Пояс роговского

 

СО!ОЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК

ling 4 G 01 R 19/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTPM

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3686476/24-2! (22) 09.01.84 (46) 30.11.86. Бюл. 11- 44 (72) А.И. Герасимов (53) 621.317.7 (088.8) (56) Гончаренко Г.М. Установки для нагрева газа импульсными токами/ В сб.: "Труды МЭИ", вып. 5, Электроэнергетика, 1963, с. 7.

Пеллинен Д. и др. Пояс Роговского для измерения тока большой амплитуды и малой длительности. Приборы для научных исследований, 1980, У 11, с. 90-101, рис. 1. (54)(57)1. ПОЯС РОГОВСКОГО, содержащий катушку пояса, размещенную в металлическом экране с азимутальной щелью, подключенную к экрану первым

„.SUÄÄ 3233651 А1 концом непосредственно, а вторым— через нагрузочный резистор, о т л йч а ю шийся тем, что, с целью повьппення точности измерения, катушка пояса выполнена многослойной, каждый слой которой, кроме первого, размещен между металлическими экранами и намотан на экране предыдущего слоя, в местах перехода слоев смежные экраны электрически соединены между собой, слои по намотке соединены согласно и согласнованы по величине волнового сопротивления, причем первый и второй концы многослойной катушки пояса подключены указанным образом к экранам крайних слоев, а толщина стенки каждого экрана выбрана большей глубины скин-слоя на минимальной частоте диапазона измеряемого тока.

12336

2. Пояс Роговского по п.l, о т л и ч а ю шийся тем, что он дополнительно снабжен согласующими резисторами, размещенными в местах перехода слоев катушки пояса, включенными каждый между точкой соединения слоев катушки пояса и металли51 ческим экраном и в разрыв соединения смежных слоев.

3. Пояс Роговского по п.2, о т л и ч а ю шийся тем, что азимутальные щели в смежных экранах взаимно смещены.

Изобретение касается электроизмерений и может быть использовано для бесконтактного измерения параметров импульсного тока.

Цель изобретения — повьппение точности измерения импульсного тока с наносекундным фронтом путем увеличения индуктивности и электрической длины катушки пояса Роговского„

На фиг. I показан в двух проекциях пояс Роговского с согласованными

/равными/ по волновому сопротивлению слоями катушки, причем для упрощения чертежа представлены два слоя; на фиг. 2 дано сечение A-А на фиг. на фиг. 3 изображено устройство пояса с согласованием величин волновых сопротивлений слоев за счет подключения между точкой соединения смежных слоев и экраном дополнительного резистора в месте перехода одного слоя в другой. /показан фрагмант разреза пояса/; на фиг. 4 изображена электрическая схема пояса с трехслойной катушкой и с дополнительными согласующими резисторами в местах перехода слоев.

Устройство содержит тороидальный диэлектрический, выполненный например из полистирола, каркас I (см. фиг. 1), на котором расположен металлический экран 2, например из нержавеющей фольги, имеющий азимутальную кольцевую щель 3 для исключения короткозамкнутого витка (экран

2 может не использоваться, однако он упрощает согласование волновых сопротивлений слоем катушки). По экрану 2 намотан первый слой 4 катушки, выполненный изолированным проводом, например с полиэтиленовой изоляцией, с шагом между витками (намотку можно производить с неизолированным

2 проводом, но тогда необходимо экран

2 обмотать изолирующей пленкой, на-. пример из фторопласта, и подобную изоляцию наложить на слой 4), Началь5 ный конец 5 провода этого крайнего, в данном случае нижнего слоя 4 катушки, присоединен, например припаян, к экрану 2. На слое 4 расположен экран

6, выполненный, например из нержавею10 щей стали, с кольцевой азимутальной щелью 7 и слоя с толщиной стенки большей, например в 5 раз, глубины

8 скин-слоя на минимальной частоте

15 диапазона измеряемого импульсного тока, определяемой по выражению 3

8 = 50 3-10 - мм

1 . / / 9 У где P — удельное сопротивление мате20 риала экрана, Ом.см; (— частота, эквивалентная длительности импульса измеряемого тока, Гц; (— относительная магнитная проницаемость материала. (Выполнение этого условия для экрана 2 не обязательно, так как под экраном 2 нет слоя катушки).

В месте соединения слоев, т.е. в месте перехода проводника 8 из последнего витка слоя 4 во второй слой

9, располагаемый на экране 6 и намотанный аналогично слою 4 с шагом, в экране 6 выполнено отверстие (см. фиг. 2), и около него экраны 2 и 6 соединены электрически между собой проводником 10. Поверх слоя 9 размещен экран II выполненный аналогично экрану 6, со щелью 12, смещенной относительно щели 7. У конца

l3 провода последнего витка слоя 9, расположенного во втором крайнем (верхнем) слое катушки, в экране Il выполнено отверстие, и экраны б и

12336

11 электрически соединень| между собой проводником !4. Конец 13 через это отверстие подключен, например припаян, к контакту 15 нагрузочного резистора 16 гояса (резистивный слой резистора расположен на его цилиндрической поверхности и изображен жирЪ ными линиями), и через его резистивный слой и трубчатый проводник 17 соединены с экраном ll. Сигнал с 10 резистора 16 передается, например по кабелю, к регистратору (на чертеже не показано). Волновые сопротивления слоя 4 катушки относительно поверхности экранов 2 и 6 и слоя 9 55 относительно экранов 6 и 1! согласованы между собой по величине, что достигается намоткой дополнительной изоляции на экраны 2 и 6 или разным шагом намотки слоев 4 и 9, так как 20 величина их волнового сопротивления

Z связана с числом витков о) на еди— ницу длины и с диаметром d витка соотношением где  — числовой коэффициент, зависящий от геометрии катушки пояса.

Изображенное на фиг. 3 устройство пояса Роговского аналогично показан— ному на фиг. 1 за исключением того, что в месте перехода слоя 4 в слой

9 и их соединения проводник 8 оголен и к нему одним выводом подключен, например припаян, дополнительный резистор 18, который вторым выводом соединен с экраном 11. Таким образом, сопротивление резистора 18 включено 40 параллельно волновому сопротивлению слоя 4, так как волновое сопротивле— ние этого слоя больше, чем волновое сопротивление слоя 9. Сопротивление этого резистора 18 выбрано таким, . 45 что общая величина сопротивления резистора 18 и волнового сопротивления слоя 4 равна величине волнового сопротивления слоя 9.

На фиг. 4 дополнительно показано последовательное включение резистора

19 между вторым 9 и третьим слоями катушки, и изображен кабель 20, по которому сигнал с нагрузочного Ре- 55 зистора 16 передается к регистратору.

Общая величина сопротивления последовательно включенных сопротивлений резистора 19 и волнового сопротивле ния слоя 9 равна волновому сопротивлению третьего слоя катушкт .

Работа пояса состоит в следующем.

При прохождении по оси пояса импульса тока (по проводнику или пучка заряженных частиц) создается магнитный поток, который достигая пояса, проходит через щели 12 и 7 в экранах

11 и 6 и, пересекая сечения витков катушки пояса в слоях 4 и 9, индуцируют между концами 5 и 13 обоих слоев катушки импульсного ЭДС, прикладываемую к резистору 16 и передаваемую с него к регистратору. При этом через экраны 2 и 6 слоя 4 и экраны

6 и 11 слоя 9 течет обратный ток, равный по величине току в катушке пояса, создающий на активном сопротивлении экранов импульсное падение напряжения. Но так как толщина стенок экранов превышает глубину скинслоя, то падение напряжения на сопротивлении экрана 6 со стороны слоя 4 не успевает за время импульса передаться на другую сторону поверхности экрана 6 и навести паразитный сигнал помех в витках слоя 9. Аналогично этому падение напряжения от обратного тока на сопротивление экрана 6 со стороны слоя 9 не оказывает влияния на витки в слое 4, что в совокупности уменьшает искажение помехами полезного сигнала на выходе пояса.

Так как экраны 6 и 11 соединены между собой коротким проводником.10, расположенным около места соединения слоев — перехода конца 8 нижележащего слоя 4 в начало поверхлежащего слоя 9, то создается непрерывная малоиндуктивная цепь для протекания обратного. тока между экранами 2 и 6, практически не искажающая форму полезного сигнала. Возможное искажение здесь связано с изменением величины волнового сопротивления на длине проводника 10; однако нри сохранении между проводниками 10 и 14 расстояния, равного расстоянию между экранами 2 и 6, и выборе ширины проводников 10 и 14 в несколько раз большего диаметра провода слоев, это искажение не превьппает 0,1Х, а его длительность близка к электрической длине рассматриваемого участка линии, составляющей в практических конструкци-3 ях пояса не более 0,02 ° 10 с. Так как места перехода 4 и 9 согласованы по величине их волновых сопротивлений

5 1233651 и витки в слоях намотаны согласно, то это исключает возбуждение каких-либо паразитных колебаний в поясе, изменяющих форму полезного сигнала. Присоединение первого конца 5 катушки пояса в крайнем — нижнем слое 4 к экрану 2 этого слоя и одновременно через проводник 10 — к экрану 6 образует малоиндуктивный контакт с минимальными нидуктивностью и емкостью и минимальной электрической длиной участка. соединения. Такое присоединение не создает помех в полезном сигнале с пояса. Присоединение второго конца 13 катушки пояса в крайнем верхнем слое 9 к выводу 15 нагрузочного резистора 16, а через резистор 16 и трубчатый проводник 17 — к экрану

11, соединенному проводником 14 с экраном 6, также образует соецинение с малыми паразитными параметрами, что уменьшает искажение полезного сигнала пояса.

Выполнение пояса с многослойной катушкой увеличивает индуктивность

A A

6 и электрическую длину пояса, что в совокупности повышает точность измерения параметров импульсного тока— его формы, длительностей импульса тока, его фронта, спада и амплитуды.

При этом смещение взаимного положения азимутальных кольцевых щелей

7 и 12 в экранах 6 и 11 уменьшает электрические емкостные связи между

I0 слоями и относительно элементов системы с измеряемым током, что снижает вероятность возбуждения высокочастотных резонансных колебаний в катушке пояса и дополнительно умень15 шает искажение полезного сигнала на выходе пояса и повышает точность измерения °

Работа пояса, показанного на фиг. 3 и 4, аналогична изложенной

20 для пояса, изображенного на фиг. 1.

Результаты испытаний показали, что точность измерения (воспроизведения) предложенным поясом импульсного тока по сравнению с прототипом повышается не менее, чем в 5 раз.

l9

Составитель С. Вейский

Техред И.Попович

Корректор В. Бутяга

Редактор Л. Лашкова

Заказ 6642/4

Тираж 728

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по,целам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4