Устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока

 

Изобретение относится к радиоизмерительным устройствам и может быть использовано для эффективного измерения напряжений постоянного тока в высоковольтных цепях. Сущность изобретения: устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока содержит делитель 1 RC-типа, верхнее резистивное плечо 2, которое соединено с высоковольтной цепью 3, нижнее емкостное плечо делителя 1, состоящее из двух последовательно соединенных конденсаторов 4, 5, к общим выводам которых подключен нагрузочный резистор 6, газовый разрядник 7, подключенный к нижнему плечу делителя 1, последовательно соединенные электронный усилитель 8, измерительный блок 9 и индикатор 10, причем вход электронного усилителя 8 подключен к общим выходам конденсаторов 4, 5. 1 ил.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для эффективного измерения напряжений постоянного тока в высоковольтных цепях.

Известно устройство контроля высоких напряжений постоянного тока, содержащее высоковольтный плоскопараллельный конденсатор, в межэлектродном промежутке которого размещена сферической формы проводящая частица (см. журнал "Измерительная техника", N 12, 1976).

Также известно устройство измерения напряжений постоянного тока в высоковольтных цепях, содержащее систему экранирующий измерительный электрод, электродвигатель, причем экранирующий электрод выполнен в виде круга с секторно-ножевидными отверстиями. Устройство описано в авт.св. N 1288630, кл. G 01R 29/12.

Такие устройства измерения высоких напряжений постоянного тока обладают невысокой чувствительностью, точностью, надежностью работы и сложной конструкцией.

Прототипом предлагаемого изобретения является устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока, описанное в заявке ФРГ N 25008661, кл.G 01R 15/06, 1979. Оно содержит высоковольтный емкостный делитель и измерительный блок, содержащий конденсаторы для высокого и низкого напряжения, к которому подключен измерительный усилитель, соединенный с трансформатором.

Недостатками устройства-прототипа являются невысокая точность измерения высоких напряжений (Δ≥90%), связанная с наличием емкостного делителя, установившиеся напряжения на конденсаторах которого релаксируют со временем; низкая стабильность работы, резбалан нуля, что связано с наличием емкостного делителя в высоковольтной цепи; значительные габариты устройства, обуславливающие наличие мощного высоковольтного конденсатора и нагрузочного трансформатора.

Целью предполагаемого изобретения является повышение точности измерения высоких напряжений постоянного тока.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения высоких напряжений постоянного тока, содержащем делитель напряжения, усилитель, измерительный блок и индикатор, размещен газовый разрядник, который подключен к нижнему емкостному плечу делителя RC-типа. Вследствие того, что в предложенном устройстве для измерения высоких напряжений постоянного тока размещен газовый разрядник, который подключен к нижнему емкостному плечу делителя RC-типа, с которого подается сигнал на измерительный блок, достигается поставленная цель. Точность измерения повышается более чем в 10 раз.

В известных технических решениях признаков, сходных с заявленным, не обнаружено. Следовательно, предложенное техническое решение устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока обладает существенными отличиями.

Изложенная сущность изобретения поясняется чертежом.

Конструктивно устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока включает делитель 1 RC-типа, верхнее резистивное плечо 2 которого подключено к высоковольтной цепи 3, а нижнее емкостное плечо делителя 1 состоит из двух последовательно соединенных конденсаторов 4 и 5, к нижнему 5 из которых подключен нагрузочный резистор 6. Газовый разрядник 7 подключен к нижнему плечу делителя 1 RC-типа. Устройство также содержит электронный усилитель 8, измерительный блок 9 и индикатор 10.

Резистор 2 делителя 1 RC-типа выбирается высокоомным для обеспечения эффективной работы разрядника 7 и уменьшения до минимума зарядного тока. Как показали результаты эксперимента, резистор 2 обладает номинальной величиной 1 2 ГОм.

На емкостном плече делителя 1 формируется в процессе ее заряда напряжение, осуществляющее включение разрядника 7. При этом конденсатор 4 емкостного плеча высоковольтный, а конденсатор 5 низковольтный. Разрядник 7 преобразует постоянное напряжение на конденсаторах в импульсное, он выбирается низковольтным, что обеспечивает существенное повышение частоты следования формируемых разрядником импульсов и стабильности работы, т.е. повышение точности работы устройства и стабильности его работы.

Делитель 1 RC-типа формирует на нижнем емкостном плече стабильное напряжение, обеспечивающее стабильную работу разрядника 7, стабильный формируемый делителем 1 информационный сигнал, а следовательно, и стабильную работу устройства в целом. Электронный усилитель 8 является также формирователем напряжения сигнала. Он преобразует напряжение с выхода делителя 1 RC-типа в импульсное напряжение постоянной амплитуды, переменной частоты.

Измерительный блок 9 представляет собой блок цифровой обработки сигналов. Индикатором является цифровое табло.

Устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока работает следующим образом. При подключении делителя 1 RC-типа к высоковольтной цепи 3 конденсаторы 5 и 4 начинают заряжаться через высокоомный резистор 2 до напряжения U_c, соответствующего напряжению включения (срабатывания) газового разрядника U_вкл с постоянной времени τ = RC, где R - сопротивление высокоомного резистора 2, а C C4·C5/(C4 + C5), где C4, C5 емкости конденсаторов 4 и 5.

Напряжение на емкости C нарастает по закону током заряда i ≃ U_x/R, где U_x измеряемое высокое напряжение.

В момент, когда U_c U_вкл, разрядник включается и замыкает цепь разряда емкости C. В процессе разряда накопленного на емкости заряда напряжение снижается по закону где τ_p= CRr, R_r сопротивление включенного разрядника.

Когда напряжение на емкости C станет меньше напряжение удержания во включенном состоянии, разрядник переходит в высокоомное состояние и процесс заряда емкости C и включения разрядника 7 повторяется. В результате периодического включения и выключения разрядника 7, включенного параллельно емкости C, на конденсаторе 5 выделяется периодический импульсный сигнал переменной частоты.

С учетом (I) определяем частоту следования импульсов: U_c= 1/C∫idt ≃ iΔt/C, (3) где Δt время повышения напряжения на емкости C при ее заряде до величины U_c U_вкл, где K₁, K₂ коэффициенты пропорциональности.

Как следует из (4), при заданных значениях R и C частота следования импульсов напряжения сигнала, выделяемого на резисторе, прямо пропорциональна измеряемому высокому напряжению U_x.

Выделенный на резисторе 6 импульсный сигнал формируется посредством электронного усилителя 8 в импульсный сигнал прямоугольной формы и посылается на измерительный блок 9, содержащий, например, двоичные счетчики, элементы памяти и дешифраторы. С выхода измерительного блока сигнал подается на индикатор 10 в виде цифрового табло, на котором отображается истинное значение измеряемого напряжения U_x.

Создано экспериментальное устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока, например напряжения П-анода электронно-лучевых трубок с контролем напряжения от 10 кВ до 40 кВ. Устройство содержало высокоомный резистор R 1,5 ГОм, конденсатор 4 емкостью C 680 пФ, 6,8 кВ, конденсатор 5 емкостью C 0,47 мкФ, 400 В, разрядник 7 типа P-45, усилитель-формирователь 8 на операционном усилителе типа К544У02 и логическом элементе К155ЛАЗ. Измерительный блок 9 реализован на 4-х счетчиках типа К155ИЕ2, 4-х элементах памяти типа К155ТМ2 и четырех дешифраторах типа К514ИД2. Индикатор 10 представляет собой цифровое табло, содержащее 4 семисегментных полупроводниковых индикатора типа АЛС321Б.

Экспериментальное устройство измеряет высокое напряжение в диапазоне 10
40 кВ с приведенной погрешностью Δ≅5% . Стабильность работы устройства высокая.

Вследствие исключения громоздких элементов: высоковольтного конденсатора и трансформатора габариты устройства незначительны.

Таким образом, благодаря тому, что предложенное устройство для измерения высоких напряжений снабжено газовым разрядником, высоковольтный делитель выполнен RC-типа, причем газовый разрядник подключен к нижнему емкостному плечу делителя RC-типа, достигается поставленная цель.

Технико-экономические преимущества предлагаемого устройства в сравнении с базовым устройством-прототипом и другими аналогами:
более чем в 10 раз повышается точность измерения напряжений постоянного тока в высоковольтных цепях;
более чем на порядок повышается стабильность работы устройства измерения напряжений.

Формула изобретения

Устройство для измерения высоких напряжений постоянного тока, содержащее последовательно соединенные электронный усилитель, измерительный блок и индикатор, высоковольтный RC-делитель, верхнее резистивное плечо которого соединено с входной клеммой для подключения к высоковольтной цепи, а нижнее емкостное плечо которого состоит из двух последовательно соединенных конденсаторов, общие выводы которых соединены с входом электронного усилителя и с первым выводом нагрузочного резистора, второй вывод которого соединен с общей шиной, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, введен газовый разрядник, первый вывод которого подключен к нижнему емкостному плечу высоковольтного RC-делителя, второй вывод соединен с общей шиной.

РИСУНКИ

Рисунок 1