Способ одновременного и бесконтактного измерения постоянного напряжения и тока Советский патент 1991 года по МПК G01R19/00 G01R29/12 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для эффективного измерения напряжений и токов в высоковольтных цепях.

Целью изобретения является повышение точности измерений за счет использования МДП-триодной структуры, а также за счет достижения максимально возможного

значения тока ее входной цепи путем выбора времени экспонирования измерительного электрода, равного постоянной времени индуцирования на измерительном электроде полного заряда и выбора времени экранирования измерительного электрода, равного времени считывания сигнала, соответствующего времени стекания полного индуцированного на измерительном электроде заряда через входное сопротивление МДП-триодной структуры.

Бесконтактное и одновременное измерение постоянного напряжения и постоянного тока посредством предложенного способа осуществляют следующим образом. В зону действия электрического поля источника постоянного напряжения и тока помещают измерительный электрод, выполненный из электропроводного материала обычно дисковой формы, а перед ним со стороны действующего электрического поля размещают второй электрод, площадь которого не меньше площади измерительного электрода, также выполненный из электропроводного материала. Измерительный электрод гальванически соединяют с управляющим электродом (затвором) МДП-триодной структуры, а также посредством контактной группы электронного коммутатора соединяют с землей. Также посредством другой контактной группы того же электронного коммутатора соединяют экранирующий электрод с землей. В неинвертирующую и инвертирующую выходные цепи МДП-триодной структуры включают нагрузки, обычно резистивные, которые соединяют электрически с формирователями напряжения и тока.

Осуществляют периодическое экспонирование и экранирование измерительного электрода.

На стадии экспонирования, когда контактные группы электронного коммутатора отключают экранирующий и измерительный электрод от земли, экранирующий электрод является прозрачным для внешнего электрического поля Е, создаваемого источником постоянного напряжения и тока, т.е. не влияет на величину действующего на измерительный электрод поля Е и на нем возникает наведенный заряд Q ea ES (1), который создает потенциал р - гъ Е S/C , где Ба - абсолютная диэлектрическая проницаемость среды; Е - напряженность электрического поля источника постоянного напряжения, действующая на экранирующий электрод; С - суммарная емкость измерительного электрода и МДП-триодной структуры.

При подключении экранирующего электрода с помощью контактной группы электронного коммутатора на землю, т.е. на стадии экранирования этот электрод полностью изолирует измерительный электрод от внешнего поля Е и накопленный на нем заряд стекает через входное сопротивление МДП-триодной структуры, выполненной с изолированным затвором и обладающей

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

высоким входным сопротивлением. Осуществляя периодическое экспонирование - экранирование измерительного электрода, на нем формируется переменный электрический сигнал, представляющий переменное напряжение от 1) при экспонировании до нуля при экранировании. Переменное напряжение на измерительном электроде создает ток во входной цепи МДП-триодной структуры dE/dt U/ZBX АО/At (3) а напряжение во входной цепи , где U - мгновенное значение напряжения на измерительном электроде; zBx - полное входное сопротивление МДП-триодной структуры.

Изменение заряда A Q включает его возрастание на измерительном электроде на стадии экспонирования - AQ (+} и спад индуцированного на измерительном электроде заряда - Л0(-) - на стадии экранирования, т.е. AQ Q+ +Д Q-(4)

Ток, создаваемый во входной цепи МДП-троидной структуры в результате периодического экранирования и экспонирования измерительного электрода, записывается выражением, включающим две составляющие i AQ4/Ati , (5) где Ati tes - время экспонирования измерительного электрода;

время экранирования измерительного электрода.

Для выполнения поставленной цели - повышения точности измерений необходимо добиваться максимально возможного значения тока во входной цепи МДП-триодной структуры, поскольку напряжение на ее затворе UsHZex. Это достигается в предложенном способе выбором времени экспони- рования измерительного электрода, равного постоянной времени п индуцирования на измерительном электроде полного (максимального возможного) заряда Q, т.е. tes TI и выбором времени экранирования измерительного электрода, равного времени считывания сигнала Г2 , соответствующего времени стекания полного индуцированного на измерительном электроде заряда через входное сопротивление МДП-триодной структуры. Это время определяется, главным образом, величиной импеданса цепи коммутации измерительного электрода на землю (стадия экранирования), и в соответствии с выражением (опт AQ -t-/Ti + AQ-/Г2 должно быть минимально возможным для данного типа электронного коммутатора ( п - ). Поскольку потенциал (по отношению к земле) источника постоянного напряжения,

представляющего цепь, содержащую проводник с эталонным резистором, пропорционален напряженности электрического поля Е, действующего на электрод, то напряжение на затворе МДП-триодной структуры также пропорционально потенциалу источника постоянного тока, т.е. прикладываемого к данной цепи постоянного напряжения (). При использовании линейной области сток - затворной характеристики МДП-триодной структуры, в выходной ее цепи протекает ток, пропорциональный напряжению источника, т.е.

lBb., (6)

где U - измеряемое постоянное напряжение;

Ki, K2 - коэффициенты пропорциональности;

S - крутизна сток-затворной характеристики. Протекающий ток Вых создает в исто- ковой цепи прямой сигнал U+, пропорциональный потенциалу провода за эталонным резистором, т.е. пропорциональный контролируемому постоянному напряжению, а в стоковой цепи инверсный сигнал U-, пропорциональный падению напряжения на эталонном резисторе, т.е. напряжению U IR3 или U- K3I, где I - измеряемый постоянный ток, Кз - коэффициент пропорциональности.

Воздействуют сформированным в выходной цепи МДП-триодной структуры прямым сигналом U+ на формирователь напряжения и сигналом U- на формирователь тока.

Сигналы с выходов формирователей напряжения и тока через аналоговую сигнальную часть электронного коммутатора воздействуют на цифровой измерительный блок, где они преобразуются в двоичные цифровые коды, дешифруются и регистрируются на цифровом табло, которое отражает значенияконтролируемых бесконтактным способом постоянного напряжения и тока.

Изложенный способ одновременного и бесконтактного измерения постоянного напряжения и тока реализуется устройством, структурная схема которого представлена на чертеже.

Устройство содержит замкнутую цепь источника постоянного напряжения, включающую проводник 1 и эталонный резистор 2. Экранирующий электрод 3 и измерительный электрод 4 через контактные группы 5 электронного коммутатора 6 соединены с нулевой шиной. В коммутирующую цепь измерительного электрода 4 последовательно с контактной группой 5 включен импеданс

7, подключенный параллельно входной цепи МДП-триодной структуры 8. Ее неинвертирующий импеданс 9 через формирователь 10 напряжения соединен с первым входом электронного коммутатора 6. Инвертирующий импеданс 11 через формирователь 12 тока соединен с вторым входом электронного коммутатора 6, выход которого соединен

с входом цифрового измерительного блока 13.

Способ реализуется следующим образом. В замкнутую цепь источника постоянного напряжения, включающую проводник

1 и эталонный резистор 2, например в анодную цепь кинескопа, подают напряжение постоянного тока. В замкнутой цепи на эталонном резисторе 2 падает напряжение , пропорциональное протекающему в

этой цепи постоянному току. Далее воздействуют электрическим полем Е проводника 1 за эталонным резистором 2 на систему экранирующий электрод 3 - измерительный электрод А, которые коммутируются контактными группами 5 электронного коммутатора 6 на землю. Электронный коммутатор 6 содержит управляющую часть, включающую, например, эталонный импульсный генератор, одновибратор, два тристабильных

элемента, представляющих контактные группы 5, и аналоговую сигнальную часть, представляющую аналоговый коммутатор.

Импеданс 7 определяет постоянную времени экранирования измерительного

электрода Г2. На стадии экспонирования, когда контактные группы 5 электронного коммутатора 6 разомкнуты, на измерительном электроде 4 индуцируется заряд Q. Постоянная времени экспонирования для

системы измерительный электрод 4 - МДП- триодная структура 8 с суммарной емкостью С 10-100 пФ составляет п -

Настадии экранирования, когда контактными группами 5 электронного коммутатора 6 экранирующий электрод 3 соединяется непосредственно, а измерительный электрод 4 через импеданс 7 - с землей, длительность этой стадии выбирают равной постоянной времени цепи стекания заряда

с измерительного электрода 4 .е. 10 - . Как показали результаты эксперимента, оптимальное значение тока во входной цепи МДП-триодной структуры 8

МОЖНО ПОЛУЧИТЬ, еСЛИ tes teK, Т.е. Г1 Г2

.

Переменное напряжение затвора во входной цепи МДП-триодной структуры 8 создаёт в ее выходной цепи ток, который на неинвертирующем ее импедансе 9 формирует напряжение, пропорциональное измеряемому напряжению , а на инвертирующем ее импедансе 10 формирует напряжение U-, пропорциональное измеряемому току, т.е. , где U.I - измеряемое постоянное напряжение и ток; , Ks - коэффициенты пропорциональности.

Сигналом U+ воздействуют на формирователь 10 напряжения, а сигналом U- на формирователь 12 тока, на выходе которых формируются информационные сигналы требуемой амплитуды и частоты.

Через электронный коммутатор б полученные в формирователе 10 напряжения и формирователе 12 тока информационные сигналы подают на цифровой измерительный блок 13.

Формула изобретения Способ одновременного и бесконтакт- 20 ного измерения постоянного напряжения и тока путем периодического воздействия Аа

0

5

0

защищенный неподвижным экранирующим электродом измерительный электрод электрического поля источника напряжения, последовательного экспонирования и экранирования, считывания сигнала чувствительными элементом с измерительного электрода, его усиления и регистрации, о т- личающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, измерение электрического поля осуществляют МДП-триодной структурой, формируют прямой и инверсный сигналы, которыми воздействуют на формирователи напряжения и тока, при этом синхронно коммутируют на землю экранирующий и измерительный электроды, время экспонирования которых поддерживают равным постоянной времени индуцирования на измерительном электроде полного электрического заряда, а время экранирования поддерживают равным постоянной времени считывания сигнала с измерительного электрода.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для эффективного измерения напряжений и токов в высоковольтных цепях. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет использования МДП-триодной структуры, а также за счет достижения максимально возможного значения тока ее входной цепи путем выбора времени экспонирования измерительного электрода, равного постоянной времени индуцирования на измерительном электроде полного заряда и выбора времени экранирования измерительного электрода, равного времени считывания сигнала, соответствующего времени стекания полного индуцированного на измерительном электроде заряде через входное сопротивление МДП-триодной структуры -достигается тем, что измерение электрического поля осуществляют МДП- триодной структурой, формируют прямой и инверсные сигналы, которыми воздействуют на формирователи напряжения и тока, при этом синхронно коммутируют на землю. Экранирующий и измерительный электроды, время экспонирования которых поддерживают равным постоянной времени индуцирования на измерительном электроде полного электрического заряда, а время экранирования поддерживают равным постоянной времени считывания сигнала с измерительного электрода. Устройство, реализующее способ, содержит проводник 1, эталонный резистор 2, экранирующий электрод 3, измерительный электрод 4, контактные группы 5, электронный коммутатор б, импеданс 7, входную цепь МДП-триодной структуры 8, неинвертирующий импеданс 9, формирователь 10 напряжения, инвертирующий импеданс 11, формирователь 12 тока и цифровой измерительный блок 13. 1 ил. Ј сл ю 00 со со