RU2128844C1 - Electrical instrument - Google Patents
Electrical instrument Download PDFInfo
- Publication number
- RU2128844C1 RU2128844C1 RU97115971A RU97115971A RU2128844C1 RU 2128844 C1 RU2128844 C1 RU 2128844C1 RU 97115971 A RU97115971 A RU 97115971A RU 97115971 A RU97115971 A RU 97115971A RU 2128844 C1 RU2128844 C1 RU 2128844C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- arrow
- electrodes
- scale
- pointer
- capacitance
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано в системах с автоматическим сбором информации о значениях измеряемых величин. The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in systems with automatic collection of information about the values of the measured values.
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. Known electrical measuring instruments (see, for example, in the book. Analog electrical measuring instruments: Textbook for universities / Dmitriev FS. Kiseleva EA, Lebedev GP and others; Edited by A. Preobrazhensky .-M .: Higher school, 1979, 352 pp.), Containing a housing, a clip fixed in it, relative to which the movable part is moved with an arrow pointer mounted on it, a scale with marks, numbers and symbols on it attached to the clip device. When moving the moving part of the device, the arrow changes its position relative to the marks on the scale, presenting information about the input value for visual reading by a person.
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. However, analogue electrical measuring instruments of this type convert the measured value only to moving the pointer relative to the scale marks, which does not allow their use in systems with automated data collection, where it is necessary to present the measuring information in the form of an electrical signal.
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. Known electrical measuring instruments with contact groups (see, for example, the Handbook of electrical measuring instruments, under the editorship of Ilyunin K.K.-L .: Energy, 1977, S. 382-387), containing, as the proposed device, the housing, a measuring mechanism consisting of a cage and a movable part installed in it and connected to the working terminals of the device, an arrow pointer mounted on the moving part of the device, a scale with marks, numbers and symbols on it fixed on the cage. In addition, the known devices contain a contact group, which closes the additional electrical circuit of the device when the arrow reaches a controlled position. This position is set, depending on the type of known devices, either during manufacture or by mechanical regulators in the device body.
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. A disadvantage of the known devices is the low reliability of the contact group, an increase in the error of the readings at the moment of contact closure, limited by the number of contact groups in the device (no more than two in known devices), which leads to a large discreteness in determining the position of the arrow on the jackal of the device by closing the contact groups.
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. Closest to the proposed is an electrical measuring device for autosw. USSR 1308018 class G 01 R 35/00 (DSP), comprising, as the proposed device, a housing, a measuring mechanism consisting of a movable part installed in it and connected to the instrument's operating terminals, a pointer mounted on the movable part of the device and electrically connected to minus terminal of the device, a scale with marks, numbers and symbols on it, mounted on a clip and isolated from it, an integrated capacitive sensor formed by an arrow pointer and a fixed electrode system applied to the scale of a conductive material.
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. The disadvantage of the prototype is the low sensitivity and noise immunity of the capacitive sensor, due to the fact that the sensor has a non-differential structure, and the conversion of the capacitance is carried out using a variable frequency generator.
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. Switch electrical measuring instruments are used to measure a wide range of currents and voltages and present information in a form convenient for human reading. But for use in systems with automatic reading using electronic and microprocessor devices, such devices are not adapted. The functioning of various systems at industrial and economic facilities is monitored using groups of measuring devices with direction indicators integrated into information boards. The number of devices on the shields can reach several tens. The information presented by arrow pointers is read out visually by the operator, who must constantly be at the switchboard, monitoring the state of the system and taking the necessary measures in emergency situations. Therefore, when solving problems arising during the operation of the system, errors are possible related to the subjective assessment of situations and the delayed response of the operator. All the additional features for emergency blocking of system elements, partial automation of control and management, storing and documenting the values of measured parameters are realized by introducing additional hardware into the system, often very complex. Therefore, for many tasks of managing objects in which the values of parameters changed by instruments are controlled, it is required to provide two types of representation of heterogeneous measurement information. Firstly, in the form of moving the device’s arrow relative to the digitized marks on the scale, convenient for visual reading by a human operator. Secondly, in the form of a voltage that varies with some (often high) discreteness depending on the value of the input quantity, which is convenient to use in automatic control systems either directly or after analog-to-digital conversion. The use of pointer electrical measuring devices with a capacitive sensor for the position of the arrow will slightly simplify the structure of the created control and instrumentation systems, including automated calibration and calibration of pointer devices, as well as modify existing systems with minimal hardware costs.
Технический результат - получение электроизмерительного прибора с емкостным датчиком положения стрелки, для чего необходимо обеспечить его высокую чувствительность и помехоустойчивость. EFFECT: obtaining an electrical measuring device with a capacitive arrow position sensor, for which it is necessary to ensure its high sensitivity and noise immunity.
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. An electrical measuring device comprises a housing, a measuring mechanism connected to the operating terminals of the device and consisting of a cage and a movable part installed in it, a pointer mounted on the movable part of the device and electrically connected to the negative terminal of the device, a scale with marks, numbers and symbols on it fixed in a holder and isolated from it, a capacitive sensor formed by an arrow pointer and fixed electrodes of conductive material deposited on a scale.
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. The possibility of determining the moments when the arrow is in controlled positions is provided by the presence in the device of a capacitive sensor formed by a movable electrode - an arrow and a system of stationary electrodes applied to the scale and electrically isolated from the scale and from other elements of the device structure. The fixed electrode system is an arcuate layer with a center on the axis of rotation of the arrow, divided by grooves into several separate parts. These elements are electrically combined into two electrodes, and each of the electrodes is connected to a separate additional terminal.
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. Due to the presence in the device of a capacitive sensor of the position of the arrow, in which the system of fixed electrodes on the scale looks like an arc-shaped layer divided by grooves into two electrodes, the electric parameters between the arrow and the stationary electrodes additionally become the output parameters of the device. Moreover, with the shape of the grooves between the electrodes such that in the vicinity of the controlled positions of the arrow, the output capacitances of the sensor vary differently and monotonously, bridge converters can be used to convert the capacitance values taken from the terminals of the device, which greatly increases the sensitivity of the sensor. If the bridge circuit is balanced at controlled positions of the arrow (in which the output capacitances are equal to each other), then at these points the output voltage of the bridge will turn to zero and will not depend on the supply voltage of the circuit and the gap between the arrow and the scale, which are interference in this system. Thus, by analyzing the output signal of the bridge measuring circuit of the sensor, it is possible to determine the moments of passage of the controlled positions by the arrow. The sensor will have high sensitivity and noise immunity.
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.The invention is illustrated by drawings:
figure 1, which shows an example of a configuration of a system of fixed electrodes on the scale of an electrical measuring device with a capacitive position sensor arrows;
FIG. 2, which shows graphs of the output voltage of the position of the arrow of an electrical meter at various amplitudes of the supply voltage of the measuring circuit.
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. The electrical measuring device comprises a housing, a measuring mechanism connected to the operating terminals of the device and consisting of a cage and a movable part installed in it, an arrow pointer mounted on the movable part of the device and electrically connected to the negative terminal of the device, scale 1 (Fig. 1) with her marks, numbers and designations, mounted on a cage and isolated from it, a capacitive sensor formed by an arrow pointer and fixed on the scale fixed electrodes 2 of conductive material, e ektricheski isolated from scale and other elements of the device structure. The fixed electrode system is an arcuate layer with a center on the axis of rotation of the arrow, divided by grooves into several separate parts. These elements are electrically combined into two electrodes (2 and 3), and each of the two electrodes obtained is connected to a separate additional terminal. The shapes of the grooves between the electrodes are selected with the possibility of differential and monotonic change of capacitance between the arrow and each of the stationary electrodes in the vicinity of the controlled positions of the arrow and the equality of the capacitances between themselves in the controlled positions themselves.
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. An electrical meter works as follows. Under the influence of the measured signal, the movable part of the device rotates, and the arrow changes its position relative to the marks of the scale 1 and the system of stationary electrodes of conductive material 2 and 3, oriented relative to the marks of the scale. In this case, the capacitance between the arrow and the stationary electrodes varies differentially and monotonously when the pointer is in the vicinity of the controlled positions 4, and in the most controlled position they become equal. The received capacitive output signal is removed from the corresponding terminals - negative and additional, and then converted by a bridge measuring circuit. By the signal from the bridge circuit, it is possible to determine the moments when the arrow passes the controlled positions and the arrow is in their vicinity.
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.An electrical measuring device with a capacitive sensor for the position of the arrow was tested at the Department of IHC UlSTU in laboratory conditions. The ammeter M42100 of the magnetoelectric system was used as a base, the scale of which was made of foil fiberglass 1 mm thick. The sensor electrodes had a shape similar to that shown in figure 1. An arrow 2 mm wide, 40 mm long, mounted on the moving part of the device at a distance of 1.1 mm from the surface of the scale, is electrically connected to the standard negative terminal of the device. When taking the characteristics of the sensor, we used: a programmable calibrator P320, a digital voltmeter V7-34A, and a low-frequency signal generator G3-109. A six-armed bridge of alternating current with a diode ring, balanced at the point of maximum deviation of the arrow, is used as a measuring circuit of the sensor. The scheme used is given in book. Levshina E.S., Novitsky P.V. Electrical Measurements of Physical Quantities: A Textbook for High Schools. -L. : Energoatomizdat, 1983. The bridge was recorded with an alternating voltage of 16 V, 45 kHz. Graphs of the dependence of the output voltage of the sensor U on the angle of rotation of the arrow alpha for various values of the amplitude of the supply voltage of the bridge circuit U p are presented in figure 2.
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.Testing confirmed the achievement of the technical result:
- providing the ability to determine the moment the arrow passes the controlled positions relative to the scale marks;
- increased sensitivity and noise immunity through the use of the differential structure of the sensor and the bridge measuring circuit;
- improving the accuracy of determining the moment the arrow passes through the controlled positions due to the invariance of the output signal in them to the supply voltage of the circuit and the gap between the arrow and the scale.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97115971A RU2128844C1 (en) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | Electrical instrument |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97115971A RU2128844C1 (en) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | Electrical instrument |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2128844C1 true RU2128844C1 (en) | 1999-04-10 |
Family
ID=20197458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97115971A RU2128844C1 (en) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | Electrical instrument |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2128844C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU190045U1 (en) * | 2019-03-14 | 2019-06-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | ELECTRIC MEASURING DEVICE |
-
1997
- 1997-09-29 RU RU97115971A patent/RU2128844C1/en active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU190045U1 (en) * | 2019-03-14 | 2019-06-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | ELECTRIC MEASURING DEVICE |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CODE | Electronics Instruments and Measurements | |
| US3873916A (en) | Capacitive sensor for measuring displacement or position | |
| Shenil et al. | Development of a nonintrusive true-RMS AC voltage measurement probe | |
| GB2055480A (en) | Multimeter with tone indicator | |
| US3284709A (en) | Precision voltmeter using selectable series connected, digitally related resistors which are calibrated to read the value of input signal | |
| RU2128844C1 (en) | Electrical instrument | |
| RU2133039C1 (en) | Electrical measurement instrument | |
| RU2121661C1 (en) | Electric measuring instrument | |
| GB2069709A (en) | Temperature compensated ion measurement | |
| RU2122180C1 (en) | Electric measuring instrument | |
| RU2121135C1 (en) | Electric measurement device | |
| Sedha | Electronic Measurements and Instrumentation | |
| Oldham et al. | Exploring the low-frequency performance of thermal converters using circuit models and a digitally synthesized source | |
| Tejaswini et al. | An auto-balancing signal conditioning scheme for non-contact measurement of conductivity of water | |
| Khan et al. | A non-contact capacitance type level transducer for liquid characterization | |
| RU190045U1 (en) | ELECTRIC MEASURING DEVICE | |
| RU179243U1 (en) | DEVICE FOR AUTOMATIC CONTROL OF DIGITAL ANGLE CONVERTER | |
| Jain et al. | Self-balancing digitizer for resistive half-bridge | |
| Raven et al. | New approaches to the direct measurement of capacitance | |
| RU2131128C1 (en) | Portable digital meter of heavy direct currents | |
| SU983551A1 (en) | Digital disbalanced measuring bridge | |
| US3895291A (en) | Indicating or measuring instruments | |
| RU2133040C1 (en) | Reference meter of heavy direct currents | |
| SU1307417A1 (en) | Device for cadibration checking of extraneous amplitude modulation meters | |
| SU1067425A1 (en) | Eddy-current meter of non-magnetic material electric conductivity |