Измерительный шунт Советский патент 1991 года по МПК G01R19/06 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения импульсных или переменных токов в коаксиальных структу- рах(например, в коаксиальных линиях передачи, ускорителях заряженных частиц).

Цель изобретения - повышение точности измерений путем повышения помехоустойчивости и расширения полосы регистрируемых частот.

На чертеже представлена конструкция измерительного шунта.

Шунт содержит полый проводник 1. резистивный элемент 2, коаксиальный кабель 3 связи с измерительной и регистрирующей аппаратурой, полый электропроводный кожух 4, ферромагнитный материал 5, 6 и 7 - выводы резистивного элемента 2, измерительную и регистрирующую аппаратуру 8 кабеля 3, диэлектрическую прокладку 9. Резистивный элемент 2 включен в разрыв полого проводника 1. Полый кожух 4 охватывает снаружи резистивный элемент 2 и соединен механически и электрически с

полым проводником 1 с обеих сторон резистивного элемента 2. Между внутренней поверхностью кожуха 4 и наружной поверхностью полого проводника 1 размещен ферромагнитный материал 5. Первый вывод 6 резистивного элемента присоединен к внутреннему проводнику, а второй вывод 7 - к экрану коаксиального кабеля связи, причем вывод 6 резистивного элемента, подключаемый к внутреннему проводнику кабеля связи, размещен между резистивным элементом 2 и ферромагнитным материалом 5. Диэлектрическая прокладка 9 размещена между резистивным элементом 2 и его выводом 6.

В качестве резистивного элемента могут быть использованы дискретные резисторы (например, С2-10, ТВО), равномерно распределенные по окружности разрыва, или отрезок тонкостенной трубы из сплава с высоким удельным сопротивлением (например, нихром). Толщина стенки трубы выбирается таким образом, чтобы она по крайней мере в 4 раза меньше глубины

Ш

О (Л

а VI

скин-слоя на всех частотах измеряемого тока.

В качестве ферромагнитного материала, заполняющего внутренний объем кожуха, целесообразно использовать кольцевые ферритовые сердечники (н апример, из ферритов марок 1000НН, 1000НМ, 2000НН, 2000НМ), размещаемые концентрично полому проводнику. Размеры и количество сердечников выбирают, исходя из следую- щих условий.

Спад плоской части переходной характеристики на длительности измеряемого импульса не больше заданного, т.е.:

R- К

где//о - 4 Л-10 - магнитная постоянная;

// - магнитная проницаемость материала сердечника;

h - ширина сердечника;

D, d - наружный и внутренний диаметр сердечников соответственно;

N - количество сердечников;

т.и длительность импульса измеряемого тока;

К - допустимый спад плоской части переходной характеристики (обычно К 5%);

R - сопротивление резистивного элемента.

Не должно происходить насыщения материала сердечника, т.е.

Вн N

j I (t) dt

to

R

где l(t) - измеряемый ток;

to время начала измеряемого импульса;

1и длительность измеряемого импульса;

S - площадь поперечного сечения сердечника;

Вн индукция насыщения материала сердечника.

Вывод резистивного элемента, подклю- чаемого к внутренннему проводнику коаксиального кабеля связи, может быть выполнен различным образом. Если особых требований по быстродействию к шунту не предъявляется, то в этом качестве может быть использован любой провод. Если же требуется достичь предельного быстродействия, необходимо выполнять его в виде цилиндрического трубчатого электрода, концентричного резистивному элементу. В этом случае целесообразно для передачи сигнала, снимаемого с резистивного элемента, использовать несколько идентичных кабелей, подключаемых к резистивному

0

5

U

5

0

5

0

5 0 5

элементу равномерно по окружности шунта.

Полый проводник обычно представляет собой отрезок цилиндрической трубы из сплава с высокой проводимостью (медь и ее сплавы, сталь, алюминий и его сплавы) с фланцами для включения в рассечку коаксиальной структуры. В качестве полого проводника может быть также использован непосредственно внешний проводник коаксиальной структуры.

Кожух может быть произвольной формы, однако он должен обеспечивать размещение внутри необходимого количества ферромагнитного материала. Толщина стенки кожуха выбирается из условия, чтобы она была по крайней мере в 5-10 раз больше глубины скин-слоя.

В качестве блока измерения и регистрации можно использовать любой электронныйосциллограф,имеющий соответствующую полосу пропускания и чувствительность, например С8-13. С8-12. С9-4А, С7-10Б, СРГ5.

Работает шунт следующим образом.

Из-за скин-эффекта измеряемый ток будет течь по внутренней поверхности полого проводника 1. Благодаря наличию разрыва весь этот ток вынужден протекать по резистивному элементу 2, создавая на нем падение напряжения U,

U Рш-1,

где Rm - сопротивление резистивного эле мента;

I - измеряемый ток,

которое при помощи коаксиального кабеля 3 подается на регистрирующую аппаратуру 8. Электропроводный кожух 4 защищает ре- зистивный элемент 2 от помехонесущих токов, протекающих по внешнему проводнику коаксиальной структуры, и предотвращает излучение паразитных электромагнитных полей во внешнее пространство разрывом в полом проводнике. Ферромагнитный материал 5 препятствует протеканию измеряемых токов по кожуху, минуя резистивный элемент. Диэлектрическая прокладка 9 изолирует резистивный элемент 2 от его вывода 6, подключаемого к внутреннему проводнику коаксиального кабеля связи 3.

При работе устройства в условиях воздействия сильных электромагнитных помех в наружном проводнике коаксиала наводится помехонесущий ток п. В прототипе этот ток вызывает появление сигнала помехи

Un In Пи,

где гш - сопротивление резистивного элемента,

накладывающегося на основной сигнал. В предлагаемом устройстве из-за экранного

действия кожуха сигнал помехи меньше в К раз:

К .

Z12

где Zi2 ,- Л 2 va е

сопротивление

связи кожуха;

d - толщина скин-слоя;

-7 Гн

//о 4-л-10магнитная постоянм

ная;

/л- относительная магнитная проницаемость материала кожуха;

э радиус кожуха;

Ос удельная проводимость материала кожуха,

А- топ щи и а стенки кожуха;

f - частота помехонесущего тока;

I - длина кожуха.

Расчеты по этой формуле показывают, что кожух, выполненный из хорошопрово- дящего материала (медь, алюминий или их сплавы, сталь), обеспечивает практически полное подавление помехи (К 1010-1011).

Такую же степень улучшения экранировки, как следует из принципа взаимности, должен обеспечивать кожух и для паразитных электромагнитных полей, излучаемых разрывом во внешнее пространство,

В данной конструкции параллельно ре- зистивному элементу включается цепь наружная поверхность полого проводника - внутренняя поверхность кожуха - наружная поверхность полого проводника. Входное

сопротивлениеэтой цепи ZPx. во-первых, целиком регламентировано конструкцией шунта, а во-вторых, из-за того, что внутренняя полость кожуха заполнена ферромагнитнымматериалом,носит

преимущественно индуктивно-активный характер, причем ZBX RIU вплоть до верхней граничной частоты резистивного элемента Так как на практике верхняя граничная частота резистивного элемента во много раз выше первой резонансной частоты паразитной цепи, предлагаемое решение позволяет многократно расширить полосу воспроизводимых частот в область верхних ч ICTOT.

Формула изобретения

Измерительный шунт, содержащий ре зистивный элемент, встроенный п разрыв полого проводника, при этом один выаод резистивного элемента подключен к внутреннему проводнику коаксиального кабеля связи с блоком измерения и регистрации, с- тличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений путем повышения помехоустойчивости и расширения полосы регистрируемых частот, в него дополнительно введен полый электропроводный кожух, заполненный ферромагнитным материалом, разрыв в полом проводнике и резистивный элемент размещены в кожухе, соединенном с наружной поверхностью полого проводника, причем вывод резистивного элемента, подключенный к внутреннему проводнику кабеля связи, размещен между ферромагнитным

материалом и резистивным элементом.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения импульсных и переменных токов в различных коаксиальных структурах, например в коаксиальных линиях передачи, ускорителях заряженных частиц. Цель изобретения - повышение точности измерений - достигается путем повышения помехоустойчивости и расширения полосы воспроизводимых частот измерительного шунта. Электропроводный кожух 4 защищает резистивный элемент 2 от поме- хонесущих токов, протекающих по внешнему проводнику коаксиального кабеля Ферромагнитный материал 5 препятствует протеканию измеряемых токов по кожуху, минуя резистивный элемент. 1 ил.