Устройство для измерения высоких напряжений Советский патент 1989 года по МПК G01R15/04 

ел

о со

3150

Изобретение относится к электро- измерительной технике и предназначено для измерения постоянного напряжения, а также амплитудных значений пульсирующего, импульсного и переменного напряжений в высоковольтных электрических цепях.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Для достижения указанной цели в устройство для измерения высоких напряжений, содержащее выпрямитель, параллельно включенные стабилизатор тока, ограничитель напряжения и изме рительный блок между выпрямителем и стабилизатором тока, введены последовательно включенные ступени с компенсацией измеряемого напряжения, каждая из которых содержит биполярны транзистор р-проводимости, эмиттер которого соединен с отрицательным выводом туннельного диода и с катодом

стабилитрона, а база соединена с отрицательным выводом стабистора, поло жительный вывод которого подключен к положительному выводу туннельного диода, а отрицательный вывод стабистора - через резистор с анодом стабилитрона, при этом положительный вы вод туннельного диода первого блока компенсации соединен с отрицательны выводом выпрямителя, а анод стабилитрона и коллектор транзистора этого блока соответственно соединены с по- ложительным и отрицательным выводами туннельного диода второго блока компенсации, который, в свою очередь, теми же вьгеодами соединен с последующим блоком компенсации, причем в последнем блоке коллектор транзистора и анод стабилитрона соединены между собой и подключены к положительному выводу стабилизатора тока.

На фиг.1 представлена функцио- нальная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - форма сигнала с выхода этого устройства при измерении .импульсного высокого напряжения.

Устройство (фиг.1) содержит последовательно включенные выпрямитель 1, блоки (I, II,..., N) компенсации измеряемого напряжения, стабилизатор 2 тока, параллельно которому подключены ограничитель 3 напряжения и из- меритель ный блок 4. В свою очередь блоки (I, II,..., N) содержат биполярный транзистор 5 р-проводимости, эмиттер которого соединен с отрицательным выводом туннельного диода 6 и с катодом стабилитрона 7, а база соединена с отрицательным выводом стабистора 8, положительный вывод которого подключен к положительному выводу туннельного диода 6, а отрицательный вывод стабистора - через резистор 9 с анадом стабилитрона 7, при этом положительный вывод туннельного диода 6 блока I компенсации соединен с отрицательным выводом выпрямителя 1, а анод стабилитрона 7 и коллектор транзистора 5 этого бло-- ка соответственно соединены с положительным и отрицательным выводами туннельного диода 6 блока II компенсации, который, в свою очередь, .теми же выводами соединен с последующим блоком, причем в блоке N коллектор транзистора 5 и анод стабилитрона 7 соединены между собой и подключены к положительному выводу стабилизатора 2 тока. На схеме также показаны входные клеммы 10 и 11 устройства.

Устройство работает слудующим образом.

Контролируемое напряжение подводится к входным клеммам 10 и 11 устройства. В начальный момент времени

транзисторы 5 в блоках (I, II,..., N компенсации находятся в закрытом состоянии, а по мере возрастания измерительного напряжения происходит пробой стабисторов 8, падение напряжения на которых превысит барьерный потенциал, образованный переходами база - эмиттер - туннельный диод, что приведет к открыванию транзисторов 5 током через резисторы 9.

Этот режим соответствует исходному состоянию устройства и определяется начальным падением напряжения (U) на блоках (I, II,..., N) , значение которого может быть с достаточной степенью точности измерено при настройке устройства для заданного тока стабилизации.

В момент времени, когда измеряемое напряжение превысит порог срабатывания ограничителя 3 напряжения, он зашунтирует стабилизатор 2 тока, что приведет к броску тока в цепи устройства и переключению туннельного днода 6 блока I с первой ветви его в.а.х. на вторую, что приводит к увеличению барьерного потенциала база - эмиттер -туннельный диод за счет на5

пряжения раствора (стъ переключившегося туннельного диода 6, зап(фа- нию транзистора 5 в этом блоке и про- 7

бою стабилитрона /, который компенси150

рует измеряемый сигнал на величину его напряжения стабилизации (U ) и через который рабочая точка туннельного диода 6 фиксируется на второй ветви его в.а.х,, что поддерживает блок I в режиме компенсации. Аналогичным образом переключаются и все остальные блоки компенсации по мере возрастания измеряемого сигнала, а при его спаде происходит их отключение в обратной последователь} ости,

Необходимо отметить, что для нормальной работы устройства пиковый ток туннельных диодов 6 в блоках (I, II,..., N) компенсации должен несколько превышать ток стабилизации устройства, а величина резисторов 9 выбирается из условия, чтобы ток, протекающий через них в исходном состоянии устройства. Пыл достаточен для создания проводящего состояния в транзисторах 5, а после переключения блоков (I. II,..., N) в режим компенсации ток через резисторы 9 не превышал бы половину тока стабилизации устройства.

Также и напряжение компенсации каждого блока, образованное стабилитроном 7 или цепочкой стабилитронов, должно соответствовать порогу срабатывания ограничителя 3 напря- .жения и не должно превышать предельно допустимое напряяение эмиттер -- коллектор транзистора 5.

Таким образом, если напряжения компенсации

и и,, (ZU,,) + Up,,,

в каждом из блоков (I, II ,..., N) равны между собой, то измеряемое напряжение (и) определяется по формуле

и и + + и , где N - число переключившихся блоков ли - нескомпенсированная часть

напряжения, зарегистрированная измерительным блоком, например осциллографом. На фиг.2 показан сигнал с выхода устройства при измерении импульсного

3018

высокого напряжения с переключением трех блоков компенсации,сигналд.

Таким образом, введение в устрой- , ство для измерения высоких напряжений блоков компенсации измеряемого сигнала позволяет повысить точность измерений, так как ток, протекающий через стабилитроны и туннельные дио- 10 ды в режиме компенсации, зафиксирован стабилизатором тока устройства.

Формула изобретения

Устройство для измерения высоких напряжений, содержащее выпрямитель и стабилизатор тока, параллельно которому подключены ограничитель напряжения и измерительный блок, а также

N стабилитронов, о тличающее- с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введено N блоков компенсации, включенных между отрицательным выводом выпрямителя и

положительным выводом стабилизатора тока, каждый из которых выполнен в виде стабистора, туннельного диода, резистора и биполярного транзистора р-проводимости, эмиттер которого соединен с отрицательным вьгоодом туннельного диода и с катодом соответствующего стабилитрона, включенного в свой блок компенсации, а база соединена с отрицательным выводом стабистора, положительный вывод которого подключен к положительному выводу туннельного диода, а отрицательный вывод стабистора - через резистор с анодом стабилитрона, при этом полоительный вывод туннельного диода первого блока компенсации соединен с отрицательным вьгаодом выпрямителя, а анод стабилитрона и коллектор транзистора этого блока соответственно

соединены с положительным и отрицаельным выводами туннельного диода второго блока компенсации, а свою чередь, теми же выводами соединен с последующим блоком компенсации, причем в последнем блоке коллектор транзистора и анод стабилитрона соеинены между собой и подключены к положительному выводу стабилизатора тока.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при создании средств измерений высоких постоянных напряжений, а также амплитуды пульсирующих, переменных и импульсных напряжений. Цель изобретения - повышение точности измерений. Устройство содержит выпрямитель 1, блоки (1,п,...,N) компенсации измеряемого напряжения, стабилизатор 2 тока, ограничитель 3 напряжения, измерительный блок 4, биполярный транзистор 5P - проводимости, туннельный диод 6, стабилитрон 7, стабистор 8, резистор 9, входные клеммы 10 и 11. Введение в устройство для измерения высоких напряжений блоков компенсации измеряемого сигнала позволяет повысить точность измерений, т.к. ток, протекающий через стабилитроны и туннельные диоды в режиме компенсации, зафиксирован стабилизатором тока устройства. 2 ил.

Фиг. г