Устройство для измерения высокого напряжения Советский патент 1983 года по МПК G01R15/00 G01R19/25 

tc

00

Изобретение относится к электрризмерительной технике и npeflHasHajчено для использования при создан|1и образцовых приборов контроля постЬянного, медленоменяющегося, однополярHOFO переменного промьаиленной 4aciro ты и импульсного напряжений. ;

Известно устройство для измере-гния высокого напряжения по абсолютному методу, содержащее размещенные; в вакуумном объеме источник заряженных частиц, ускоряющий электрод, j1oДУЛЯТОР, вход которого подключен JC

выходу высокочастотного генератора, датчики модулированного тока пуска, связанные с входом блока Обработки информации

Известное устройство позволяет; измерять лишь дискретные значения , постоянного напряжения, т.е. имее весьма ограниченную область практического применения. того, его недостатком является низкое быстрдде ствие, обусловленное сложной процедурой измерения, в частности калибровки прибора. .;

Наиболее близким к изобретению ;является время-пролетное устройство дл измерения высокого напряжения, содержащее размещенные в вакуумном объеме источник заряженных частиц, ускоряющий электрод, модулятор, вход которого подключен к выходам взаимосвязанных высокочастотного генератора прямоугольных импульсов, и два токосъемных датчика, выходы котор ых соединены с входами фазометрического блока, формирователь импульсов, вход которого подключен к выходу nepBoifo из датчиков, ключ, сигнальный вход которого подключен к выходу второз о датчика, а управляющий вход - к выхо ду формирователя импульсов, счетчик импульсов, вход которого соединение выходом ключа, а выход - с входом блока регистрации 2 J.

Указанное устройство имеет достаточно широкую область практического напряжения промышленной частоты требуемая длительность запирающего импульса должна превышать наибольшее время пролета, соответствующее некоторому начальному (минимальноЫ ) значению измеряемого напряжения. Это определяет относительно большое мер вое время измерителя и ограничивает возможное число измеряемых мгновенных значений напряжения в течение одного периода. При этом достаточно полный набор мгновенных значений ; может быть получен лишь путем измерения в течение нескольких периодов, как среднее по нескольким периодам, при задании относительного сдвига моментов включения запирающих импулбсов от периода к периоду. Данное 06стоятельства отрицательно сказывафтся на скоростных и метрологический

характеристиках известного устройства.

Целью изобретения является повышение быстродействия и точности измерительного устройства.

Поставленная цель достигается тем что устройство для измерения высокого напряжения, содержащее размещенны в вакуумном объеме источник заряженных частиц, ускоряющий электрод, модулятор, вход которого подключен ,к выходу высокочастотного генератора, и два токосъемных датчика, выходы которых соединены с входами фазометрического блока, счетчик импульсов, выход которого подключен к входу блока регистрации, снабжено источником постоянного напряжения, блоком коммутации и аналого-цифровым преобразователем, в вакуумный объем введены запирающий и дополнительный ускоряющий электроды, счетчик импульсов выполнен реверсивным, а блок регистрации - с памятью, причем выход источника постоянного напряжения подключен к запирающему электроду, входы блока коммутации и аналого-цифрового преобразователя соединены с выходом фазометрического блока, вход реверсивного счетчика импульсов соединен с выходом блока коммутации, а выход - с одним из входов блока регистрации с памятью, другой вход которого подключен к выходу аналогоцифрового .преобразователя.

На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства.

Устройство содержит вакуумный объем 1, в котором размещены источник 2 заряженных частиц ( электронов или ионов) с выводом для подключения измеряемого напряжения, ускоряющий электрод 3, запирающий электрод 4, ускоряющий электрод 5, электроды модулятора 6, токосъемные датчики 7 и 8, выполненные в виде плоских пластин, установленных перТ1ендикул но оси системы на известном расстоянии друг от друга. Датчик 7 имеет в центре отверстие для пропускания пучка. Ускоряющие электроды 3 и 5 и один из электродов модулятора 6 заземлены на корпус. Запирающий электрод 4 подключен к источнику 9 постоянного напряжения. К электродам модулятора б подключен высокочастотный генератор 10. Датчики 7 и 8 соединены с входами фазометрического блока 11, к выходу которого подключены блок 12 коммутации и аналого-цифровой преобразо,ватель 13. Выход блока 12 коммутации соединен с входом реверсивного счетчика 14 импульсов. Выходы счетчика 14 и аналого-цифрового преобразователя 13 подключены к блоку 15 регистрации с памятью. Устройство работает следующим образом. Измеряемое высокое напряжение прикладывается между источником 2 заряженных частиц и заземленным на корпус ускоряющим электродом 3. Пучок заряженных частиц из источника 2 ускоряется и после прохождения через отверстие в электроде 3 имеет энергию, определяемую приложенной разностью потенциалов. На запирающий электрод 4 от источника 9 низкого постоянного напряжения подается тормозя й потенциал, задерживающий пучок при значениях измеряемого напряжения меньших потенциалов превышает запирающий потенциал, пучок проходит через отверстие в электроде 4, доускоряется в промежутке между электродами 4 и 5 и за электродом 5 приобретает точное значение энергии, соответствующее измеряемой разности потеч(Циалов. в промежутке между электродами модулятора б на пучок действует отклоняющее поперечное знакопеременное во времени электрическое поле известной частоты f , задаваемое от стабилизированного высокочастотного генератора 10. Выходной диафраг мой модулятора б служит первый,токосъемный датчик 7. Через его отвер стие проходят, только те частицы, которые прошли электрюды модулятора б в моменты времени, соответствующие нулевым или близким к ним значениям поля. За датчиком 7 вдоль оси систе,мы распространяется пучок, промодулированный по интенсивности удвоенно частотой. Этот пучок регистрируется затем вторым токосъемным датчиком 8. Последовательности импульсов с да чиков 7 и 8 сдвинуты во времени на и те@вал, равный времени пролета части цами известного расстояния Ь . между датчиками. В общем случае набег фазы 0 между сигналами равен некоторому целому числу полных периодов плюс .не который сдвиг, не превышающий одного периода. Сдвиг по фазе в пределах одного периода измеряется фазометрическим блоком 11, который включает фильтры .для выделения первых гармониксигналов, равных частоте модуляции, и; фазоизмерительную схему с аналоговым выходом. Измерение целого числа периодов производится, реверсивным счет чиком 14 импульсов, начальный счет к торого устанавливается заранее в зависимости от значения напряжения источника 9. В качестве счетных импульсов используются резкие скачки напряжения на выходе фазометрическог блока 11 в моменты перехода полного фазового сдвига через значения, соот ветствующие целый числам периодов. Блок 12 кОммута14ии скачки напряжения с положительной производной подает в канал вычитания счетчика 14, ас отрицательной - в канал сложения. При этом измерение высокого напряжения начинается с могента, когда о.но превысит потенциалзапирающего электрода 4, для которого целое число периодов фазового сдвига соответствует начальному счету счетчика 14. По мере роста напряжения число целых периодов уменьшается до числа, соответствующего максимальному напряжению, затем при уменьшении напряжения снова увеличивается до заданного зна чения начального счета. Напряжение с выхода фазометрического блока 11 подается на Bxojq аналого-цифрового преобразователя 13. Таким образом, предложенное устройство позволяет производить непрерывное измерение фазового сдвига в течение всего периода(либо одиночно го импульса), тогда как в известных устройствах значительная часть информации теряется, поскольку необходимо периодически прерывать пучок на интер валы времени, превышанмцйе наибольшее значение времени пролета,, соответствующее, минимальной величине измеряемого напряжения.. Сигналы с выходов реверсивного счетчика 14 импульсов и аналого-цифрового преобразователя 13 подаются к входам блока 15 регистрации с памятью, в котором показания счетчика 14 записываются как целые числа, а показания преобразователя 13 - как их дробная часть, т.е. максимальное показание преобразователя 13 приравнивается к единице. Индиюадия накопленных данных может производиться, например, с помощью цифропечатй и.ли на экране электронно-лучевой трубки в зависимости вт требуемой точности и вида измеряемого высокого напряжегния. Скорость пучка вычисляется следую|Щим образом: N. с., Точностные характеристики предложенного устройства для абсолютных измерений высоких напряжений определяются погрешностями, с которыми известны частота модуляции, пролетная длина и может быть измерен фазовый сдвиг. Для нахождения значения измеряемого напряжения следует пользоваться зависимостью с учетом релятивистских эффектов П- о 1и т - ТГ W-TT) -ij. W . , Входящие в формулу фундаментальные константы (скорость света С, масса покоя MO и заряд частиц Ze) известны с погрешностью порядка10 или мень

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее размещенные в вакуумном объеме источник заряженных частиц, ускорякиций электрод, модулятор, вход которого подключен к выходу высокочастотного генератора, и два токосъемных датчика, выходы которых соединены с .входами фаэометрического блока, а также счетчик импульсов, выход которого подключен к входу блока регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия н точности, оно снабжено источником постоянного напряже ия, блоком коммутации и аналого-цифровьм преобразова: елем, в вакуумный объем введены запирающий и дополнительный ускоряющий электрода счетчик импульЬов выполнен реверсивным, а блок регистрации - с памятью-, причем Звыход источника постоянного напряжения подключен к запирающему электроду, входы блока коммутации и аналого-цифрового преобразователя соединены с выходом фазометрического блока, вход реверсивного счетчика импульсов соедиW нен с выходом блока коммутации, а выход - с одним из входов блока регистрации с памятью, другой вход которого подключен к илходу аналого-цифрового преобразователя.