ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ВОЛЬТМЕТР
ELECTROSTATIC VOLTMETRE

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к электрическим приборам, и может быть использовано для измерения высоких напряжений.
Известен электростатический вольтметр (патент РФ №2198409, МКИ 7 G01R 2/28, 15/00, 19/00, 2003 г.), содержащий диэлектрический корпус, два электрода, выводы которых соединены с измерительными клеммами, подвижный элемент, ось, связанную с корпусом и имеющую возможность вращения, и отсчетное устройство со шкалой, нанесенной на торец подвижного элемента, а электроды расположены под углом относительно нормали к поверхности подвижного элемента, величина этого угла зависит от материала, из которого выполнен подвижный элемент для обеспечения наибольшего вращающего момента подвижного элемента, в связи с чем электроды имеют возможность поворота на необходимый угол.
Недостатками такой конструкции являются ее ограниченные функциональные возможности, вызванные горизонтальным расположением оси вращения, отсутствием возможности изменения зазора между электродами и подвижным элементом.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к заявленному является электростатический вольтметр (патент РФ №2307361C2, МКИ 7 G01R 5/28, 28.11.2005), содержащий диэлектрический корпус, два электрода, выводы которых соединены с измерительными клеммами, подвижный элемент в виде цилиндрического диэлектрика, расположенного на оси, связанной с корпусом и имеющей возможность вращениями, отсчетное устройство со шкалой, нанесенной на торец подвижного элемента, включающее два световода, магнитоиндукционный успокоитель, расположенный на основании электростатического вольтметра и связанный с подвижным элементом посредством диска, имеющего общую ось с подвижным элементом с возможностью движения в поле постоянного магнита.
Подвижный элемент имеет вертикальную ось вращения, которая закреплена к диэлектрическому корпусу, при этом электроды имеют возможность поворота на необходимый угол при помощи винтов-корректоров, расположенных на верхней части электростатического вольтметра.
Недостатками прототипа являются: нестабильность в работе механизма, вызванная отсутствием обоймы для сборки измерительного механизма, неудобство считывания информации, вызванное тем, что шкала нанесена на торец прибора и необходимо применять световод, неудобство в настройке прибора, вызванное отсутствием регулировочных шкал и винтов.
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей электростатического вольтметра за счет повышения стабильности и точности, повышение удобства считывания информации, повышение удобства регулировки прибора при сохранении таких преимуществ прототипа, как большой диапазон измеряемых высоких напряжений в широком диапазоне частот, частотная и температурная независимость, отсутствие влияния посторонних магнитных полей, измерения в цепях переменного и постоянного тока.
Задача решается посредством электростатического вольтметра, содержащего диэлектрический корпус, измерительный механизм, собранный на обойме, включающий два электрода, выводы которых соединены с измерительными клеммами, подвижный элемент, вертикальную ось, имеющую возможность вращения, магнитоиндукционный успокоитель, расположенный на основании электростатического вольтметра и связанный с подвижным элементом посредством диска, имеющего общую ось с подвижным элементом, отсчетное устройство, шкалу, в отличие от прототипа электроды имеют возможность поворота на определенный угол при помощи ручек, расположенных на верхней части электростатического вольтметра. При этом электроды закреплены с возможностью регулирования зазора между подвижным элементом и электродами при помощи призматических направляющих типа «ласточкин хвост».
Кроме того, согласно изобретению отсчетное устройство может быть выполнено стрелочным.
Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг.1 изображен общий вид устройства, на фиг.2 изображен измерительный механизм.
Электростатический вольтметр (фиг.1) состоит из измерительного механизма 1, диэлектрического корпуса 2, крышки корпуса 3, измерительных клемм 4 и регулировочных ручек 5. Измерительный механизм электростатического вольтметра (фиг.2), собранный на обойме 6, состоит из подвижного элемента 7, выполненного виде цилиндрического диэлектрика, расположенного на вертикальной оси 8, которая закреплена на подшипниках с возможностью вращения, при этом вертикальная ось 8 с одного конца связана с обоймой моментной пружиной 9. Электроды 10 установлены под углом относительно нормали к поверхности подвижного элемента 7. Шкала 11 электростатического вольтметра расположена в верхней части обоймы, отсчетное устройство 12 электростатического вольтметра состоит из стрелки и противовеса, закрепленных на стрелкодержателе, который в свою очередь закреплен на оси 8. Для затухания колебаний подвижного элемента 7 используется магнитоиндукционный успокоитель 13, расположенный на основании электростатического вольтметра и связанный с подвижным элементом 7 посредством диска 14, имеющего общую ось с подвижным элементом 7 с возможностью движения в поле постоянного магнита. Электроды 10 закреплены на направляющих 15 с возможностью регулирования зазора между ними и подвижным элементом 7 при помощи винтов 16.
Использование в качестве подвижного элемента 7 цилиндрического диэлектрика, расположенного на вертикальной оси 8, закрепленной с возможностью вращения и связанной с одного конца с обоймой 6 электростатического вольтметра посредством моментной пружины 9, позволяет исключить влияние положения электростатического вольтметра в пространстве на точность его показаний и повысить его вибростойкость. При этом спиральная пружина выполняет роль механического элемента сравнения. Указанная пространственная взаимосвязь подвижного элемента 7 с электродами 10 обеспечивает необходимый вращающий момент подвижного элемента 7. Установка электродов 10 с возможностью поворота при помощи ручек 5 (изображены на фиг.1), фиксация выбранного угла производятся винтами. Все это позволяет изменять угол их наклона относительно нормали подвижного элемента 7 и обеспечивать наибольший вращающий момент подвижного элемента 7 в зависимости от материала, из которого он выполнен, что позволяет уменьшить момент инерции подвижного элемента 7 и соответственно расширить пределы измерений в сторону малых величин, улучшить условия успокоения электростатического вольтметра, а следовательно, повысить его чувствительность и точность. Также возможно изменение зазора между электродами 5 и подвижным элементом 7 при помощи направляющих 15, что позволяет расширить пределы измерений. При этом зависимость угла наклона электродов 10 от характеристик материала, из которого выполнен подвижный элемент 7, в целях получения его наибольшего вращающего момента, носит экспоненциальный характер.
Электростатический вольтметр работает следующим образом. При подаче на электроды 10 измеряемого сигнала подвижный элемент 7 в виде цилиндрического диэлектрика поворачивается. Направление вращения цилиндрического диэлектрика не зависит от знака измеряемого напряжения. При вращении подвижного элемента 7 моментная пружина создает противодействующий момент. При равенстве вращающего и противодействующего моментов подвижный элемент 7 останавливается, и по положению отсчетного механизма 12 по шкале 11 определяется измеряемое напряжение. Затухание колебаний подвижного элемента 7 осуществляется при помощи магнитоиндукционного успокоителя 13.
Отсутствие в данной конструкции подвижных частей, надежная связь оси подвижного элемента 7 с обоймой 6 электростатического вольтметра, установка электродов 10 с возможностью поворота и указанная пространственная взаимосвязь подвижного элемента 7 и электродов 10 обеспечивают вибростойкость, независимость показаний электростатического вольтметра от его расположения в пространстве и наибольший вращающий момент подвижного элемента 7, а следовательно, точность электростатического вольтметра. При этом сохраняются большой диапазон измеряемого напряжения в широком диапазоне частот, частотная и температурная независимости, отсутствие влияния посторонних магнитных полей, возможность применения для измерений напряжения в цепях постоянного и переменного тока.