ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ КОМПАРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ, ТОКА И МОЩНОСТИ
ELECTRODYNAMIC VOLTAGE, CURRENT AND POWER COMPARATOR

Предлагаемое изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при эталонных измерениях напряжения, тока и мощности в широком диапазоне измеряемых величин и частот.
Известны электродинамические компараторы напряжения, тока и мощности вида ЭД/МЭ, состоящие из двух преобразователей разного вида - электродинамического (ЭД) и магнитоэлектрического (МЭ), подвижные части которых укреплены на общей оси [Рождественская Т.Б. Электрические компараторы для точных измерений тока, напряжения и мощности. - М.: Издательство стандартов, 1964, с.30-45, с.50-81]. При этом ток в магнитоэлектрическом преобразователе регулируется вручную или автоматически до равенства моментов указанных преобразователей.
Недостатком электродинамических преобразователей ЭД/МЭ является низкая точность измерения напряжения, тока и мощности и низкий частотный диапазон измеряемых величин.
Известен электродинамический компаратор напряжения, тока и мощности одновременного сравнения ЭД/ЭД (прототип), содержащий подвижную систему в виде поперечной горизонтальной балки по типу весов, по краям которой укреплены подвижные катушки двух электродинамических преобразователей, в которых две неподвижные и одна подвижная катушка выполнены плоскими проводниками, при этом подвижная катушка помещена между неподвижными катушками [Патент РФ на изобретение №2302010. МПК G01R 17/00. Опубл. в Б.И. №18, 27.06.2007].
Недостатком прототипа является сложность конструкции электродинамических преобразователей.
Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является упрощение конструкции электродинамических преобразователей и снижение стоимости электродинамического компаратора.
Для реализации поставленного технического результата предложенный электродинамический компаратор напряжения, тока и мощности содержит подвижную систему в виде поперечной горизонтальной балки по типу весов, по краям которой укреплены подвижные катушки двух электродинамических преобразователей и флажки фотоэлектрического преобразователя угла отклонения подвижной системы в электрический сигнал, который через балансный усилитель постоянного тока подсоединен к указателю нуля, элементы крепления подвижной системы, которые выполнены в виде четырех растяжек с каждой стороны оси подвижной системы, растяжки расположены попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях, одна пара из них прикреплена к оси подвижной системы и к амортизаторам, а другая пара растяжек через кольцо прикреплена к оси подвижной системы и к амортизаторам, неподвижные катушки двух электродинамических преобразователей, жестко укрепленные на корпусе компаратора, и устройство для обеспечения идентичности электродинамических преобразователей, причем подвижные и неподвижные катушки электродинамических преобразователей выполнены в виде спирали Архимеда, при этом витки подвижной катушки расположены между витками неподвижной катушки таким образом, чтобы расстояние между внутренними и внешними витками неподвижной катушки и витками подвижной катушки было одинаковым, а витки подвижной катушки наполовину входят в витки неподвижной катушки, при этом устройство для обеспечения идентичности электродинамических преобразователей выполнено в виде винта, обеспечивающего плавное регулирование расстояния между концами витков подвижной и неподвижной катушек.
На фиг.1 и фиг.2 изображен схематически электродинамический компаратор напряжения, тока и мощности, на фиг.3 и фиг.4 изображен схематически электродинамический преобразователь.
Электродинамический компаратор напряжения, тока и мощности (фиг.1 и фиг.2) содержит подвижную систему в виде поперечной горизонтальной балки 1 по типу весов, по краям которой укреплены подвижные катушки 2 электродинамических преобразователей 3. Неподвижные катушки 4 электродинамических преобразователей 3 жестко соединены с основанием компаратора.
Элементы крепления балки 1 выполнены в виде пар растяжек 5, 6 и 7, 8, попарно расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях и под острым углом одна к другой. Внешние концы указанных растяжек прикреплены соответственно к амортизационным пружинам 9, 10 и 11, 12. Внутренние концы растяжек 5, 6 прикреплены к оси 13 балки 1 через кольца 14, а растяжки 7, 8 - непосредственно к оси 13 балки 1.
На концах балки 1 укреплены флажки 15, 16 фотоэлектрических преобразователей угла поворота подвижной системы компаратора в электрический сигнал, которые содержат осветительную лампу с конденсором 17, 18, и мосты 19, 20, в которые входят резисторы, фоторезисторы и источники постоянного напряжения. Сигнал с мостов 19, 20 суммируется, усиливается при помощи балансного усилителя постоянного тока и подается на указатель нуля (на фиг.1 и фиг.2 не показан).
Каждый из двух идентичных электродинамических преобразователей 3, содержит подвижную катушку 2 и неподвижную катушку 4, которые выполнены в виде спирали Архимеда (фиг.3 и фиг.4). При этом витки подвижной катушки 2 расположены между витками неподвижной катушки 4 таким образом, чтобы расстояние между внутренним и внешним витками неподвижной катушки 4 и витками подвижной катушки 2 было бы одинаковым, а витки подвижной катушки 2 наполовину входят в витки неподвижной катушки 4.
Устройство 21 (фиг.3) для обеспечения идентичности электродинамических преобразователей 3 выполнено в виде винта 22, который плавно регулирует расстояние между концами витков подвижной 2 и неподвижной 4 катушек.
Добавочные резисторы и шунты к компаратору (на фиг.1 и фиг.2 не показаны) выполнены коаксиальными [Williams E.S. Thermal Voltage Converters and Comparator for Very Accurate Voltage Measurements // Calibration Fluke Seminar, 1976. P.39-48].
Катушку 2 подключают к другим элементам электродинамического преобразователя через безмоментные токоподводы (на фиг.1-4 не показаны).
Электродинамический компаратор напряжения, тока и мощности работает следующим образом. При помощи механического и электрического корректоров (на фиг.1 и фиг.2 не показаны) устанавливают нуль электродинамического компаратора напряжения, тока и мощности. При этом на входы электродинамических преобразователей 3 сигналы не подаются. Далее добиваются идентичности электродинамических преобразователей, при этом на входы электродинамических преобразователей 3 подают одно и то же постоянное или переменное напряжение (ток, мощность) и плавно изменяют при помощи винта 22 расстояние между подвижным витком катушки 4 и витками катушки 2. Идентичность указанных преобразователей определяют по нулевому показанию указателя нуля.
Затем на один из электродинамических преобразователей подается переменное напряжение (ток, мощность), а на другой - постоянное напряжение (ток, мощность), которое регулируют таким образом, чтобы указатель нуля показывал нуль. Далее постоянное напряжение (ток, мощность) измеряется компенсационным методом с применением компенсатора постоянного тока непосредственно или с делителем напряжения (шунтом). Указанные средства измерений на фиг.1 и фиг.2 не показаны.
Применение растяжек 7, 8 предотвращает поперечные колебания подвижной системы. Для снижения крутильных колебаний подвижной системы применен жидкостный успокоитель (на фиг.1 и фиг.2 не показан).
Поскольку электродинамический компаратор напряжения, тока и мощности выполнен по типу весов, а растяжки крепления подвижной системы имеют малый противодействующий момент, то указанный компаратор является весьма чувствительным средством измерений. Это дает возможность иметь малое количество витков в каждом электродинамическом преобразователе, выполненном в виде спирали Архимеда, что существенно упрощает конструкцию электродинамических преобразователей и снижает стоимость электродинамического компаратора.