Устройство для измерения напряжения помех

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Технический результат заключается в том, что устройство позволяет при его использовании расширить технические возможности устройства для измерения напряжения помех при одновременном повышении точности измерений. Устройство для измерения напряжения помех содержит источник постоянного напряжения, силовой выключатель, снабженный электромагнитным приводом и блоком управления, переключатель на три положения, первое нагрузочное сопротивление, второе нагрузочное сопротивление, снабженное вентилятором, пассивный четырехполюсник, средства для подключения устройства к цепи питания источника помех, а также осциллограф и две кнопки с замыкающими и размыкающими контактами. 1 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, a более конкретно к средствам для измерения параметров помех, возникающих в цепи электропитания объектов при их функционировании.

На протяжении уже длительного времени вопросу измерения аплитудно-частотных характеристик помех, создаваемых различный установками в цепи их электропитания, уделяется достаточно большое внимание. В частности, в технической литературе описано техническое решение, согласно которому многошлейфовый осциллограф подключается непосредственно к силовой электрической сети, нагрузкой которой являются исследуемые объекты (см. Венчковский Л.Б., Исследование помех в силовой сети напряжением 0,4/6 кВ, Автоматика, и телемеханика, т. 21, N 8, 1960, c. 1181-1187). Однако, поскольку измерение в реальных условиях параметров помех, возникающих в сети электропитания объектов в результате их функционирования, является в ряде случаев сложной технической задачей, поэтому более широкое распространение нашли специальные устройства для измерения напряжения помех, включающие в себя средства, моделирующие сеть электропитания исследуемых объектов.

Так из предшествующего уровня техники известно устройство для измерения напряжения помех (авторское свидетельство SU N 348954, 1972), содержащее последовательно соединенные между собой источник постоянного напряжения, генератор переменного напряжения, исследуемый объект (магнетрон), нагрузочное сопротивление и осциллограф, при этом вход Y осциллографа соединен с точкой соединения исследуемого объекта с нагрузочным сопротивлением через фильтр-пробку на частоте генератора переменного напряжения, а вход X осциллографа соединен с той же точкой через последовательно соединенные фазовращатель и ограничитель.

Недостаток известного устройства заключается в том, что оно имеет ограниченную область использования, поскольку не обеспечивает измерение помех при определенном значении импеданса цепи электропитания.

Известно также устройство для измерения напряжения помех (см. Володина Н. А. и Старостин А.К., Проблемы электромагнитной совместимости электронной аппаратуры и электрооборудования автотранспортных средств, М., НИИАЭ, 1997, с. 112), содержащее источник постоянного напряжения, силовой выключатель, нагрузочное сопротивление, пассивный четырехполюсник в виде Г-образного LC-фильтра нижних частот, выходные выводы которого соединены со средствами для подключения к цепи питания источника помех и с входом осциллографа, при этом плюсовой вывод источника постоянного напряжения через силовой выключатель соединен с первым выводом нагрузочного сопротивления и первым входным выводом пассивного четырехполюсника, второй входной вывод которого и второй вывод нагрузочного резистора соединены с минусовым выводом источника постоянного напряжения (прототип).

Недостаток известного устройства заключается в том, что оно не обеспечивает возможности изобретения напряжения помех в экстремальных условиях, а именно, когда все потребители подключены к бортовой сети и токовая нагрузка составляет 60-80 А. Кроме того, известное устройство не обеспечивает высокой точности измерений вследствие температурной нестабильности параметров пассивного четырехполюсника. Действительно, индуктивность пассивного четырехполюсника выполнена в виде катушки с воздушным сердечником, имеющей индуктивность всего 5 мкГн и активное сопротивление 5 мкОм. В связи с этим входной импеданс пассивного четырехполюсника для источника помех в процессе измерений за счет нестабильности температуры может изменяться. Это приведет к возникновению ошибки при измерениях напряжения помех, создаваемых источником помех в цепи питания.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по расширению технических возможностей устройства для измерения напряжения помех при одновременном повышении точности измерений. Достигаемый при этом технический результат заключается в возможности изобретения напряжения помех в широкою диапазоне токовых нагрузок, а также в возможности периодического контроля импеданса четырехполюсника при короткозамкнутом его входе.

Поставленная задача решена тем, что устройство для измерения напряжения помех, содержащее источник постоянного напряжения, силовой выключатель, нагрузочное сопротивление, пассивный четырехполюсник в виде Г-образного LC-фильтра нижних частот, выходные выводы которого соединены со средствами для подключения к цепи питания источника помех и с входом осциллографа, при этом плюсовой вывод источника постоянного напряжения через силовой выключатель соединен с первым выводом нагрузочного сопротивления и первым входным выводом пассивного четырехполюсника, второй входной вывод которого соединен с минусовым выводом источника постоянного напряжения, согласно изобретению дополнительно содержит второе нагрузочное сопротивление, снабженное вентилятором, переключатель на три положения и две кнопки, силовой выключатель снабжен блоком управления и электромагнитным приводом, управляющий вход которого через размыкающие контакты первой кнопки соединен с выходом блока управления, замыкающие контакты второй кнопки включены в разрыв цепи электропитания вентилятора, подвижной контакт переключателя соединен с минусовым выводом источника постоянного напряжения и установлен с возможностью поворота вокруг оси, проходящей через центр окружности, по дуге которой на одинаковом угловом расстоянии, равном ϑ, установлены три неподвижных контакта, первый неподвижный контакт переключателя соединен через второе нагрузочное сопротивление с первым выводом первого нагрузочного сопротивления, а второй и третий неподвижные контакты соединены соответственно со вторым и первым выводом первого нагрузочного сопротивления, кнопки установлены на одинаковом расстоянии от оси вращения подвижного контакта переключателя с возможностью срабатывания при взаимодействии с ним, при этом расстояние l от оси вращения подвижного контакта переключателя шириной h до продольных осей кнопок определяется зависимостями 0,4ϑ ≤ ϕ ≤ 0,5ϑ. Такое выполнение устройства для измерения напряжения помех обеспечивает возможность измерения напряжения помех не только при различных значениях нагрузочного сопротивления, моделирующего активное сопротивление потребителей, которые подключены к бортовой сети одновременно с исследуемым источником помех, но и периодический контроль импеданса пассивного четырехполюсника. Иными словами, обеспечивается расширение возможностей устройства при одновременном повышении точности, а также надежности. Действительно, введение одновременно с переключателем на три положения двух кнопок, установленных указанным выше образом, позволяет осуществить, с одной стороны, опережающее включение вентилятора, а следовательно, введение его на рабочий режим к моменту подключения второго нагрузочного сопротивления, а также опережающее отключение источника постоянного напряжения перед замыканием накоротко входа пассивного четырехполюсника. В результате исключается выход из строя как второго нагрузочного сопротивления за счет недостаточно эффективного его охлаждения при пуске вентилятора, так и выход из строя источника постоянного напряжения за счет его короткого замыкания.

В дальнейшем изобретение поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема предложенного устройства, и описанием к нему.

Устройство для измерения напряжения помех содержит источник 1 постоянного напряжения, например аккумулятор, силовой выключатель 2, снабженный электромагнитным приводом 3 и блоком 4 управления, переключатель 5 на три положения, первое нагрузочное сопротивление 6, второе нагрузочное сопротивление 7, снабженное вентилятором 8, пассивный четырехполюсник 9, средства для подключения устройства к цепи питания источника 10 помех, выполненные, например, в виде клемм 11 и 11', а также осциллограф 12, например запоминающий с шириной полосы пропускания до 100 МГц, и две кнопки 13 и 14, снабженные соответственно размыкающими контактами 15 и замыкающими контактами 16.

Плюсовой вывод источника 1 постоянного напряжения через силовой выключатель 2 соединен с первыми выводами первого 6 и второго 7 нагрузочных сопротивлений, с первым входным выводом 17 пассивного четырехполюсника 9 и с третьим неподвижным контактом 18''' переключателя 5. Вторые выводы первого 6 и второго 7 нагрузочных сопротивлений соединены соответственно с вторых 18'' и первым 18' неподвижными контактами переключателя 5. Минусовой вывод источника 1 постоянного напряжения соединен с подвижным контактом 19 переключателя 5 и вторым входным выводом 20 пассивного четырехполюсника 9.

Пассивный четырехполюсник 9 выполнен в виде Г-образного LC-фильтра нижних частот, первый вывод катушки 21 индуктивности которого является первым входным выводом 17 пассивного четырехполюсники 9. Второй выход катушки 21 индуктивности является первым выходным выводом 22 пассивного четырехполюсника и через последовательно соединенные конденсатор 23 и резистор 24 соединен со вторым выходным выводом 25 пассивного четырехполюсника 9. Выходные выводы 22 и 25 соединены соответственно с клеммами 11 и 11', а также с входом осциллографа 12.

Подвижной контакт 19 переключателя 5 установлен с возможностью поворота вокруг оси 26, которая проходит через центр окружности, по дуге 27 которой на одинаковом угловом расстоянии, равном ϑ, расположены неподвижные контакты 18', 18'' и 18''' переключателя 5. Кнопки 13 и 14 установлены на одинаковом расстоянии l от оси 26, равном где угол ϕ удовлетворяет соотношению 0,4ϑ ≤ ϕ ≤ 0,5ϑ; 40°≤ ϑ ≤ 70°, а h - ширина подвижного контакта 19 переключателя 5, при этом продольная ось 28 первой кнопки 13 расположена на прямой, проходящей через ось 26 и радиальную ось симметрии неподвижного контакта 18''' (иными словари на прямой, являющейся проекцией средней линии 29 подвижного контакта 19 переключателя 5 в его крайнем правом рабочем положении). Продольная ось 30 второй кнопки 14 расположена на прямой, проходящей через ость 26 и радиальную ось симметрии первого неподвижного контакта 18' (иными словами на прямой, являющейся проекцией средней линии 29 подвижного контакта 19 переключателя 5 в его крайнем левом рабочем положении).

Блок 4 управления и вентилятор 8 подключены к питающей цепи 31 переменного тока, при этом в разрыв цепи питания вентилятора 8 включены замыкающие контакты 16 кнопки 14. Выход блока 4 управления через размыкающие контакты 15 кнопки 13 соединен с управляющим входом электромагнитного привода 3, выход которого связан с подвижным элементом силового выключателя 2.

В целях уменьшения паразитных реактивностей и обеспечения необходимой мощности рассеяния нагрузочные сопротивления 6 и 7 выполнены из нескольких параллельно соединенных резисторов, а нагрузочное сопротивление 7 выполнено со встроенным вентилятором 8. Катушка 21 выполнена бескаркасной из медной шины сечением 12 мм².

Устройство для измерения напряжения помех используется следующим образом. Перед измерениями напряжения помех подвижной контакт 19 переключателя 5 переводится в крайнее правое положение (см. чертеж), при этом происходит закорачивание входа пассивного четырехполюсника 9. В этом положении переключателя 5 производится измерение величины импеданса пассивного четырехполюсника относительно выводов 22 и 25 любым из числа известных способов. После этого выводы цепи питания источника 10 помех, подключаются к клеммам 11 и 11'. Предпочтительно, чтобы соединительные провода между клеммами 11 и 11' и источником 10 помех были без изгибов и длиной (0,5 ± 0,05) м. Затем подвижной контакт 19 переключателя 5 переводится в среднее положение. Иными словами, ко входу пассивного четырехполюсника подключается первое нагрузочное сопротивление 6. Одновременно кнопка 13, выходя из взаимодействия с подвижным контактом 19 переключателя 5, возвращается в исходное состояние, при котором контакты 15 замыкаются, а следовательно выход блока 4 управления подключается к управляющему входу электромагнитного привода 3. Для измерения напряжения помех, вызванных источником 10 помех подается сигнал "ПУСК" на соответствующий вход блока 4 управления. В результате на выходе блока 4 управления формируется сигнал на срабатывание электромагнитного привода 3 силового включателя 2, при этом источник 1 постоянного напряжения подключается к нагрузочному сопротивлению 6, пассивному четырехполюснику 9 и источнику 10 помех. Измерения напряжения помех проводят во всех режимах работы источника 10 помех, а также при приведении в действие имеющихся у него элементов управления.

Для проведения измерений напряжения помех при другой величине нагрузочного сопротивления подвижной контакт 19 переключателя 5 поворачивают против часовой стрелки на угол ϑ. В результате, сразу же после размыкания подвижного контакта 19 с неподвижным контактом 18'', произойдет взаимодействие подвижного контакта 19 с кнопкой 14, при этом замыкающие контакты 16 этой кнопки замкнутся и напряжение питающей сети будет подано на вентилятор 8. Таким образом, к моменту подключения нагрузочного сопротивления 7 к источнику 1 постоянного напряжения вентилятор 8 успеет выйти на рабочий режим, благодаря чему исключается перегрев нагрузочного сопротивления 7 и выход его из строя. В этом случае измерение напряжения помех, создаваемых источником 10 помех в цепи его питания, производится аналогично описанному выше.

Изобретение может быть использовано при лабораторных измерениях и испытаниях электромагнитной совместимости электро- и радиоэлектронной аппаратуры, в частности автотранспортных средств с высокой точностью и в различных режимах работы бортовой сети.

Формула изобретения

Устройство для измерения напряжения помех, содержащее источник постоянного напряжения, силовой выключатель, первое нагрузочное сопротивление, пассивный четырехполюсник в виде Г-образного LС-фильтра нижних частот, выходные выводы которого соединены со средствами для подключения к цепи питания источника помех и с входом осциллографа, при этом плюсовой вывод источника постоянного напряжения через силовой выключатель соединен с первым выводом первого нагрузочного сопротивления и первым входным выводом пассивного четырехполюсника, второй входной вывод которого соединен с минусовым выводом источника постоянного напряжения, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит второе нагрузочное сопротивление, снабженное вентилятором, переключатель на три положения и две кнопки, силовой выключатель снабжен блоком управления и электромагнитным приводом, управляющий вход которого через размыкающие контакты первой кнопки соединен с выходом блока управления, замыкающие контакты второй кнопки включены в разрыв цепи электропитания вентилятора, подвижной контакт переключателя соединен минусовым выводом источника постоянного напряжения и установлен с возможностью поворота вокруг оси, проходящей через центр окружности, по дуге которой на одинаковом угловом расстоянии, равном Ψ, установлены три неподвижных контакта, первый неподвижный контакт переключателя соединен через второе нагрузочное сопротивление с первым выводом первого нагрузочного сопротивления, а второй и третий неподвижные контакты соединены соответственно с вторым и первым выводом первого нагрузочного сопротивления, кнопки установлены на одинаковом расстоянии от оси вращения подвижного контакта переключателя с возможностью срабатывания при взаимодействии с ним, а расстояние l от оси вращения подвижного контакта шириной h до продольных осей кнопок определяется зависимостями
0,4Ψ≤ϕ≤0,5Ψ.

РИСУНКИ

Рисунок 1