Делитель напряжения преимущественно на выводах индуктора линейного индукционного ускорителя Советский патент 1985 года по МПК G01R15/04 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при измерении характеристик (амплитуды, фазы, длительности) импульсного напряжения, Известен делитель напряжения для измерения ускоряющего напряжения инду тора, присоединенный к тррцовым элект родам макета индуктора и содержащий в частности, высоковольтное и низковольтное плечи, выполненные соответственно на высокоомном и низкоомном резисторах, первый из которого размещен в области ускорения индуктораГ1 Известньй делитель позволяет измерять напряжение с амплитудой до десятков киловольт, так как характеризуется возможностью изменения в больших пределах отношения величин сопротивлений плеч. Однако ему свойственна низкая надежность работы, вызванная в основном мглой электропрочностью и большой индуктивностью примененных резисторов. Делитель на основе, промышленньпс резисторов для измерения напряжения с амплитудой в сотни киловольт представляет собой громоздкое устройство, которое практически невозможно выполнить с переходной характеристикой в единицы наносекунд. Сигнал с низковольтного плеча делителя передается к регистратору только по одному кабельному каналу. Из-за низкой надежности дели теля, большого времени нарастания и одноканальной регистрации невозможно по одному или нескольким включениям индуктора достоверно судить о правильности ,его работы. Поэтому для достоверности измерений необходи ма определенная их статистика с изме нением режимов работы индуктора. Для проверки нормальной работоспособ ности только низковольтндго плеча делителя напряжения элементов передающего сигнала тракта или регистратора требуется значительное дополнительное число запусков индуктора с последовательными заменами перечис ленных элементов и узлов заведомо исправньо4. Указанные факторы увеличивают общее время измерений, Наиболее близким техническим решением к данному изобретению являетс делитель напряжения на вьшодах.индуктора линейного индукционного ускорителя, содержащий заполненный электролитом герметичный трубчаилй 21 корпус из изоляционного материала и три параллельных электрода, из которых первый и второй расположены у торцов корпуса, а третий размещен внутри корпуса в окрестности второго электрода СЗ 3. Делитель подключен первым электродом к катоду электронной пушки ускорителя прямого действия, вторым электродом - к шине заземления, а с третьего электро.да снимается сигнал для регистрации при измерении импульсного напряжения с амплитудой до 1,8 MB. Недостатком указанного устройства являются низкие точность деле- , ния и надежность работы, а также большая габаритная длина всего устройства, что связано со значительным расстоянием между вторым и третьим электродами. Это расстояние выбирается большим, чтобы возникающие при электролизе и взаимодействии электролита с материалами твердые продукты и окислы осаждающиеся на электродах, не уменьшали эффективную длину электролита между вторым и третьим электродами, не изменяли коэффициент деления, а также не замыкали зазор между этими электродами. Кроме того, увеличенное расстояние необходимо для снижения влияния на него изменения температуры окружающей среды из-за разных коэффициентов температурного изменения изоляторов и металлов, а также для упрощения изготовления путем увеличения допусков. Большое расстояние между вторым и третьим электродами уменьшает отношение цлеч делителя до 50:1, в связи с чем на низковольтном плече возникает высокое импульсное напряжение (1,8 МВ/50 36 кВ). При требуемой для Скоростных осциллографов амплитуде сигнала 1 кВ приходится устанавливать еще один делитель из 19 штук серийных резисторов с отношением плеч примерно 60 :1 (1535:25 Ом). В совокупности понижается точность амплитудных и временных измерений (из-за увеличения индуктивностей и емкостей рассеяния элементов всего устройства), особенно импульсов с нано- и субнаносекундным фронтом,, уменьшается надежность устройства из-за многозлементности и наличия ишь одного .нйзковоль|Тного плеча, наиболее часто теряющего нормальную хаботоспособность. Кроме того, существенно увеличивается габаритная длина устройства, усложняется его конструкция. . .

Потребностью настоящего времени является измерение характеристик ускоряющего напряжения не в моделях и макетах, а в натуральных мощных громоздких индукторах, накопитель каждого из которых заряжается до 500 кВ и более при общей длине области ускорения индуктора менее 150 мм. Такие измерения позволяют достоверно судить о степени моноэнергетичности пучка частиц, о вольтамперных характеристиках индуктора, форме импульса ускоряемого тока, о электропрочности и т.д. Многоэлементные натурные индукторы срабатывают с большой скважностью при минимальном числе их запусков для измере НИИ в связи с ограниченным ресурсом работы. Поэтому существенным являет5я повышение точности измерений характеристик ускоряющего напряжения индуктора и надежности работы измери тельной аппаратуры, а также увеличение ее информативности при каждом включении индуктора.

Целью изобретения является повышение точности деленця и надежности работы делителя напряжения путем увеличения стабильности сопротивлени плеч, а также расширение функциональных возможносч ей за счет одновременного снятия двух низковольтных сигналов.

Поставленная цель достигается тем что делитель напряжения, содержащий заполненный электролитом герметичньй трубчатый корпус из изоляционного материала и три параллельных элект-рода, из которых первый и второй расположены у торцов корпуса, а третий размещен внутри корпуса в окрест ности второго .электрода, в корпус в окрестность первого электрода паралельно ему введен четвертый электрод причем корпус между вторым и третьим, а также между первым .и четвертым электродами выполнен со ступенчаты увеличением внутреннего диаметра и расстоянием между указанными сочетаниями электродов меньшим глубины скин-слоя на частоте измеряемого напряжения, диаметры электродов выбраны равными, по меньшей мере, увеличенному внутреннему диаметру корпуса, а третий

и четвертый электроды установлены на уступах корпуса.

На чертеже представлена конструкция предложенного делителя напряжения.

Герметичньп трубчатый корпус 1 из изоляционного материала, в частности из полиэтилена у имеет ступенчатые увеличения, например в 5 раз внутреннего диаметра около обоих его торцов по сравнению с внутренним диаметром полости в средней части корпуса 1. У торцов корпуса 1 расположены электроды 2 и 3 (соответственно первьш и второй). Электроды 4 и 5 (соответственно третий и четвертый) размещены внутри, корпуса 1 на его уступах, примыкая своими поверхностями к поверхностям уступов. Диаметры электродов 2, 3, 4 и 5 равны ступенчато увеличенному внутреннему диаметру корпуса 1 у его тор-цов. Полость между электродами 2 и 3 заполнена электролитом, например водным раствором медного купороса, а поверхности электродов 2, 3, 4 и 5, контактирующие с электролитом, выполнены взаимно параллельными. Объемы электролитов между электродами 2 и 5, 5 и 4, 4 и 3 сообщаются между собой, например через отверстия в электроах 4 и 5, на чертеже не показанные. олщина слоя электролита между элект родами 2 и 5, 4 и 3 меньше глубины скин-слоя на частоте измеряемого напряжения. От электродов 4 и 5 сделаны стержневые выводы 6 и 7 через изоляторы 8 и 9 к отрезкам кабелей 10 и 11, подключенным к регистраторам 12 и 13J например осциллографам. Делитель размещен по оси области ускорения индуктора линейного индукционного ускорителя и электродами 2 и 3 присоединен посредством плоских дисковых проводников 14 и 15 к заземленным торцовым фланцам 16 и 17 индуктора. Фланцы 16 и 17 совместно с другими элементами индуктора образуют тороидальную прямоугольного сечения полость индуктора, в которой раз14ещен высоковольтный дисковый электрод 18 накопителя индуктора и кольцевой коммутатор 19, например в виде газонаполненных тригатронов. Полость индуктора заполнена эффективным диэлектриком, в частности водой.

Работает делитель напряжения следующим .образом. При включении ком51мутатора 19 индуктора генерируется в области его ускорения между проводниками 14 и 15 импульсное нагфя.жение с чередующейся полярностью, типичная длительность первого (из серии) импульса составляет 10-30 «с. При общей величине сопротивления делителя много боЛьше внутреннего импенданса индуктора амплитуда импульса напряжения близка к разности потенциалов зарядки индуктора и обыч но составляет 500 кВ и более. Созданное импульсное напряжение прикладывается к делителю между егр электродами 2 и 3, причем оба они относительно наружных -поверхностей заземленных фланцев 16 и 17 находятся под нулевым потенциалом, а, указанная разность потенциалов возникает только в области ускорения между внутренними поверхностями проводников 14 и 15. Через электролит делителя начинает течь ток, причем в местах перехода его с высоковольтного плеча между электродами 4 и 5 на низковольтные плечи соответственно между электродами 2 и 5, 3 и 4 врёщ t пробега электромагнитной волны составляет незначительную величину из-за примыкания поверхностей электродов 4 и 5 к поверхностям уступов корпуса 1, диэлектрическая постоянная EJ которого много меньше диэлектрической постоянной ЕЭ электролита (для корпуса 1 из полиэтилена д 2, 3, для водяного раствора электролита ЕЭ т.е.䫧э) При типичном размере диаметра D 15 Mff столба электролита между / электродами 4 и 5 и ступенчатом увеличении внутреннего диаметра корпуса 1 в 5 раз, т.е. Djj 5-D, время пробега составит ifg;(D,- Pi) где с - скорость света в пустоте. Подставив в-(1) величины .2,3 Dj 5D 75 мм, р 15 мм и с , Получим t 0,15 не. При толстой прослойке электролита между поверхностями уступа и элект родов это время возросло бы в l(Ej / Хб раз. Выполнение диаметров электродов 2, 3, 4 и 5 равными- ступенчато увеличенному внутреннему диаметру корпуса 1 у его торцов способствуеет уменьшению времени t и выполнению (1) 2 максимально возможного расстояния между электродами 2 и 5, 3 и 4, что стабилизирует величину сопротивления низковольтных плеч. Так как расстояние- I между электродами 2 и 5, 3 и 4 выбрано меньшим, например в 10 и более раз глубины « скин-слоя на частоте f измеряемого напряжения, то между указанными сочетаниями электродов устанавливается равномерная плотность тока по поперечному сечению электролита за характерное время t.0,15 НС, Глубина сЛ определяется из соотношения 1, -ILгде f - величина удельного сопротивления электролита,- некритичная по отношению к размерам делителя напряжения. Варьированием значения j легко обеспечить t «f или 1 Х d . При протекании через электролит тока под действием возбужденной ин,дуктором разности потенциалов на обоих низковольтных плечах делителя выделяется напряжение сигнала, уменьшенное-по амплитуде в сотни и более- раз по сравнению с общей разностью потенциалов. Эти сигналы передаются по независимым кабелям 10 и 11 к регистраторам 12 и 13. Если в автономных трактах регистрации зафиксированы идентичные по амплитуде, форме и длительности сигналы с обоих низковольтных противоположно размещенных плеч, то это позволяет достоверно судить о работе делителя и генератора напряжения даже за одиночное их срабатывание. В связи с этим можно исключить добавочные запуски источника (индуктора) или существенно снизить их чисо и тем самым сократить общее время измерений. Предложенное техническое решение обеспечивает повышение точности измерения параметров импульсного Напряения (амплитуды, длительностей фронта и среза, формы импульса), благодаря возрастанию стабильности величины активного сопротивления обоих низковольтных плеч делителя, образованных соответственно между электродами 3 и 4; 5 и 2. Ступенчатое увеличение внутреннего диаметра корпуса 1 позвояет увеличить толщину слоя электролита в низковольтных плечах и уменьщить TiBM самым относительный вклад в снижение толщины электролита осаж- даювдхся на поверхностях электродов продуктов электролиза и реакции поверхностей с электролитом, что стабилизирует эффективную длину столба электррлита в низковольтных плечах и поддерживает постоянным коэффициент деления делителя напряжения. Кроме того, уменьшается вероятность перём шария электродов в низкрврльтных плечах мостиками из образующих продуктов электролиза и твердых части(ц окислов. Увеличение расстояний между электродами 3 и 4, 5 и 2 умень шает влияние на расстоянии изменения геометрических размеров элементов де лителя из-за разных крэффициентов температурного изменения изоляторов и металлов, а также позволяет отказаться от дополнительных делителей сигналов с низковрльтных плеч. Выпрлнение расстряния между указанными электррдами меньше глубины скин-слоя на частоте измеряемого напряжения обеспечивает быстрре установление равномерной плотности тока по поперечному сечению электролита в низкрврльтных плбчах. Осуществление диаметррв электродов, по меньшей мере равным внутреннему диаметру корпуса в его частях со ступенчатым увеличением диаметра и размещение электррдов 4 и 5 на уступах корпуса способствует быстррму 11ерехрду трка .сВЫСОКОВОЛЬТНОГО плеча делителя в оба низковольтных плеча. Все перечисленные Bbmie факторы повышают точность амплитудных :и временных измерений импульсных напряжений при уменьшенном времени нарастания. Одновременно повьш1ается надежность измерений, поскольку повьипается электропрочнрсть низковольтных плеч делителя напряжения. При каждрм приложении к нему ВХРДНРГР напряжения снгн.алы снимаются одновременно с двух автономных низковольтных плеч, расположенных у торцов корпуса 1, причем сигналы могут передаваться затем к раздельным регистраторам. Идентичность параметров сигналс в с прртиврпрлржнр распрлрженных плеч првьш1ает информативнрсть при каждрм импульснрм измерении, прзврляет дострвернр судить об исправности самих плеч и трактов регистрации и исключить добавочные срабатывания контролируемого источника импульсного напряжения, например индуктора линейного индукционного ускорителя. Сокращение числа циклов измерений уменьшает трудоемкрсть измерений и повышает оп еративность получения данных о работе источника напряжения.

ДЕЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ЙА ВЫВОДАХ ИНДУКТОРА ЛИНЕЙНОГО ИНДУКЦИОННОГО УСКОРИТЕЛЯ, содержащий заполненный электролитом герметичный трубчатый корпус из изоляционного материала и три параллельных электрода, из которь1х первыйи второй расположены у торцов корпуса. ВСЕСОЮЗНА «А iUTEHTHti- i| TSXiMiMRffHAa MMMfHU а третий размещен -внутри корпуса в окрестности второго злектрода, о тличающийся тем, что, с цельТо повьшения точности деления и надежности работы путем увеличения стабильности сопротивлений плеч, а также расширения функциональных возможностей за счет одновременного снятия двух низковольтных сигналов, в корпус в окрестность первого злектрода параллельно ему введен четвертый электрод, причем корпус между вторым и третьим, а также между первым и четвертым электродами выполнен со ступенчатым увеличением внутреннего диаметра и расстоянием между указанными сочетаниями электродов, меньшим (Л глубины скин-слоя на частоте измеряемого напряжения, диаметры электродов выбраны равными по меньшей мере увеличенному внутреннему диаметру корпуса, а третий ичетвертый электроды установлены на уступах корпуса.