Способ одновременного и бесконтактного измерения постоянного напряжения и тока

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для эффективного измерения напряжений и токов в высоковольтных цепях. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет использования МДП-триодной структуры, а также за счет достижения максимально возможного значения тока ее входной цепи путем выбора времени экспонирования измерительного электрода, равного постоянной времени индуцирования на измерительном электроде полного заряда и выбора времени экранирования измерительного электрода, равного времени считывания сигнала, соответствующего времени стекания полного индуцированного на измерительном электроде заряде через входное сопротивление МДП-триодной структуры -достигается тем, что измерение электрического поля осуществляют МДП- триодной структурой, формируют прямой и инверсные сигналы, которыми воздействуют на формирователи напряжения и тока, при этом синхронно коммутируют на землю. Экранирующий и измерительный электроды , время экспонирования которых поддерживают равным постоянной времени индуцирования на измерительном электроде полного электрического заряда, а время экранирования поддерживают равным постоянной времени считывания сигнала с измерительного электрода. Устройство, реализующее способ, содержит проводник 1, эталонный резистор 2, экранирующий электрод 3, измерительный электрод 4, контактные группы 5, электронный коммутатор б, импеданс 7, входную цепь МДП-триодной структуры 8, неинвертирующий импеданс 9, формирователь 10 напряжения, инвертирующий импеданс 11, формирователь 12 тока и цифровой измерительный блок 13. 1 ил. Ј сл ю 00 со со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 19/00, 29/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOIVlY СВИДETEflI.CTBY (21) 4671420/21 (22) 17.02.89 (46) 30.06.91. Бюл. ¹ 24 (71) Белорусский политехнический институт (72) В.А. Сычик, В,А. Воробьев и А.В. Бреднев (53) 621,317.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 705354, кл. G 01 R 19/16, 1977.

Авторское свидетельство СССР № 1288630, кл, G 01 R 29/12, 1984. (54) СПОСОБ ОДНОВРЕМЕННОГО И БЕСКОНТАЕТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для эффективного измерения напряжений и токов в высоковольтных цепях. Цель изобретения — повышение точности измерений за счет использования МДП-триодной структуры, а также за счет достижения максимально возможного значения тока ее входной цепи путем выбора времени экспонирования измерительного электрода, равного постоянной времени индуцирования на измерительном электроде полного заряда и выбора времени экранирования иэмеИзобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для эффективного измерения напряжений и токов в высоковольтных цепях.

Целью изобретения является повышение точности измерений за счет использования МДП-триодной структуры, а также за счет достижения максимально возможного

„„БЫ „„1б59883 А1 рительного электрода, равного времени считывания сигнала, соответствующего времени стекания полного индуцированного на измерительном электроде заряде через входное сопротивление МДП-триодной структуры — достигается тем, что измерение электрического поля осуществляют МДПтриодной структурой, формируют прямой и инверсные сигналы, которыми воздействуют на формирователи напряжения и тока, при этом синхронно коммутируют на землю, Экранирующий и измерительный электроды, время экспонирования которых поддер. живают равным постоянной времени индуцирования на измерительном электроде полного электрического заряда, а время экранирования поддерживают равным по- Я стоянной времени считывания сигнала с измерительного электрода. Устройство, реализующее способ, содержит проводник

1, эталонный резистор 2. экранирующий электрод 3, измерительный электрод 4, кон- и тактные группы 5, электронный коммутатор

6, импеданс 7, входную цепь МДП-триодной структуры 8, неинвертирующий импеданс 9, формирователь 10 напряжения, инвертиру- (Ь ющий импеданс 11, формирователь 12 тока (Я и цифровой измерительный блок 13. 1 ил. 0 значения тока ее входной цепи путем выбора времени экспонирования измерительного электрода, равного постоянной времени индуцирования на измерительном электроде полного заряда и выбора времени экранирования измерительного электрода. равного времени считывания сигнала, соответствующего времени стекания полного индуцированного на измерительном элект1659883

10

30

55 роде заряда через входное сопротивление

МДП-триодной структуры.

Бесконтактное и одновременное измерение постоянного напряжения и постоянйого тока посредством поедложенного способа осуществляют следующим образом, В зону действия электрического поля источника постоянного напряжения и тока помещают измерительный электрод, выполненный из электропроводного материала обычно дисковой формы, а перед ним со стороны действующего электрического Roля размещают второй электрод, площадь которого не меньше площади измерительного электрода, также выполненный из электропроводного материала, Измерительный электрод гальванически соединяют с управляющим электродом (эатвором)

МДП-триодной структуры, а также посредством контактной группы электронного коммутатора соединяют с землей, Также посредством другой контактной группы того же электронного коммутатора соединяют экранирующий электрод с землей. В неинвертирующую и инвертирующую выходные цепи МДП-триодной структуры включают нагрузки, обычно резистивные, которые соединяют электрически с формирователями напряжения и тока, Осуществляют периодическое экспонирование и экранирование измерительного электрода, На стадии экспонирования, когда контактные группы электронного коммутатора отключают экранирующий и измерительный электрод от земли, экранирующий электрод является прозрачным для внешнего электрического поля Е, создаваемого источником постоянного напряжения и тока, т.е. не влияет на величину действующего на измерительный электрод поля Е и на нем возникает наведенный заряд Q= ee ES (1), который создает потенциал p =- ee Е S/C, где ee — абсолютная диэлектрическая проницаемость среды; Š— напряженность электрического поля источника постоянного напряжения, действукэщая нэ экранирующий электрод; С вЂ” суммарная емкость измерительного электрода и МДП-триодной структуры.

При подключении экрэнирующего электрода с помощью контактной группы электронного коммутатора на землю, т,е. на стадии экранирования этот электрод полностью изолирует измерительный электрод от внешнего поля Е и накопленный на нем заряд стекает через входное сопротивление

МДП-триодной структуры, выполненной с изолированным затвором и обладающей высоким входным сопротивлением. Осуществляя периодическое экспонирование — экранирование измерительного электрода, на нем формируется переменный электрический сигнал, представляющий переменное напряжение от 0 С=Q/С при экспонировании до нуля при экранировании. Переменное напряжение на измерительном электроде создает ток во входной цепи

МДП-триодной структуры

i =d С1/dt= аS d Е/dt=U/Z„= ЬО/Лт (3) а напряжение во входной цепи U=izex, где U — мгновенное значение напряжения на измерительном электроде; zsx — полное входное сопротивление МДП-триодной структуры.

Изменение заряда Л Q включает его возрастание на измерительном электроде на стадии экспонирования — ЛО (+1 и спад индуцированного на измерительном электроде заряда — Л Q(-1 — на стадии экрэнирования, т,е. Л0= 0++А Q- (4) Ток, создаваемый во входной цепи

МДП-троидной структуры в результате периодического экранирования и экспонирования измерительного электрода, записывается выражением, включающим две составляющие 1=ЛО. /Ж1+ ЛО /Лт2, (5) где Лti- =tes — время экспонирования измерительного электрода;

%2=tех время экранирования измерительного электрода, Для выполнения поставленной цели— повышения точности измерений необходимо добиваться максимально возможного значения тока во входной цепи МДП-триодной структуры, поскольку напряжение на ее затворе Vg=iZex. Это достигается в предложенном способе выбором времени экспонирования измерительного электрода, равного постоянной времени г индуцирования на измерительном электроде полного (максимального возможного) заряда Q, т.е.

tes ti и выбором времени экранирования измерительного электрода, равного времени считывания сигнала г2, соответствующего времени стекания полного индуцированного на измерительном электроде заряда через входное сопротивление

МДП-триодной структуры. Это время определяется, главным образом, величиной импеданса цепи коммутации измерительного электрода на землю (стадия экранирования), и в соответствии с выражением

1опт = М+/г1 + ЛО-/t2 должно быть минимально возможным для данного типа электронного коммутатора (ri =- 10 з — 10 с).

Поскольку потенциал (по отношению к земле) источника постоянного напряжения, 1659883

10

20

55 представляющего цепь, содержащую проводник с эталонным резистором, пропорционален напряженности электрического поля Е, действующего на электрод, то напряжение на затворе МДП-триодной структуры также пропорционально потенциалу источника постоянного тока, т.е. прикладываемого к данной цепи постоянного напряжения (Ug=K1U). При использовании линейной области сток — затворной характеристики МДП-триодной структуры, в выходной ее цепи протекает ток, пропорциональный напряжению источника, т.е, I svx=K1S U К20, (6) где 0 — измеряемое постоянное напряжение;

К1, K2 — коэффициенты пропорциональности;

S — крутизна сток-затворной характеристики. Протекающий так I x создает в истоковой цепи прямой сигнал U+, пропорциональный потенциалу провода за эталонным резистором, т.е. пропорциональный контролируемому постоянному напряжению, а в стоковой цепи инверсный сигнал U-, пропорциональный падению напряжения на эталонном резисторе, т.е. напряжению U- =IR> или U-- =К,1, где I— измеряемый постоянный ток, Кз — коэффициент пропорциональности.

Воздействуют сформированным в выходной цепи МДП-триодной структуры прямым сигналом U+ на формирователь напряжения и сигналом U- на формирователь тока.

Сигналы с выходов формирователей напряжения и тока через аналоговую сигнальную часть электронного коммутатора воздействуют на цифровой измерительный блок, где они преобразуются в двоичные цифровые коды, дешифруются и регистрируются на цифровом табло, которое отражает значения контролируемых бесконтактным способом постоянного напряжения и тока.

Изложенный способ одновременного и бесконтактного измерения постоянного напряжения и тока реализуется устройством, структурная схема которого представлена на чертеже.

Устройство содержит замкнутую цепь источника постоянного напряжения, включающую проводник 1 и эталонный резистор

2. Экранирующий электрод 3 и измерительный электрод 4 через контактные группы 5 электронного коммутатора 6 соединены с нулевой шиной. В коммутирующую цепь измерительного электрода 4 последовательно с контактной группой 5 включен импеданс

7, подключенный параллельно входной цепи МДП-триодной структуры 8. Ее неинвертирующий импеданс 9 через формирователь

10 напряжения соединен с первым входом электронного коммутатора 6, Инвертирующий импеданс 11 через формирователь 12 тока соединен с вторым входом электронного коммутатора 6, выход которого соединен с входом цифрового измерительного блока

13.

Способ реализуется следующим образом, В замкнутую цепь источника постоянного напряжения, включающую проводник

1 и эталонный резистор 2, например в анодную цепь кинескопа, подают напряжение постоянного тока. В замкнутой цепи на эталонном резисторе 2 падает напряжение

U=I R>, пропорциональное протекающему в этой цепи постоянному току. Далее воздействуют электрическим полем Е проводника

1 за эталонным резистором 2 на систему экранирующий электрод 3 — измерительный электрод 4, которые коммутируются контактными группами 5 электронного коммутатора 6 на землю. Электронный коммутатор 6 содержит управляющую часть, включающую, например, эталонный импульсный генератор, одновибратор, два тристабильных элемента, представляющих контактные группы 5, и аналоговую сигнальную часть, представляющую аналоговый коммутатор.

Импеданс 7 определяет постоянную времени экранирования измерительного электрода тг. На стадии экспонирования, когда контактные группы 5 электронного коммутатора 6 разомкнуты, на измерительном электроде 4 индуцируется заряд Q. Постоянная времени экспонирования для системы измерительный электрод 4 — МДПтриодная структура 8 с суммарной емкостью

С= 10 — 100 пФ составляет t i= 10 — 10

На стадии экранирования, когда контактными группами 5 электронного коммутатора 6 экранирующий электрод 3 соединяется непосредственно. а измерительный электрод 4 через импеданс 7 — с землей, длительность этой стадии выбирают равной постоянной времени цепи стекания заряда с измерительного электрода 4 тат.е. 10

-10 с. Как показали результаты эксперимента, оптимальное значение тока во входной цепи МДП-триодной структуры 8

МОЖНО ПОЛуЧИтЬ, ЕСЛИ ted=- ек, т Е т) = Y2

10 з — 10 4с

Переменное напряжение затвора во входной цепи МДП-триодной структуры 8 создает в ее выходной цепи ток, который на неинвертирующемее импедансе 9 формирует напряжение, пропорциональное измеря1659883

Формула изобретения

Способ одновременного и бесконтактного измерения постоянного напряжения: и тока путем периодического воздействия Аа ц (4

Составитель Л.Фомина

Техред M.Moðreíòàï Корректор С.Черни

Редактор Е.Зубиентова

Заказ 1841 Тираж 430 Подписное

ВНИИПИ Государственного комит вта по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113635, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина., 101 емому напряжению U+=:l>«zo=K4U, а на инвертирующем ее импедансе 10 формирует напряжение U-, пропорциональное измеряемому току, т.е. U-=l >< z

Сигналом U+ воздействуют на формирователь 10 напряжения, а сигналом О- на формирователь 12 тока, на выходе которых формируются информационные сигналы требуемой амплитуды и частоты.

Через электронный коммутатор 6 полученные в формирователе 10 напряжения и формирователе 12 тока информационные сигналы подают на цифровой измерительный блок 13, защищенный неподвижным экранирующим электродом измерительный электрод электрического поля источника напряжения, последовательного экспонирования и

5 экранирования, считывания сигнала чувствительными элементом с измерительного электрода, его усиления и регистрации, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, измерение элект10 рического поля осуществляют

МДП-триодной структурой, формируют прямой и инверсный сигналы, которыми воздействуют на формирователи напряжения и тока, при этом синхронно коммутируют на

15 землю экранирующий и измерительный электроды, время экспонирования которых поддерживают равным постоянной времени индуцирования на измерительном электроде полного электрического заряда, а

20 время экранирования поддерживают равным постоянной времени считывания сигнала с измерительного электрода,