bigpo.ru
добавить свой файл
  1 ... 5 6 7 8 9


Коаксиальная конструкция делителя (рисунок 9.21) обладает наилучшими характеристиками. Значение индуктивности LЗ минимально из-за выполнения резистора R2 параллельным соединением малоиндуктивных резисторов. Резистор R1 может состоять из последовательно соединенных резисторов. Защиту от внешних электромагнитных полей обеспечивает металлический цилиндрический корпус.



Рисунок 9.21. Конструкция коаксиального омического делителя напряжения.


В технике импульсных измерений кроме омических (резистивных) применяются емкостные делители напряжения и делители смешанного типа (таблица 9.5). Идеальный емкостной делитель обладает характеристиками, приведенными в строке 1 таблицы 9.5. Емкость измерителя СИ подключается параллельно С2, что увеличивает коэффициент деления на всех частотах до значения КД=1+(C2+CИ)/C1.

Сопротивление измерителя RИ приводит к увеличению коэффициента деления на низких частотах и соответствующему искажению формы напряжения (строка 2 таблицы 9.4). Постоянная времени С спада напряжения до 0,368 от максимального значения определяется выражением: СИ. Минимальная круговая частота Н , соответствующая увеличению коэффициента деления от значения на высокой частоте КД.В до некоторого максимального КД.М определяется выражением:

Н=.

Делитель смешанного типа содержит комбинацию омического и емкостного делителей (строка 3 таблицы 9.5) и позволяет компенсировать искажения напряжения и отклонения в амплитудно-частотной характеристики. Свойства делителя с учетом подключенного измерителя приближаются к идеальным при выполнении равенства (C2И)/C1=R1(R2+RИ)/R2RИ. При этом коэффициент деления не зависит от частоты и рассчитывается по формуле КД=1+(C2И)/C1=1+ R1(R2+ RИ)/R2RИ. Компенсации искажений добиваются, подстраивая емкость конденсатора С2. Осциллографы содержат калибровочный генератор прямоугольных импульсов, который можно использовать для настройки делителя. При подаче от генератора импульсов на вход делителя необходимо добиться строго прямоугольной формы осциллограммы. При отклонении емкости от оптимального значения наблюдаются искажения прямоугольного импульса, приведенные в таблице.

Таблица 9.5

Характеристики емкостного делителя и делителя напряжения смешанного типа



Схема делителя

Реакция на прямоугольный импульс

Зависимость коэффициента деления от частоты

1












КД=1+C2/C1

2











КД.В=1+C2/C1

КД=


3










КД=1+(C2И)/C1=

1+ R1(R2+ RИ)/R2RИ


На искажения сигналов может оказывать также кабель, соединяющий низковольтное плечо с измерителем. При использовании цепи связи с индуктивностью LK возможно возникновение резонансных явлений на частоте 0= и колебаний на фронте измеряемого импульсного напряжения(строка 1 таблицы 9.6).

Наличие между делителем и измерителем длинного кабеля с временем пробега волны напряжения tЗ, соизмеримого с длительностью фронта tФ исследуемого сигнала, может привести к колебаниях при плохом согласовании выходного сопротивления делителя с волновым сопротивлением Z кабеля. Например, при R2И>>Z наблюдаются многократные отражения к кабеле и колебания напряжения на входе измерителя (строка 2 таблицы 9.6). Это приводит к явлению, похожему на резонанс, на круговой частоте 0= и на кратных частотах. Для устранения колебаний необходимо обеспечить равенство выходного сопротивления делителя и волнового сопротивления кабеля R1R2/(R1+R2)=Z.

Таблица 9.6

Появление колебаний в цепи омического (резистивного) делителя напряжения



Схема делителя

Реакция на прямоугольный импульс

Зависимость коэффициента деления от частоты

1











2











Измерение симметричных напряжений uAB, uBC, uCA может быть выполнено путем операции вычитания фазных напряжений uAB=uA-uB или соответствующих напряжений на выходе делителей u12=u1-u2=(uA-uB)/КД. Корпус осциллографа при всех измерениях должен быть заземлен. Абсолютно не допустимо соединять корпус любого измерительного прибора с цепями, находящимися под напряжением относительно земли (корпуса судна).

Вычитание входных сигналов осуществляется в осциллографах c дифференциальными входами (рисунок 9.22) или предусматривается в многоканальных осциллографах путем включения соответствующего режима. Современные цифровые осциллографы с двумя или большим числом входов обладают функцией вычитания выбранных входных сигналов. На экране такого осциллографа могут наблюдаться одновременно как фазные, так и линейные напряжения.

а)

б)








Рисунок 9.22. Измерение симметричных напряжений: а) осциллограф с дифференциальными входами, б) - полученные осциллограммы разности напряжений.


Осциллографы без дифференциальных входов или функции вычитания сигналов могут использоваться для измерения линейных напряжений только с дополнительными устройствами (рисунок 9.23). Измерительный трансформатор обычно понижает напряжение и обеспечивает гальваническую развязку исследуемой цепи переменного тока от измерителя. Полоса пропускания трансформатора ограничена, но достаточна для измерений гармоник и фликера. Оптическая развязка содержит преобразователь исследуемого сигнала в свет (блок П1 и светодиод), волоконно-оптическую линию связи и преобразователь света в электрический сигнал (фотодиод и блок П2). Напряжение u12 пропорционально исследуемому сигналу uAB. Измерительные системы с оптическими развязками обладают широкой полосой пропускания, имеют высокую помехозащищенность и являются предпочтительными при измерениях импульсных процессов в высоковольтных установках.


а)

б)









Рисунок 9.23. Использование разделительного трансформатора (а) и оптической развязки (б) для осциллографирования линейных напряжений.


Фильтр высоких частот для выделения импульсного напряжения может быть установлен на входе делителя напряжения и в простейшем случае выполняется на конденсаторе СФ (рисунок 9.24). Напряжение переменного тока с круговой частотой  на выходе фильтра определяется выражением

UA*=.

Параметры элементов фильтра выбираются так, чтобы на частоте 50 Гц напряжение UA*<< UA. При увеличении частоты напряжение UA* приближается к UA , поэтому высокочастотные импульсные помехи передаются на выход фильтра с малым затуханием. В результате происходит выделение импульсного напряжения (рисунок 9.24б) и обеспечивается возможность более точного измерения параметров импульсного напряжения.


а)

б)







Рисунок 9.24. Простейший фильтр верхних частот (а) и результат его использования (б) для выделения импульсного напряжения, наложенного на напряжение основной частоты.


Для измерения тока с помощью осциллографа требуется преобразование мгновенного значения тока i, протекающего в исследуемых проводах, в выходное напряжение преобразователя uП. Коэффициент преобразования принято называть проходным сопротивлением и выражать как ZП=uП/i. Идеальный преобразователь тока (строка 1 таблицы 9.7) должен обладать сопротивлением ZП, не зависящим от частоты и величины тока. Напряжение на выходе преобразователя должно повторять по форме ток. Тогда снятая осциллограмма напряжения легко пересчитывается в ток по формуле i(t)= uП(t)

Наиболее распространенный способ определения тока основан на измерении падения напряжения на измерительном сопротивлении (шунте), включенном в разрыв проводника (строка 2 таблицы 9.7). Для импульсных токов в схеме замещения шунта необходимо учитывать его собственную индуктивность LШ. Падение напряжения на шунте имеет две составляющие:

uШ(t)=.

Наличие индуктивности LШ приводит к искажениям формы выходного сигнала uШ и зависимости проходного сопротивления от частоты, что ограничивает возможность использования обычного шунта для высокочастотных измерений.

Шунт для измерения импульсных токов в цепях с номинальными токами до десятков ампер может быть изготовлен в коаксиальном исполнении с использованием малоиндуктивных резисторов типа ТВО. Для измерения больших номинальных токов применяют коаксиальную конструкцию с элементом сопротивления из высокоомной фольги с толщиной, меньшей глубины проникновения поля на частоте, соответствующей фронту импульса (рисунок 9.25).


Таблица 9.7

Преобразование тока в напряжение



Схема преобразователя

Реакция на прямоугольный импульс тока

Зависимость проходного сопротивления

от частоты

1












2













Недостатками шунтов является необходимость включения в разрыв силовой цепи, что не всегда допустимо по условиям эксплуатации судна, а также гальваническая связь измерителя с сетью, снижающая безопасность при измерениях.





Рисунок 9.25. Конструкция коаксиального шунта: 1, 2 - выводы для подключения к цепи, 3 - резистивный элемент, обеспечивающий заданное сопротивление шунта, 4 - выход.


Токовые клещи позволяют проводить измерения без разрыва токоведущих проводников и без электрического контакта с проводниками. В настоящее время выпускаются токовые клещи на различные частотные диапазоны.

Токовые клещи по схеме пояса Роговского (бесконтактный трансформаторный датчик тока, токосъемник) представляют из себя тороидальную катушку, через которую пропускается проводник с исследуемым током (строка 1 таблицы 9.8). Катушка может быть выполнена разъемной, что и обеспечивает возможность измерений без каких либо переключений в исследуемой цепи. Если катушка с числом витков w, с сечением S, см2 и средним радиусом R, см охватывает проводник с током i, то в катушке будет наводиться ЭДС, определяемое выражением



<< предыдущая страница   следующая страница >>