Емкостный делитель напряжения Советский патент 1992 года по МПК G01R19/00 

8

I 4

j

ЈЗЭ--О

6

О

з 41

«

Ё

м

Г

VI о w ю ю

чэ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения переменных и импульсных напряжений.

Для расширения пределов измерений, пространственного разнесения измерительного прибора на исследуемый объект в измерительной технике широко применяются емкостные делители напряжения.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На чертеже показана электрическая схема предлагаемого делителя.

Делитель содержит емкостное плечо высокого напряжения. 1, коаксиальный кабель 2, согласующую резистивную нагрузку 3, емкостное плечо низкого напряжения 4, резистор 5. конденсатор 6, блок измерения и регистрации 7, источник контролируемого напряжения 8.

В качестве плеча высокого напряжения 1 можно использовать любые высокостабильные конденсаторы, имеющие рабочее напряжение, соответствующее измеряемому (например, конденсаторы К15-13).

В качестве коаксиального кабеля 2 может быть использован любой радиочастотный кабель с рабочим напряжением не

Urn

менее

tH

LoCi при TH LoCi и не менее

Um при tH LoCi, где Um.tH - амплитуда и время нарастания измеряемого напряжения соответственно; Ci - емкость плеча высокого напряжения; L0 - волновое сопротивление кабеля.

В качестве согласующей нагрузки 4 и резистора 5 целесообразно использовать высокостабильные металлопленочные резисторы (например, типа С2-10).

В качестве плеча низкого напряжения 4 применяют любые высокостабильные малоиндуктивные конденсаторы (например, типов КТК, КТП), а конденсатор 6 может быть конструктивным.

Номинальные значения параметров элементов делителя выбирают исходя из следующих условий:

коэффициент ослабления измеряемого напряжения должен равняться заданному значению:х

,, Z0Ci

™ р)

Ra C2

где Lo - волновое сопротивление коаксиального кабеля 2;

Ci - емкость плеча высокого напряжения 1;

R2 - сопротивление резистора 5;

Са емкость плеча низкого напряжения

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

величина емкости корректирующего конденсатора 6 должно удовлетворять соотношению

CaRz - UC1, где Сз величина емкости конденсатора 6;

длительность импульса измеряемого напряжения должна быть во много раз (по крайней мере в 10) меньше постоянной времени цепочки R2C2, т.е.

tu Ј 10R2C2,

где tu -длительность импульса измеряемого напряжения;

сопротивление резистора 5 должно многократно (по крайней мере в 10 раз) превышать волновое сопротивление коаксиального кабеля, т.е.

R2 Ј10Lo;

время нарастания переходной характеристики не должно превышать заданной величины, т.е.

t «1 11 СгСз ,1UC2+C3,

где tn - время нарастания переходной характеристики.t,,

Делитель работает следующим образом.. ,

Пусть от источника к делителю приложено ступенчатое напряжение амплитудой Um. При этом на жиле выносного конца кабеля 2 возникает спадающий по экспоненте с постоянной времени г UCi импульс напряжения. Через время t тт

где I - длина кабеля;

V - скорость распространения сигнала по кабелю, он достигнет второго конца кабеля.

Согласующая резистивная нагрузка 3 предотвращает отражение импульса от второго конца. Для того чтобы она не шунтировалась резистором 5 и конденсатором 6, их сопротивление и емкость выбираются такими, чтобы 1 й)Сз

Если бы не было конденсатора 6, то этот импульс за время 2, заряжал бы низковольтное плечо делителя до напряжения

U.j-Lju.Jb.

K2L2 JKaC2

Конденсатор 6 служит для уменьшения времени нарастания переходной характеристики. Через нее часть импульса со второго конца кабеля подается непосредственно на плечо низкого напряжения, минуя резистор 5. Плечо низкого напряжения зарядится через конденсатор 6 за время 1,1LoCj,

Lo, Ra Lo

что и определяет время нарастания переходной характеристики делителя.

Емкость конденсатора б подбирается такой, чтобы получить гладкую переходную характеристику. Для этого величина емкости конденсатора должна удовлетворять соотношению

СзП2 - UCi

После того как плечо низкого напряжения зарядится, оно начинает постепенно с постоянной Кг(С2+Сэ) разряжаться.

В делителе коэффициент ослабления измеряемого напряжения определяется отR о f о

нршением -. . Поэтому нет необходиI- О V 1

мости для получения требуемого коэффициента ослабления обеспечивать большую емкость низковольтного плеча, так как соответствующим выбором сопротивления резистора 5 всегда можно добиться тре- буемого значения коэффициента ослабления. Применение для плеча низкого напряжения конденсаторов малой емкости (десятки пикофарад) позволяет повысить точность делителя за счет расширения по- лосы воспроизводимых частот, так как в этом случае нежелательное влияние паразитной индуктивности значительно меньше. Кроме того. устранению нежелательного влияния паразитной индук- тивности способствует то. что заряд низковольтного плеча происходит через резистор с довольно большим сопротивлением (по крайней мере в 10 раз большим волнового сопротивления кабеля).

Деление исходного напряжения происходит в два этапа. Сначала оно делится между плечом высокого напряжения и первым концом кабеля, а затем между вторым концом кабеля и плечом низкого напряжения. По этой причине рабочие токи в кабеле данного делителя во много раз больше. Это способствует повышению помехоустойчивости делителя.

0

5

Отсутствие в выносной части делителя низковольтного плеча позволяет выполнять его малогабаритным, что особенно удобно, например, при производстве измерений в радиоэлектронной аппаратуре.

Формула изобретения

Емкостный делитель напряжения, содержащий емкостные плечи высокого и низкого напряжения, согласующую резистивную нагрузку, блок измерения и регистрации, коаксиальный кабель, между выходной жилой и экраном которого подключена согласующая резистивная нагрузка, экран коаксиального кабеля соединен с вторым выводом блока измерения и регистрации, вывод емкостного плеча высокого напряжения соединен с входной жилой коаксиального кабеля, отличающийся тем, что, с целью повышение точности измерения, в него введены параллельно соединенные между собой резистор и конденсатор и подключены между выходной жилой-коаксиального кабеля и первым выводом блока измерения и регистрации, к первому и второму выводам которого подключено емкостное плечо низкого напряжения, причем емкость конденсатора выбирается из соотношения

Сз«2 - UCi где Сз - емкость конденсатора;

R2 - сопротивление резистора;

LO - волновое сопротивление коаксиального кабеля;

Ci - емкость плеча высокого напряжения,

а сопротивление резистора должно удовлетворять условиям

R2

ИЙГ

где Са - емкость плеча низкого напряжения; tu - длительность импульса измеряемого напряжения.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения- переменных и импульсных напряжений. Делитель напряжения содержит емкостное плечо высокого напряжения 1. коаксиальный кабель 2, согласующую реэистивную нагрузку 3. емкостное плечо низкого напряжения 4, резистор 5, конденсатор 6, блок измерения и регистрации 7 и источник контролируемого напряжения 6. Повышение точности измерений достигается за счет расширения полосы воспроизводимых частот и снижения чувствительности делителя к помехам. 1 ил.