Инплатрон
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИЯЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских Социалистичесиих Республик (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 12,06.81 (21) 3301362/18-10 с присоединением заявки Эй (23) Приоритет (5! )М. Кл . G 01 P 15/08 фйвудврствишый кевитет СССР ае йелеи нэабретений н открытвв Опубликовано 30,12.82. Бюллетень № 48 (53) УЙК 531.768 (088,8) Дата опубликования описания 04 .01, 83 (72) Автор изобретения с A,È.Ðóòìàí Московский вечерний металлургически (71) Заявитель (54) ИНПЛАТРОН Изобретение относится к изме.. рительной технике и предназначено для измерений линейных ускорений и угловых скоростей. Среди известных устройств, предназначенных для измерения укаэанных параметров движения, перспективными являются газоразрядные устройства, . названные в измерительной технике инплатронами и являющиеся высокочув о ствительными измерителями параметров движения, теоретическое разрешение которых по ускорению находится в диапазоне 10" -10 д. Известен инплатрон, содержащий катод, два анода с включенным между ними измерительным прибором и источ° ником питания Ll 3. Недостатком данного прибора явля-! ется довольно малое разрешение, не о превышающее на практике 10 д, Это связано с относительно высоким (порядка 10 д) шумовым уровнем инплатронов, присутствующим в виде про2 извольно меняющегося электрического фона на измерительных электронах и заглушающего измеряемый (информа" тивный) электрический отклик сравнимого уровня. Наиболее близким к предлагаемому является инплатрон, содержащий катод и два анода, источник питания, резистор, включенный между катодом и минусовой клеммой источника, два резистора, включенные между анодами и плюсовой клеммой источника, функциональйый усилитель, корректирующее устройство, подключенное к выходу функционального усилителя и измеритель устройство, включенное между анода ми (2 g. Недостатком известного устройства является то, что отрицательная обратная связь, осуществляемая по, электрическому сигналу на измерительных электродах, наряду с шумовым фоном в трубке отрабатывает и измеряемый (информативный) электрический отклик, 3 98574 так как их нельзя различить при изме-, рении произвольного, на детерминированного процесса движения, Наряду с подавлением шумового фона в инплатроне происходит подавление и изме5 ряемого (информативного) электрического отклика. При этом чувствительность инплатрона загрубляется настолько, что выигрыша не происходит, и задача практического повышения точ 1О ности инплатрона остается снова не .решенной,. Цель изобретения - повышение точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в инплатрон, содержащий катод и два а нода, и сточни к пита ния, рез ис-. тор, включенный между катодом и минусовой клеммой источника, два резистора, включенные между анодами и плю, совой клеммой источника,функциональный усилитель, корректирующее устройство подключенное -к выходу функционального усилителя и измерительное устройство, включенное между анодами, введены два последовательно соединенные резистора, включенные rlaраллельно источнику питания, а входы функционального усилителя подключены к катоду и к средней точке дополнительных резисторов. На фиг. 1 приведена схема предлагаемого инплатрона с электрической обратной связью, на фиг, 2 - то же, с магнитной обратной связью, Инплатрон с электрической обратной связью (фиг. 1) представляет собой газоразрядную трубку 1, кото рая содержит штыревой катод 2, два дифференциальных анода 3 и два Х-по40 перечных электрода 4 для введения в инплатрон электрической обратной связи. Электрическая схема включения Инплатрона 1 содержит ограничивающий разрядный ток ip инплатрона 45 резистор 5 и переменные резисторы 6 и 7, образующие два наружных плеча четырехплечевого измерительного моста (два других плеча измерительн9го моста образуют,-.га зараз рядный и ромежуток инплатрона) . Электрическая схема включения инплатрона содержит два последовательно соединенных резистора 8 и 9. Между катодом 2 и средней точкой резисторов 8 и 9 включены входы функционального усилителя 10. Для съема выходного напряжения служит измерительный прибор 11, включенный между анодами 3. Цепь из последо7 4 вательно соединенных резисторов 8 и 9 включена параллельно цепи, состоящей из резистора 12 и источника 11 питания. В случае магнитной обратной связи Х"поперечные электроды 4 заменяются Х-поперечным электромагнитом 14 (фиг, 2). Инплатрон с обратной связью работает следующим образом. При включении в разрядном промежутке инплатрона возникает слабоконтрагированный разряд, Разряд чувстви- . телен к силам инерции и гравитации и при ускоренном перемещении инплатрона в Х-направлении квазиупруго смещается относительно его дифференциальных анодов 3. Смещение разряда приводит к перераспределению разрядных анодов 3. Смещение разряда приводит к перераспределению разрядных токов i и i g на дифференциальных анодах 3 и в наружных плечах 6 и 7 измерительной мостовой схемы. При этом в измерительной диагонали мостовой схемы между дифференциальными анодами 3 возникает электрический отклик d U,пропорциональный ускорению W инплатрона. Величина этоt.o отклика регистрируется гальванометром 11 и принимается в качестве меры измеряемого ускорения. При измерении малых линейных ускорений И электрический отклик ь0 заглушается неупорядоченным электрическим фоном, постоянно присутствующим на дифференциальных анодах 3 инплатрона, которые дополнительно выполняют функцию измерительных электродов. Этот же фон присутствует и в измерительной диагонали моста, где снимается измеряемый (информативный) отклик, Шумовой фон, присутствующий на анодах 3, можно существенно подавить, не ослабляя при этом в значительной мере измеряемый информативный электрический отклик. Дело в том, что шумовой фон в инплатроне во многом связан с неучитываемыми изменениями его разрядного тока, возникающими вследствие самых разных причин: из-за изменения температурного режима работы инплатрона, если изменяется окружающая температура или влажность, изза нестабильности горения разряда в катодном пятне, из-за различных 985747 35 токов неустойчивостей в разряде и многих других причин. Непосредственное изменение разрядного тока iF в цепи инплатрона приводит к разбалансу его мостовой измерительной схемы и к появлению в измерительной диагонали моста между дифференциальными анодами 3 ложного электрического отклика. Вместе с тем, дебаланс измерительной схемы bU достигнутый принудительным смещением разряда под действием сил инерции или действия сил электрического или магнитного происхождения, приводит к изменению разрядного тока i< в цепи инплатрона. Изменение разрядного тока iр во всех случаях приводит к синфазным изменениям напряжения а0, падающего на газоразрядной трубке 1 инплатрона, 20 В р Относительное изменение для обоих случаев изменения разрядного тока i> (непосредственным или принудительйым смещением разряда) неодинаково, оно больше в первом случае и меньше во втором, т.е, .„т Ы, (1) Ф где с(..1 11 =f (1р) - относительное 1 Д изменение bUp на газоразрядной трубке 1 инплатрона и электрического отклика hU в измерительной диагонали, мостовой схемы, вызванное непосредственным изменением разрядного тока 1Р в цепи инплатрона, nUp 0(= — = f (а) - относительное измене2 аИ ние этих же величин, но вызванное принудительным смещением разряда под действием сил инерции при уско40 ренном движении инплатрона (или силами электрического или магнитного происхождения). Полученный результат (1 ) жестко связан с особенностями работы газораз45 рядного промежутка в инплатроне. Газоразрядный промежуток в инплатроне, образующий два внутренних плеча его мостовой измерительной схемы, представляет собой два постоянно не50 уравновешенных токовых канала, проводимость которых нелинейным образом . зависит от разрядных токов i1 и в них. Эти каналы совместно с резисторами 6 и 7 образуют четырехплечий мост, равновесное состояние которо55 го определяется следующими двумя условиями: Г1 Г5 — Г г4 (2) 1p=i<+ з, (5 ) где г1=f (i„) и r =f(1 ) - внутренние плечи моста, сопротивление которых зависит от разрядных токов i< и ig в них r5 и r4 - наружные плечи моста, определяющиеся величиной резисто-ров 6 и 7, i р - полный разрядный ток в газоразрядном промежутке инплатрона. Иэ условия (2) и (3) следует, что равновесие мостовой измерительной схемы инплатрона зависйт от постоянства полного разрядного тока 1Р в его разрядном промежутке и от локального перераспределения i< и i этого тока между каналами в разрядном промежутке, Оба условия (2) и (3) взаимосвя" заны и,изменение одного из них вызывает изменение другого. Изменение разрядного тока i < в ин" платроне приводит к неравновесному перераспределению токов i1 и i> в каналах разрядного промежутка и к появлению в измерительной диагонали моста между дифференциальными ано" дами 3 ложного электрического отклика 5 О, Одновременно с этим происходит синфазное изменение падения напряжения ЮР на разрядном промежутке инплатрона, Разрядный промежуток инплатрона в случае принудительного смещения разряда 14 относительно диференциальных анодов 3 под действием сил инерции, а также электрических .или магнитных (лоренцовских) сил ведет себя иначе. В последнем случае также происходит локальное перераспределение разрядных токов i 1 и i> между каналами газоразрядного промежутка, которое приводит к электрическому разбалансу мостовой измерительной схемы инплатрона и к появлению электрического отклика д0 на анодах 3. Однако при этом локальное перераспределение токов i1 и i .в разрядном про межутке тока ip†=„+i> и, вследстви этого, на падении напряжения на га зоразрядном промежутке инплатрона. Таким образом, во всех случаях, связанных с непосредственным изменекием разрядного тока ip инплатрона, существует взаимосвязь между колебаниями напряжения на газораэрядном промежутке и ложным электрическим 985747 формула изобретения разбалансом 00 на измерительных электродах инплатрона. В тоже время эта связь в значительной мере ослабляется, если разряд смещается относительно анодов 3 под действием инер-. ционных, электрических или магнитных (лоренцовских). сил. Это дает возможность охватить газоразрядный промежуток в инплатроне отрицательной электрической или 10 магнитной обратной связью по изменению падения напряжения д0р на разрядном промежутке и осуществить за счет этого разделения шумового и измеряемого (информативного) откли- 5 ков дО, Для этого в случае электрической обратной связи X-поперечные электро ды 4 через функциональный усилитель 10 подключаются к средней точке ре- 20 зисторов 8 и 9 и катоду 2. При магнитной обратной связи так подключается электромагнитная катушка 14. (фиг. 2), При электрической обратной свя- 2s зи возникающая разность потенциалов дОр подается через функциональный усилитель 10 на Х-поперечные электроды 4 инплатрона. Под воздействием электрического поля X-поперечных З0 электродов 4 разряд 14 смещается относительно дифференциальных анодов 3 и баланс измерительного моста, нарушенный изменением разрядного тока ip из-за внешних негативных при- З5 чин, восстанавливается. При магнитной обратной связи принудительное смещение разряда осуществляется полем X-поперечного электромагнита 15 (фиг. 2), 40 Обратная связь работает следующим образом, Если в измерительной диагонали моста появляется электрический отклик дО за счет принудительного смещения разряда под действием сил инерции, обратная связь отрабатывает его, но с меньшим усилением, чем ложный (шумовой) отклик, свя,занный с непосредственным изменением разрядного тока Ip из-за действия внешних негативных причин. В результате, если глубина (коэф. фициент усиления) обратной связи К = о, „ соответствует полному (оптимальйому) подавлению шумового отклика не превосходит величину 300-ДО й2 >> = — =, (a> О 04 где д0 0 - измеряемый (информативный) электрический отклик в измерительной диагонали моста, неослабленный обратной связью, дЦ - измеряемый (информативный) отклик ослабленный обратной связью. Применение изобретения позволяет повысить точность измерения малых величин ускорений за счет повышенной разрешающей способности прибора. Инплатрон, содержащий квтод и два анода, источник питания, резистор, включенный между катодом и минусовой клеммой источника, два резистора, включенные между анодами и плюсовой клеммой источника, функциональный усилитель, корректирующее устройство, подключенное к выходу функционального усилителя, и измерительное устройство, включенное между анодами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены два .последовательно соединенных резистора, включенных параллельно источнику питания, а входы функционального усилителя подключены к катоду и к средней точке дополнительных резисторов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Лившиц И.A. К определению порога чувствительности и разрешающей способности инплатронов. Журнал технической физики. 1976, т. 46, и 4, с. 845, рис. 2. Иориш Ю,И. Инфранизкочастотные колебания в газовом разряде, Журнал технической физики. 1980, т. 50, Н 5, с. 1002, рис, 5 (прототип).
