Устройство для измерения высоких напряжений Советский патент 1992 года по МПК G01R15/04 

Изобретение относится к электроизмерительной 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.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения высоких напряжений, содержащее выпрямитель, параллельно включенные стабилизатор тока, ограничитель напряжения и измерительный блок между выпрямителем и стабилиз тором тока, введены последовательно включенные N блоков компенсации измеряемого напряжения, ; аждый из которых содержит последовательно включенные цепочку стабилитронов и цепочку туннельных диодов, причем отрицательный вывод цепочки туннельных диодов одного блока соединен с отрицательным выводом цепочки стабилитронов последующего блока, а параллельно им переходами сток - исток подключены соответственно переключающие и блокирующйе транзисторы, при этом затвор переключающего транзистора соединен с истоком блокирующего транзистора (кроме последнего блока компенсации, где блокирующий транзистор отсутствует) и отрицательным выводом цепочки туннельных диодов, а затвор блокирующего транзистора соединен с катодам одного из стабилитронов последующего блока компенсации так, чтобы напряжение исток - затвор блокирующего транзистора превышало его напряжение отсечки при протекании номинального тока через стабилитроны.

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

Устройство (фиг. 1) содержит последовательно включенные выпрямитель 1, блоки (I, ИN) компенсации измеряемого напряжения, стабилизатор 2 тока, параллельно которому подключены ограничитель 3 напряжения и измерительный блок 4. Каждый из блоков компенсации измеряемого напряжения содержит последовательно включенные цепочку 5 стабилитронов и цепочку 6 туннельных диодов, параллельно которым переходами сток - исток подключены соответственно переключающие 7 и блокирующие 8 транзисторы. При этом затвор переключающего транзистора 7 соединен с истоком блокирующего транзистора 8 (кроме последнего блока N, где блокирующий транзистор отсутствует) и отрицательным

выводом цепочки 6 туннельных диодов, а затвор блокирующего транзистора 8 - с катодом стабилитрона в цепочке 5 стабилитронов последующего блока компенсации. На схеме та.кже показаны входные клеммы 9 и 10 устройства.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент времени блоки

(I, IIN), т.е. полевые транзисторы 7 и 8

находятся в открытом состоянии и имеют начальное падение напряжения (Uo), определяемое током Стабилизации устройства. Когда измеряемый сигнал превышает порог срабатывания ограничителя 3 напряжения, происходят шунтирование стабилизатора 2 токаи нарастание тока в цепи. Под действием этого тока цепочка 6 туннельных диодов блока N, находящихся на первой ветви их вольт-амперной характеристики и зафиксированных на ней стабилизатором 2 тока, через открытые переходы сток - исток полевых транзисторов переключатся на вторую ветвь вольт-амперной характеристики. При этом из них создается падение напряжения, значение которого определяется суммой их напряжений растворов ( Upaci.)- В цепочку 6 туннельных диодов включается столько туннельных диодов, чтобы .UpacT. была бы больше или равна напряжению отсечки (UoTc) данного, переключающего транзистора 7. что обеспечивает его полное запирание и подключение в цепь цепочки 5 стабилитронов, падение напряжения на которых компенсирует входной сигнал. Одновременно падением н апряжения на стабилитронах запирается блокирующий транзистор 8 блока N-1. После переключения цепочки 6 туннельных диодов блока N на вторую ветвь вольт-амперной характеристики, их рабочая точка также фиксируется стабилизатором 2 тока, но уже через открытые переходы цепочки 5 стабилитронов, что, в свою очередь, фиксирует блок М в режиме компенсации. Таким образом, по мере возрастания измеряемого сигнала под действием импульсов тока, вырабатываемых ограничителем напряжения, происходит последовательное переключение блоков от N до I из проводящего состояния в режим компенсации и, наоборот, по мере спада входного напряжения происходит их последовательное переключение из режима компенсации в проводящее состояние. Для нормальной работы устройства необходимо, чтобы пиковый ток туннельных диодов в цепочке 6 был бы примерно одинаков и превышал значение тока стабилизации в устройстве.

Таким образом, если напряжения компенсации (UK Л UCT + UpacT.) в каждом ИЗ

блоков (I, II N) равны между собой и

соответствуют порогу срабатывания ограничителя 3 напряжения, измеряемое напряжение (Uu) определяется по формуле

Uu Uo + UkN-i- Аи, где N - число переключившихся блоков;

А и - нескомпенсированная часть напряжения, зарегистрированная измерительным блоком.

На фиг. 2 показан сигнал с выхода уст-; ройства, зарегистрированный измерительным блоком, в качестве которого может быть использован осциллограф, для однократных имаульсов-запоминающий осциллограф, при измерении импульсного высокого напряжения с пе эеключением трех блоков с автоматической компенсацией входного сигнала.

Таким образом, введение в устройство для измерения вь1соких напряжений N блоков компенсации измеряемого сигнала позволяет повысить точность измерений, так как ток, протекающий через стабилитроны и туннельные диоды в режиме компенсации, зафиксирован стабилизатором тока устройства.

Формула изобретения Устройство для измерения высоких напряжений, содержащее выпрямитель и стабилизатор тока, параллельно которому подключены измерительный блок и ограничитель напряжения, а также цепочку стабилитронов, включенную между

отрицательным выводом выпрямителя и положительным выводом стабилизатора тока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введено N блоков компенсации измеряемого напряжения, включенных между отрицательным выводом выпрямителя и положительным выводом стабилизатора тока, каждый из которых, кроме последнего выполнен в виде соответствующих цепочки стабилитронов и цепочки туннельных диодов, переключающего и блокирующего транзисторов, а последний блок компенсации измеряемого напряжения выполнен в

виде цепочки последовательно включенных туннельных диодов и переключающего транзистора, в каждом блоке компенсации измеряемого напряжения положительный вывод цепочки стабилитронов соединен с

положительным выводом цепочки туннельных диодов, а отрицательный вывод цепочки туннельных диодов подключен к отрицательному выводу цепочки стабилитронов следующего блока компенсации, у последнего блока - ко входу стабилизатора тока, при зтом переключающий транзистор включен пара/1лельно цепочке стабилитронов своими выводами сток-исток и параллельно цепочке туннельных диодов своими

выводами исток - затвор, блокирующий транзистор в (N-1) блоках компенсации подключен параллельно цепочке туннельных диодов своими выводами сток - исток, а затвор этого транзистора подключен к катоду одного из стабилитронов следующего блока компенсации.

Фиг. 2

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения постоянного напряжения, а также амплитудных значе-НИИ пульсирующего, импульсного и переменного напряжений в высоковольтных цепях. Цель изобретения - повышение точности измерений. Устройство содержит выпрямитель 1, блоки компенсации измеряемого напряжения, стабилизатор 2 тока, ограничитель 3 напряжения, измерительный блок 4. Блоки компенсации измеряемого напряжения содержат цепочку 5 стабилитронов, цепочку 6 туннельных диодов, переключающие транзисторы 1 и блокирующие транзисторы 8. Введение в устройство для измерения высоких напряжений блоков компенсации измеряемого сигнала поз >& ляет повысить точность измерений, так как ток, протекающий ч'ерез стабилитроны и туннельные диоды в режиме компенсации, зафиксирован стабилизатором тока устройства. 2 ил.у^hOсх>& ю ощ_щ_д^(pus.i