Емкости между электродами внешних дугообразных слоев и стрелочным указателем могут использоваться для ввода поправок как на изменение зазора между стрелочным указателем и шкалой, так и на угол наклона стрелочного указателя к плоскости шкалы.
К причине, препятствующей достижению указанного ниже результата при использовании известного электроизмерительного прибора с встроенным емкостным датчиком, принятого за прототип, относится малая чувствительность при определении углового положения стрелочного указателя относительно оцифрованных отметок шкалы.
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является разработка электроизмерительного прибора.
Технический результат - повышение чувствительности при измерении углового положения стрелочного указателя относительно оцифрованных отметок шкалы.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что известный электроизмерительный прибор содержит металлический корпус с электростатическим прозрачным экраном на внутренней поверхности лицевой панели, шкалу с нанесенными на нее неподвижными электродами, представляющими собой три концентрических дугообразных слоя с центром на оси вращения стрелочного указателя, при этом средний слой разделен пазом на две части с возможностью дифференциального и монотонного изменения емкостей между стрелочным указателем и каждым из двух полученных таким образом электродов.
Особенностью является то, что верхний дугообразный слой разделен радиальными пазами, совпадающими с оцифрованными отметками шкалы, на систему чередующихся электродов, объединенных электрически в два электрода, с возможностью дифференциального изменения емкостей между стрелочным указателем и каждым из двух полученных таким образом электродов.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема неподвижных электродов в виде трех концентрических дугообразных слоев, отделенных друг от друга пазами, с центром на оси вращения стрелочного указателя, на фиг. 2 - схема неподвижных электродов разделенных радиальными пазами на дугообразные электроды и пазами с возможностью дифференциального и монотонного изменения емкостей между стрелочным указателем и неподвижными электродами, на фиг. 3 - зависимости изменения емкостей между стрелочным указателем и неподвижными электродами при изменении положения стрелочного указателя относительно оцифрованных отметок шкалы.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.
Электроизмерительный прибор содержит металлический корпус с электростатическим прозрачным экраном на внутренней поверхности лицевой панели, шкалу 1 (фиг. 1) с нанесенными на нее неподвижными электродами 2, 3, 4 из токопроводящего материала в виде трех концентрических дугообразных слоев с центром на оси вращения стрелочного указателя 6, отделенных друг от друга пазами, электрически изолированными как от шкалы 1, так и от остальных элементов конструкции прибора, оцифрованные отметки 5 шкалы 1 и стрелочный указатель 6 из токопроводящего материала.
При этом неподвижный электрод 3 (средний слой, фиг. 1) разделен пазом на две части с возможностью дифференциального и монотонного изменения емкостей между стрелочным указателем 6 и каждым из двух полученных таким образом электродов 7, 8 (фиг. 2). Неподвижный электрод 4 (верхний слой, фиг. 1) разделен радиальными пазами, совпадающими с оцифрованными отметками 5 шкалы 1, на систему чередующихся электродов 9, 10 (фиг. 2) с возможностью дифференциального изменения емкостей между стрелочным указателем 6 и каждым из двух полученных таким образом электродов 9, 10.
Электроизмерительный прибор работает следующим образом.
Под действием измеряемого сигнала стрелочный указатель 6 изменяет свое положение относительно отметок 5 шкалы 1 и системы неподвижных электродов 2, 7, 8, 9, 10.
При нахождении стрелочного указателя 6 в зоне электродов 2, а также в средней зоне электродов 9 или 10, выходные емкости соответствующих электродов не зависят от угла поворота стрелочного указателя 6, но изменяются в зависимости от расстояния между стрелочным указателем 6 и соответствующим участком шкалы 1.
Площади перекрытия неподвижных электродов 7, 8 и стрелочного указателя 6 при его повороте в одну сторону изменяются монотонно и дифференциально относительно друг друга, при этом выходные емкости электродов 7, 8 также будут изменяться дифференциально и монотонно.
Площади перекрытия неподвижных электродов 9, 10 и стрелочного указателя 6 при его движении в окрестностях радиального паза изменяются дифференциально относительно друг друга, при этом выходные емкости электродов 9, 10 также будут изменяться дифференциально.
7
8
9
10
Результаты экспериментального исследования опытного образца емкостного датчика (фиг. 1, 2) электроизмерительного прибора приведены на фиг. 3, где С, C, С, С - зависимости изменения выходных емкостей между стрелочным указателем 6 и неподвижными электродами 7, 8, 9, 10 соответственно, при изменении угла поворота стрелочного указателя 6 от 0 до 5 делений шкалы.
Исследования показали, что предлагаемый электроизмерительный прибор с встроенным емкостным датчиком имеет повышенную чувствительность при измерении углового положения стрелочного указателя относительно оцифрованных отметок шкалы.
Предлагаемый электроизмерительный прибор с встроенным емкостным датчиком углового положения стрелочного указателя может найти применение в измерительных системах со стрелочными приборами и автоматическим сбором информации о значениях контролируемых величин.