Устройство для дистанционной регистрации напряжения и тока Советский патент 1992 года по МПК G01D5/16 

Изобретение относится к области электрических измерений. Назначение - дистанционная регистрация напряжения или тока в широком частотном спектре с использованием радиочастотного кабеля.

Устройство рекомендуется для случаев большой удаленности регистрирующего прибора от датчика, а также использования кабелей тонкого сечения, когда их омическое сопротивление соизмеримо с волновым, то есть когда погрешность при использовании традиционных схем измерения неприемлемо велика.

В традиционной схеме измерения, включающей датчик, регистрирующий прибор и соединяющий их кабель, согласованный с двух сторон, при отношении

омического сопротивления кабеля к волноR кэб л

вому --- 1 в случае регистрации сигналов одной и той же амплитуды, но разной частоты, например, десятков герц и десятков килогерц амплитуда сигналов на прибоRKa6

ре разнится на 9%. а при

- 2 -

Ч

V| to

СО

VI

соответственно, на 26,4%, то есть получаются совершенно неприемлемые цифры.

Из устройств дистанционного измерения исключающих этот фактор известны устройства со световодом вместо кабеля. Их недостаток - высокая стоимость, необходимость иметь источник питания, уязвимость по отношению к механическим воздействиям на световод.

Из устройств, устраняющих влияния омического сопротивления кабеля, общеизвестны индуктивные катушки, включаемые в рассечку кабеля через определенное расстояние, однако, полная компенсация влия- ния омического сопротивления этим способом практически недостижима, кроме того, снижается передаваемая мощность сигнала , а сам кабель с Многочисленными включенными катушками становится непри- годным для повторного использования.

Кабел спёциальной конструкции с уве- личенной индуктивностью лишь частично устраняют искажение сигнала и имеют высокую стоимость.

Целью изобретения является повышение точности регистрации сигналов (в десятки раз) за счет более эффективного снижения погрешности более простыми и дешевыми средствами. Это достигается тем. что компенсация погрешности обеспечивается за счет специально рассчитанной величины сопротивления входного согласующего резистора и применения RLC цепочек на выходе кабеля.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства для омического датчика; на фиг. 2 - схема для емкостного датчика.

Датчик, выполненный с помощью резисторов 1,2 или конденсаторов 19,20, под- ключей к измерительному кабелю 3 через входной согласующий резистор 5. К концу кабеля подключены последовательная цепь из симметрично расположенных идентичных групп элементов:

-параллельно соединенных между собой резисторов 6(10), конденсаторов 11 (17) и катушек индуктивности 12(18);

-параллельно соединенных резисторов 7 (9) и цепочки из последовательно сое- диненных конденсаторов 14 (16) и катушек индуктивности 13 (15), а также резистора 8 или цепочки из резистора 8 и конденсатора

21 для случая емкостного датчика.

Регистрирующий прибор включен меж- ду внутренними концами катушек индуктивности 12,18 параллельно остальной части последовательной цепи,

, Устройство базируется на традиционной схеме с омическим или емкостным дат- чиком и кабелем, согласованным с обеих сторон.

Соотношение параметров элементов участка схемы подключенного к выходу кабеля таково, что входной импеданс этого участка при любой частоте сигнала равен волновому сопротивлению кабеля - в этом соответствие традиционной схеме и настройке, но в отличие от традиционной настройки сопротивление согласующего

резистора 5 берется меньшим, чем полмо- вое сопротивление и определяется как функция омического сопротивления кабеля, его длины и удельных электрических параметров. Необходимость этого вызвана переходными процессами в кабеле - отражениями и преломлениями электромагнитных волн в каждой точке кабеля из-за омического сопротивления, приводящими кчастотным погрешностям.

Предлагаемая настройка входного резистора снижает погрешность на выходе кабеля в 5 раз. Кроме того, оставшаяся нескомпенсированная погрешность имеет такую зависимость от частоты сигнала, при которой ее величина с увеличением частоты периодически уменьшается и увеличивается (увеличивается сигнал на выходе кабеля) - каждый раз на более низком уровне.

Действие RLC - цепочек основано на компенсации этих участков увеличения погрешности за счет резонанса на соответствующих частотах. При этом каждая пара RLC-цепочек с одинаковыми RLC резонирует в одном из диапазонов частот, при котором увеличивается выходной сигнал. При резонансе цепочка с параллельным соединением RLC увеличивает импеданс, а со смешанным - уменьшает и поскольку последняя включена в цепь, шунтирующую прибор, то напряжение на нем снижается, компенсируя повышение напряжения на выходе кабеля.

Пара цепочек 6, 11. 12 и 7, 13, 14 компенсирует первый максимум погрешности, а пара 9, 15, 16 и 10, 17, 18 - второй (при больших частотах). Компенсация последующих подъемов погрешности практически не требуется за их малостью.

При соотношении омического и волноR каб Z

грещность регистрации сигнала составит 1 % против 36% в традиционной схеме. Формула изобретения Устройство для дистанционной регистрации напряжения и тока, содержащее датчик, входной согласующий резистор, выходной согласующий резистор или RC-це- почку, регистрирующий прибор и соединяющий его с датчиком через входной Согласующий резистор радиочастотный кабель, отличающееся тем, что, с целью повышения точности регистрации, в него введены одинаковые по количеству первые и вторые цепочки, каждая из которых содержит соответственно параллельно включенные резистор, конденсатор, катушку и резистор, подключенный параллельно пового сопротивления кабеля

2,5 последовательно соединенным катушке и конденсатору, при этом параметры сопротивления, индуктивности и емкости каждой первой цепочки равны соответствующим параметрам каждой соседней второй цепочки, вторые цепочки подключены последова- тольно с выходным согласующим резистром или RC-цепочкой между соответствующими первыми цепочками и параллельно регистрирующему прибору, который соединен радиочастотным кабелем с датчиком через соответствующие первые цепочивх.

5

0

ки, а величина сопротивления входного согласующего резистора равна

z(eRK/2z

R51-eRK/a/K

где RB - величина сопротивления входного согласующего резистора;

t- волновое сопротивление радиочастотного кабеля;

RK - активное сопротивление радиочастотного кабеля;

Ra - величине внутреннего сопротивления датчика.

Устройство относится к технике электрических измерений. Назначение - дистанционная регистрация напряжения или тока в широком частотном спектре с использованием радиочастотного кабеля. Устройство рекомендуется для случаев большой удаленности регистрирующего прибора отдатчика, а также использования кабелей малого сечения, когдп их омическое сопротивление соизмеримо с волновым, т е, когда погрешность измерений, вызванная этим, при ис пользовании традиционных схем неприемлемо велика. Целью изобретения является повышение точности регистрации. Устройство включает датчик регистрируемого сигнала (омический либо емкостной) кабель с согласующим входным резистором и согласующим выходным резистором, либо выходной согласующей RC-цепочкой. Последовательно с выходным резистором или выходной согласующей RC-цепочкой включена группа RLC-цепочек двух типов, из которых первый - параллельное соединение элементов RLC, второй - параллельное соединение R и цепочки LC. Согласующий выходной резистор или согласующая RC-це- почка и RLC-цепочки второго типа включены подряд, образуя цепочку, к которой подключен регистрирующий прибор (например, осциллограф). 2 ил.

О

з

I

VB. 19 L 5

±20

#V

$/./

Ъя

фиг. 2