Электронное устройство для измерения электропотребления

 

Изобретение предназначено для использования в электроизмерительной технике. Техническим результатом является повышение надежности устройства в условиях сильных вибраций и ударных нагрузок и упрощение изготовления. Электронное устройство содержит основание 1, снабженное средствами для подключения и контролируемой электрической сети, и переднюю съемную крышку 3, в которой выполнено смотровое окно 4. На основании 1 консольно закреплена плоская листовая пружина 5, свободный конец которой жестко и под прямым углом соединен с платой 6. На плате 6 закреплены электронные компоненты 8', 8'' и 8"', а также цифровой индикатор 9. Геометрические и механические параметры пружины 5 удовлетворяют соотношению где δ, 1, h - соответственно толщина, длина и ширина пружины 5; S=l•h; Е - модуль упругости материала пружины; Q - вес платы 6 с электронными компонентами 8', 8"... и цифровым индикатором 9. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а более конкретно к электронным устройствам для измерения расхода (потребления) электрической энергии или электрической мощности.

Из предшествующего уровня техники известно электронное устройство для измерения электропотребления (см. патент US 4615009, 1966), содержащее основание, снабженное клеммами для подключения к контролируемой электрической сети, кожух с передней съемной крышкой, в которой выполнено смотровое окно, и электронно-индикаторный блок, задняя стенка кожуха снабжена средствами крепления ее к основанию и розеткой электрического разъема, при этом электронно-индикаторный блок выполнен в виде прямоугольного каркаса, в котором на горизонтальных полозьях в три этажа размещены платы с электронными компонентами, электрически соединенные между собой посредством соответствующих разъемов, а жидкокристаллический индикатор закреплен на передней панели устройства, установленной вертикально на каркасе электронно-индикаторного блока. Кроме того, на каркасе электронно-индикаторного блока закреплена также вилка электрического разъема, соответствующая розетке, закрепленной на основании.

Недостаток известного электронного устройства для измерения электропотребления заключается в том, что оно имеет сложную конструкцию электронно-индикаторного блока и большое число разъемов. Последнее обстоятельство существенно сказывается на эксплуатационной надежности устройства особенно в условиях вибраций и резких ударных нагрузок.

Известно также электронное устройство для измерения электропотребления (см. патент US-А-5450007, 1995), взятое в качестве прототипа и содержащее основание, снабженное средствами для подключения к контролируемой электрической сети и передней съемной крышкой, в которой выполнено смотровое прямоугольное окно, первую плату с размещенными на ней электронными компонентами и вторую плату с размещенными не ней жидкокристаллическим (цифровым) индикатором, оптоэлектронным разъемом, светодиодом и двумя переключателями, при этом первая плата жестко закреплена на основании, а вторая плата закреплена на первой плате посредством двух стоек.

В этом электронном устройстве для измерения электропотребления отсутствуют разъемы, что существенно повышает его эксплуатационную надежность. Кроме того, электронное устройство, взятое в качество прототипа, имеет простую конструкцию. Однако из-за жесткого крепления первой платы к основанию, а второй платы к первой плате, известное устройство характеризуется невысокой эксплуатационной надежностью в условиях сильных вибраций и резких ударных нагрузок.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по повышению эксплуатационной надежности электронного устройства для измерения электропотребления в условиях сильных вибраций и резких ударных нагрузок при одновременном упрощении устройства и обеспечении удобства при съеме информации.

Поставленная задача решена тем, что электронное устройство для измерения электропотребления, содержащее основание, снабженное средствами для подключения к контролируемой электрической сети и передней съемной крышкой, в которой выполнено смотровое окно, плату с размещенными на ней электронными компонентами и цифровой индикатор, согласно изобретению дополнительно содержит плоскую листовую пружину, которая консольно закреплена на основании, свободный конец плоской листовой пружины жестко соединен под прямым углом с платой вблизи ее верхнего торца, при этом цифровой индикатор закреплен на плате на расстоянии от ее верхнего торца, не превышающем 10δ, где δ - толщина плоской листовой пружины, а отношение толщины плоской листовой пружины к ее длине - l удовлетворяет соотношению δ/l=(Q/E•S)^1/4, где Q - вес платы с размещенными на ней цифровым индикатором и электронными компонентами, S и E - соответственно площадь поверхности плоской листовой пружины и модуль Юнта материала плоской листовой пружины. Кроме того, верхний торец платы размещен заподлицо с верхней поверхностью плоской листовой пружины.

Такое выполнение электронного устройства для измерения электропотребления обеспечивает минимальные смещения цифрового индикатора относительно смотрового окна, а также максимальный статический прогиб плоской листовой пружины при заданном весе платы с электронными компонентами и жидкокристаллическим индикатором, поскольку цифровой индикатор закреплен вблизи верхнего торца платы т.е. в месте крепления ее к плоской листовой пружине.

Электронные устройства для измерения электропотребления устанавливают, как правило, в специальных нишах, выполненных в стенах здания или в специальных кожухах. Следовательно, эти устройства подвержены в основном влиянию вибраций стен (вертикальных колебаний) и горизонтальных ударных нагрузок в направлении лицевой панели устройства.

Предложенное выполнение электронного устройства для измерения электропотребления обеспечивает не только виброизоляцию размещенных на плате цифрового индикатора и электронных компонентов (транзисторов, микросхем, диодов и т. п.) от вертикальных колебаний, передающихся по стенам зданий, но и существенно ослабляет воздействие возможных в процессе эксплуатации устройства горизонтальных ударных нагрузок. Действительно, при соблюдении заявляемого условия, связывающего геометрические и механические параметры плоской листовой пружины с весом платы с размещенными на ней цифровым индикатором и электронными компонентами, обеспечивается такой статический (начальный) изгиб плоской листовой пружины, который обеспечивает хорошую "реакцию" пружины на горизонтальные вибрации, создаваемые возмущающей силой, действующей по нормали к лицевой панели устройства. В уровне техники не описано использование статического прогиба консольно закрепленной плоской листовой пружины для обеспечения виброизоляции объекта, закрепленного на ее свободном конце, в двух взаимноперпендикулярных направлениях в плоскости, перпендикулярной плоскости плоской пружины в недеформированном состоянии.

В принципе виброизоляция могла быть достигнута и при использовании других видов пружин (цилиндрических, конических), но это привело бы неизбежно к усложнению устройства, а следовательно, к увеличению его стоимости.

В дальнейшем настоящее изобретение поясняется чертежами и описанием к ним.

На фиг. 1 изображен общий вид предложенного электронного устройства для измерения электропотребления (частичный разрез); на фиг.2 - предпочтительное выполнение узла крепления платы к плоской пластинчатой пружине.

Электронное устройство для измерения электропотребления (фиг.1) содержит основание 1, снабженное средствами для подключения к контролируемой электрической сети, например клеммами 2, и переднюю съемную крышку 3, в которой выполнено смотровое окно 4, например прямоугольное. На основании 1 консольно закреплена плоская листовая пружина 5, свободный конец плоской листовой пружины 5 жестко и под прямым углом соединен с платой 6 вблизи ее верхнего торца 7. На плате 6, выполненной преимущественно из фольгированного диэлектрика, размещены электронные компоненты 8',8'',8'''... (конденсаторы, резисторы, микросхемы, транзисторы и т. п. ). На плате 6 закреплен также и цифровой индикатор 9, например жидкокристаллический. Для обеспечения максимального начального прогиба плоской листовой пружины 5 при заданном весе Q платы с размещенными на ней электронными компонентами и цифровым индикатором 9 последний закреплен вблизи места крепления платы 6 к плоской листовой пружине 5, а именно на расстоянии, не превышающем 10δ (где δ - толщина плоской листовой пружины 5) от верхнего торца 7 платы 6. В предпочтительном варианте выполнения устройства верхний торец 7 платы 6 размещен заподлицо с верхней поверхностью 10 плоской листовой пружины 5. При выполнении указанного выше условия геометрические и механические параметры плоской листовой пружины 5 должны удовлетворять соотношению δ/l=(Q/S•E)^1/4, где l и h - соответственно длина и ширина плоской листовой пружины 5, l•h - площадь поверхности 10 плоской листовой пружины 5, E - модуль упругости материала, из которого выполнена пружина 5 (например, сталь 60С2А, 65ГУ8А, У10А и т.п.) для обеспечения ее начального прогиба.

Электронное устройство для измерения электропотребления устанавливается, например, в специальной нише, выполненной в стене здания, и подключается к питающей сети посредством клемм 2. Затем сверху клемм 2 устанавливается соответствующий кожух и осуществляется его опломбирование. В зависимости от конкретного назначения устройства осуществляется измерение либо расхода электроэнергии, либо измерение потребляемой электрической мощности, при этом работа предложенного устройства ничем не отличается от известных того же назначения. Съем показаний осуществляется с цифрового индикатора 9 через смотровое окно 4.

При воздействии на электронное устройство для измерения электропотребления вертикальных колебаний, передающихся, например, от фундамента по стене здания за счет использования консольно закрепленной на основании 1 плоской листовой пружины 5, обеспечивается виброизоляция электронных компонентов и цифрового индикатора 9. При этом смещения цифрового индикатора 9 будут минимальны, поскольку он закреплен вблизи места крепления платы 6 к пружине 5.

Электронное устройство для измерения электропотребления в процессе эксплуатации может также подвергаться воздействию и ударных нагрузок, действующих в горизонтальном направлении. Если бы пружина 5 не имела первоначального прогиба, то эти силовое воздействия передавались бы через горизонтально расположенную пружину 5 плате 6. Наличие же первоначального прогиба пружины 5 обеспечивает хорошую изоляцию платы 6 от указанных выше силовых воздействий.

Настоящее изобретение может быть использовано при конструировании как счетчиков электрической энергии, так и измерителей потребляемой электрической мощности, используемых как на промышленных предприятиях так и в быту.

Формула изобретения

1. Электронное устройство для измерения электропотребления, содержащее основание, снабженное средствами для подключения к контролируемой электрической сети и передней съемной крышкой, в которой выполнено смотровое окно, плату с размещенными на ней электронными компонентами и цифровой индикатор, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит плоскую листовую пружину, которая консольно закреплена на основании, свободный конец плоской листовой пружины жестко соединен под прямым углом с платой вблизи ее верхнего торца, при этом цифровой индикатор закреплен на плате на расстоянии от верхнего торца платы, не превышающем 10δ, где δ - толщина плоской листовой пружины, а отношение толщины плоской листовой пружины к ее длине - l удовлетворяет соотношение где Q - вес платы с размещенными на ней цифровым индикатором и электронными компонентами; S=l•h - площадь плоской листовой пружины, шириной - h; Е - модуль упругости материала плоской листовой пружины.

2. Электронное устройство по п.1, отличающееся тем, что верхний торец платы размещен заподлицо с верхней поверхностью плоской листовой пружины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2