Способ измерения параметров rc-двухполюсника

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 R 27/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4399153/21 (22) 29.03.88 (46) 15,09;91. Бюл, № 34 (71) Читинский политехнический институт (72) А.Г.Машкин и А,В.Кудрявцев (53) 621.317,708.03 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 892347, кл. G 01 R 27/02, 1979, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

RC-ДВУХПОЛ ЮСНИ КА (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для определения свойств сложных диэлектрических систем и электроизоляционных конструкций, в том числе кабелей, силовых конденсаторных батарей, электромашин и аппаратов, горных пород и т.д., а также для контроля состояния изоляции электрических кабельных сетей, сетей по. стоянного тока, кабельных линий связи, в

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено в основном для определения свойств сложных диэлектрических систем и электроизоляционных конструкций, в том числе кабелей, силовых конденсаторных батарей, электромашин и аппаратов, горных пород и т.д„а также для контроля состояния изоляции электрических кабельных сетей, сетей постоянного тока, кабельных линий связи, в частности, для определения способности изоляции изменять свойства при одновременном действии комбинированного постоянного переменного напряжения.. Ж 1677659 À1 частности для определения способности изоляции изменять свойства при одновременном действии комбинированного постоянного переменного напряжения. Целью изобретения является обеспечение измерений параметров RC-двухполюсников с абсорбционными свойствами. На вход исследуемого RC-двухполюсника подают изменяющееся напряжение и изменяют полный ток утечки и активную составляющую полного тока утечки, по которым определяют искомый параметр, В качестве изменяющегося напряжения используют знакочередующееся напряжение прямоугольной формы, активную составляющую полного тока утечки измеряют по величине действующего значения первой гармоники. изменяющегося напряжения, измерение проводят дополнительно при воздействии постоянного напряжения, а также комбинированного постоянного и изменяющегося. 3 ил.

Цель изобретения — повышение точности при измерении параметров RC-двухполюсников с абсорбционными свойствами.

На фиг.1 приведена функциональная электрическая схема устройства для измерения параметров RC-двухполюсника, реализующего способ измерения параметров

RC-двухполюсников; на фиг.2 — временные диаграммы, иллюстрирующие работу отдельных блоков устройства; на фиг.3 — схема замещения RC-двухполюсника с абсорбционными характеристиками, где I — величина полного тока утечки, 1,, 1Р— соответственно активная и реактивная составляющие полного тока утечки, I«> — так сквозной прово1677659

Йом Вабс

Виз

I ом + пабс ом г абсид=

Йиз (-)

Бом + В абс(=) 20

6из =6абс+6 +6

ЗаРт2 в272+1

5 ьг,., из ")= в27г,+1

Устройство для измерения параметров 30

RC-двухполюсников включает генератоо 1 прямоугольных знакочередующихся импульсов, разделительный фильтр 2 по постоянному току, двухполюсник 3, резистор 4, импульсный усилитель 5, активный фильтр 35

6 по первой гармонике прямоугольных импульсов, измерительный выпрямитель 7, преобразователи 8.1, 8,2 напряжения в код; блоки 9.1, 9.2 ввода и вывода; источник 10 постоянного тока; разделительный фильтр 40

11 переменного тока, резистор 12, усилитель 13 постоянного тока, блок 14 памяти, арифметический логический блок 15 вычитания, блок 16 регистрации, ключ 17 включения генератора 1, ключ 18 включения 45 источника постоянного тока, переключатель 19 регистрируемых величин, Генератор 1 соединен через фильтр 2 с

RC-двухполюсником 3, второй вход которого соединен с общей шиной через ключ 17 и 50 резистор 4 с общей шиной, выход ключа 17 соединен с входом усилителя 5, второй вход которого соединен с общей шиной. Выход усилителя 5 последовательно соединен с фильтром 6, выпрямителем 7, пробразова- 55 телем 8.1, блоком 9.1, первым входом блока

14. Выход источника 10 через фильтр 11 соединен с входом RC-двухполюсника 3, а также через ключ 18 и резистор 12 с общей шиной. Выход ключа 18 соединен с входом димости, I абс, lcr — абсоРбционнаЯ и емкостная составляющие тока смещения IcM, 1аабс, 1рабс — аКтИВНая И рваКтИВНая СОСтаВляющие тока абсорбции, Ком — омическое сопротивление двухполюсника, обратная 5 величина сквозной проводимости 6.

Raec(U) — аКтИВНОЕ СОПратИВЛЕНИЕ тОКу абсорбции, обратное по величине активной

ПрОВОДИМОСти тОКу абСорбции бабс(О ), Ca6c(U ), Сг — соответственно абсорбцион- 10 ная и геометрическая емкости двухполюсника. Активное сопротивление и активная проводимость двухполюсника определяется соответственно

15 усилителя 13, второй вход которого соединен с общей шиной. Выход усилителя 13 последовательно соединен с преобразователем 8.2, блоком 9.2 и вторым входом блока

14. Выходы блоков 9.1, 9.2 соединены последовательно с первым и BTGpblM входами блока 15, переключателем 19 и блоком 16, Выходы преобразователей 8.1, 8.2 соединены с вторым и третьим входами переключателя 19, По способу-прототипу измерению подлежит величина не активного, а омического сопротивления двухполюсника (так как релаксационная составляющая тока утечки связывается только с величной релаксационной емкости без учета потерь), если момент времени измерения выбран по крайней мере в пять раэ большим, чем постоянная времени затухания тока абсорбции на участках фронта и среза импульса напряжения, в противном случае измеряется кажущееся значение омического сопротивления, величина которого носит случайный характер при переходе от одного объекта измерения к другому, При использовании известного способа для измерения абсорбционной емкости у объектов с большим значением тангенса угла диэлектрическтих потерь, величина измеряемой емкости будет определяться с большой погрешностью вплоть до полной неопределенности и тем самым это измерение не будет обладать практически никакой информативной ценностью для определения параметров и свойств RC-двуполюсников с абсорбционными характеристиками.

По изобретению помимо величины омического сопротивления (проводимости). которое характеризует проводящие свойства двухполюсника и определяет активные потери от перекоса свободных зарядов (омические потери), измерению подлежит величина активного сопротивления току абсорбции, которая характеризует диэлектрические свойства двухполюсника и определяет активные потери от различного вида низкочастотных миграционных поляризаций (диэлектрические потери), а также величина активного сопротивления, которое определяет все активные потери в двухполюснике при его работе на переменном напряжении, которые определяются как при действии одного переменного, так и комбинированного напряжения. Это связано с тем, что при действии Hà RC-двухполюсник с абсорбционными характеристиками синусоидального напряжения с круговой частотой а и амплитудой U через него будет протекать активный ток величиной соответ1677659

4ь20 ($иРт с)

У Р +1

4к20л — 6из — 6из, ственно при одном переменном и комбинированном напряжении где S, S(-) — начальное значение проводимости без и при постоянном напряжении, г, г(-) — постоянная времени затухания тока абсорбции без и при постоянном напряжении; G — сквозная проводимость, по величине обратная омическому сопротивлению двухполюсника 6=1/Rp . Этот ток определяется двумя составляющими

1а=! аабс+ 1скв, 4(-)= Jaaec(")+ (скв, réЕ 1аабс

1аабс(-) — активная составляющая тока абсорбции и при постоянном напряжении; I«a— ток сквозной проводимости, Поэтому по величине активной составляющей тока абсорбции можно судить об активном сопротивлении току абсорбции, ПО СОПОСтаВЛЕНИИ ВЕЛИЧИН Raec И Яабс(-) Об управляющем действии постоянного тока

Raec=U/1aàeñ, Raec(-)=0/ 1аабс(-), по величине тока сквозной проводимости— об омическом сопротивлении Бор=0/ ICKB.

Устройство для измерения параметров

RC-двухполюсников работает следующим образом.

Выработанные генератором прямоугольных импульсов 1 прямоугольные знакочередующиеся импульсы напряжения после включения ключа 17 через разделительный фильтр 2 подаются на вход измеряемого RC-двухполюсника 3. С резистора

4 на вход усилителя 5 подается напряжение, пропорциональное полному току утечки RCдвухполюсника 3

04= kU(S + G), где t — время затухания абсорбционного процесса; k — постоянная, определяемая параметрами разделительного фильтра 2 и резистора 4; U — амплитуда прямоугольных импульсов генератора 1. С выхода усилителя 5 на входы активного фильтра 6 первой гармоники подается усиленное напряжение, пропорциональное полному току утечки RC-двухполюсника:

Ue= k>U(Se + G), где К1 — постоянная, определяемая параметрами присоединительного фильтра 2 и усилителя 5, В атом случае на выходе активного фильтра 6 первой гармоники сформируется синусоидальное напряжение с амплитудой (фиг.2);

5 1/21 л

Ue=4k2U f (Se + G) sin (2z ft) dt = о л

=4IoU (2fS e +fG — ) где k2 — постоянная, определяемая параметрами присоединительного фильтра 2, резистора 4, усилителя 5 и активного фильтра б, В случае, если 2f т » 1, то

Следовательно,. для конкретных условий измерения, когда k2 u U постоянные, амплитуда переменного напряжения 0б определяется активной проводимостью RC25 двухполюсника.

Измерительный выпрямитель 7 выпрямляет и формируется из синусоидального сигнала с амплитудой 0б постоянный, величина которого пропорциональна актив30 ной проводимости RC-двухполюсника:

4k2 зU

Ь з или

Л где кз= 4 — постоянная, определяемая

40 параметрами выпрямителя 7.

Постоянное напряжение, сформированное измерительным выпрямителем 7, подается на вход пробразователя 8.1, 45 напряжения в код. С выхода преобразователя 8,1 пачка импульсов подается на вход блока 16 регистрации, через переключатель

19 регистрируемых величин, После достижения стабильного показания 6иа на блоке регистрации с помощью блока ввода-вывода

9 значение величины вводится в блок 14 памяти. Затем к измеряемому R С-двухполюснику 3 подключается источник 10 постоянного тока через разделительный фильтр 11 переменного тока ключом 18, Напряжение, снимаемое с резистора 12, подается на вход усилителя постоянного тока, пропорционально сквозному току и абсорбционному току утечек и после усиления усилителем 13 на вход преобразователя 8.2

1677659

01з = k4U- = (Se -+ G), ф.) 55 напряжения в код поступает напряжение, которое пропорционально величине омической (сквозной) проводимости G двухполюсника 3: где U- — напряжение источника постоянного тока; k4 — коэффициент, зависящий от параметров источника 10 постоянного тока, резистора 12 и усилителя 13. Изменяя параметры вышеперечисленных элементов, добиваются равенства k4 = 1И-, Величина

Se "при t »г становится весьма малой по сравнению с G. Пачка импульсов с выхода преобразователя 8.2 поступает на вход блока 16 регистрации через переключатель 19.

При достижении постоянных показателей G на входе 16 регистрации с помощью блока

9.2 ввода-вывода значение ввеличины G вводится во вторую ячейку блока 14 памяти, затем посредством блоков 9.1, 9.2 ввода-вывода величины G» G выводятся на входы арифметического логического блока 15 вычитания, а результат вычитания выводится через переключатель 19 на вход блока 16 регистрации, который отображает величину

Gage, затем после стирания в первой ячейке блока 14 памяти величины G» туда вводится величина G >(-), которая при переключении переключателя 19 на регистрацию величин

Оиз отображается на блоке 16 регистрации, а при выводе величины G

Оабс(-),можно сУДить об УпРавлЯюЩем Действии постоянного напряжения на качество параметров RC-двухполюсника. Если G«GN то судить об управляющем действии постоянного напряжения можно путем сопоставления Оиз и G»(-), При реализации изобретения возможно определить нелинейную зависимость активных параметров RC-двухполюсника от напряжения и частоты, униполярного эффекта и оценить эффективность, управления постоянным напряжением, в зависимости от полярности, качеством изоляции. Так, например, изменяя амплитуду напряжения генератора прямоугольных импульсов от 0 до

UìÂêñ можно найти зависимость активных параметров от напряжения Оиз(0), Gaac(U) и

G(U), а также Оиз(-}(0), Ca6c(-)(0).

Напряжение, генерируемое генерато5 ром 1, можно изменять как по амплитуде, так и по частоте, одновременно можно изменять частоту пропускания активного фильтра. Также можно регулировать величину напряжения источника 10 постоянного

10 тока и изменять его полярность.

Формула изобретения

Способ измерения параметров RCдвухполюсника, включающий подачу на вход исследуемого RC-двухполюсника изме15 няющегося напряжения и измерение полного тока утечки, активной составляющей полного тока утечки и определении по результатам измерения искомых параметров, отличающийся тем, что, с целью

20 повышения точности при измерении параметров RC-двухполюсников с абсорбционными свойствами, в качестве изменяющегося напряжения используют знакочередующееся напряжение прямоугольной формы, измерение

25 активной составляющей полного тока утечки проводят по величине действующего значения первой гармоники изменяющегося напряжения, дополнительно измеряют активную составляющую полного тока Ia(= ); la(= + )

30 утечки при подаче на вход исследуемого RCдвухполюсника параллельно изменяющемуся напряжению постоянного напряжения соответственно отрицательной и положительной полярности, а через время затуха35 ния. абсорбционного процесса измеряют компоненту активной составляющей полного тока утечки — ток 1ска сквозной проводимости при подаче на вход исследуемого

RC-двухполюсника постоянного напряже-

40 ния и определение активной составляющей з, TOKB 1абс 1абс(= + ) Ьбс(= - ) абСОРбЦИИ СОответствующих соответственно полным тоKBM Iai Ia(= + ) Ia(= ) ПофОРМУЛам

Is — активная составляющая полного то45 Ка утЕЧКИ; 1абс=1а 1скв, Isaac(= )= Ia(= - ) — Icse

Iaaec(="+")= Ia(="+") 1скв причем частоту F следования импульсов знакочередующегося импульсного напря50 1 жения выбирают из условия F < —, где т—

2г постоянная времени затухания тока абсорбции.

1677659

1б77659

Составитель В.Ежов

Редактор Н.Химчук Техред M.ÌoðãåíòàJI Корректор, С. Шевкун

Заказ 3113 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101