Устройство для измерения высоких напряжений Советский патент 1993 года по МПК G01R19/00 G01R15/02 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения постоянного напряжения, а тзкже амплитудных значений пульсирующего, импульсного и переменного напряжений в высоковольтных цепях.

Цель изобретения - повышение точности измерений изменяющихся во времени высоких напряжений, а также расширение области использования.

Это достигается тем, что в устройство для измерения высоких напряжений, содержащее последовательно включенные выпрямитель, переключатели пределов измерения и стабилизатор тока, параллельно которому подключен ограничитель напряжения и измерительный блок, введены ступени стабилизации, подключенные параллельно переключателям пределов измерения, каждая из которых содержит транзистор, база которого соединена с катодом цепочки прецизионных стабилитронов и с первым выводом управляющего резистора, блокирующий резистор, первый вывод которого соединен с эмиттером транзистора, а второй подключен ко второму выводу управляющего резистора, и токоограничивагощий резистор, первый вывод которого соединен с коллектором тран- зистора. При этом эмиттер транзистора первой ступени соединен со вторым выводом управляющего резистора и со входом стабилизатора тока, а анод цепочки прецизионных стабилитронов и второй вывод токоограничивающего резистора соединены соответственно со вторым выводом управляющего резистора и с эмиттером транзистора второй ступени, которая, в свою очередь, теми же выводами соединена с последующей ступенью стабилизации, а в последней ступени анод цепочки стабилитронов соединен со вторым выводом токоограничивающего резистора и с катодом выпрямителя.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства для измерения высоких напряжений.

Устройство для измерения высоких напряжений (фиг. 1) содержит последовательно включенные выпрямитель 1, переключатели 2 пределов измерения и стабилизатор тока 3, параллельно которому подключены ограничитель напряжения 4 и измерительный блок 5, введены ступени (I,...N) стабилизации, подключенные параллельно переключателям 2 пределов измерения, каждая из которых содержит транзистор 6, база которого соединена с катодом цепочки прецизионных стабилитронов 7 и с первым выводом управляющего

резистора 8, блокирующий резистор 9, первый вывод которого соединен с эмиттером транзистора 6. а второй подключен ко второму выводу управляющего резистора 8, и

токоограничиоающий резистор 10, первый вывод которого соединен с коллектором транзистора 6. При этом эмиттер транзистора 6 первой ступени соединен со вторым выводом управляющего резистора 8 и со

0 входом стабилизатора тока 3, а анод цепочки прецизионных стабилитронов 7 и второй вывод токоограничивающего резистора 10 соединены соответственно со вторым выводом управляющего резистора 8 и с эмитте5 ром транзистора 6 второй ступени, которая, в свою очередь, теми же выводами соединена с последующей ступенью стабилизации. а в последней ступени анод цепочки стабилитронов 7 соединен со вторым выводом

0 токоограничивающего резистора 10 и с катодом выпрямителя 1.

На схеме также показаны входные клеммы 11, 12 устройства.

Предложенное устройство работает

5 следующим образом. Контролируемое напряжение подводят к входным клеммам 11, 12 устройства. Количество используемых ступеней (I....N) стабилизации зависит от величины измеряемого напряжения и уста на в0 ливается с помощью контактов переключателей 2 пределов измерения таким образом, чтобы значение контролируемого напряжения было бы несколько больше суммарного падения напряжения

5 на задействованных ступенях (K...N) при номинальном токе, определяемом стабилизатором тока 3. Значение этого тока при измерении постоянных напряжений выбирают таким образом, чтобы оно находилось в пределах термокомпенсированной точки для данного типа прецизионных стабилитронов, а управляющими резисторами 8 выставляют предпороговое состояние транзисторов 6, т.е., когда они еще полно5 стью закрыты. При измерении изменяющихся во времени напряжений значение этого тока может быть увеличено по мере нарастания паразитных токов, например, по проходным емкостям конструктивных элементов устройства, с тем чтобы его значение было всегда больше паразитных токов, т.к. этим исключается влияние импульсной помехи на полезный сигнал на выходе устройства. Падение напряжения на

5 ступенях (I....N) при этом остается практически неизменным, поскольку увеличение падения напряжения на управляющих резисторах 8 приводит к приоткрыванию тран-зи- сторов 6 и перепусканию избыточного тока, а заодно и паразитных токов, через коллек0

0

Ь

торные переходы этих транзисторов, которые, в свою очередь, определяют нагрузочную способность устройства. Блокирующие резисторы 9 снижают чувствительность транзисторов 6 на фронте измеряемого сиг- нала, что исключает усиление импульсной помехи на выходе устройства. Разблокировка наступает автоматически при выходе ступеней (I....N) стабилизации на рабочий режим измерения, т.е. когда транзистор б ступени 1 своим коллекторным переходом зашунтирует блокирующий резистор 9 ступени 11 и т.д. до ступени N. Токоограничи- вающий резистор 10 предохраняет транзисторы б от токовых перегрузок, воз- можных в процессе измерения.

Искомое значение напряжения для всех видов измерений определяют по формуле:

Уи (Veil + VCT2 + ... + VcLN) + VP, где VCT - VCTN - падение напряжения соот- ветственно на ступенях I....N) стабилизации:

Vp- разностный сигнал, зафиксированный измерительным блоком 5.

Таким образом, введение в устройство для измерения высоких напряжений ступе- ней стабилизации позволяет в значительной степени повысить точность измерений напряжений в высоковольтных цепях, поскольку падение напряжения на ступенях в диапазоне регулирования практически не зависит от наличия паразитных токов и то- ков утечек по конструктивным элементам устройства.

Формул а изо бретени я

Устройство для измерения высоких напряжений, содержащее последовательно соединенные выпрямитель, анод которого соединен с первой входной клеммой устройства, N переключателей пределов измерения и стабилизатор тока, параллельно которому подключены ограничитель напряжения и измерительный блок, вторые выводы которых соединены с второй входной клеммой устройства, N ступеней стабилизации, каждая из которых включает в себя прецизионный стабилитрон, причем катод стабилитрона соединен с первым выводом соответствующего переключателя пределов измерения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения области использования устройства путем обеспечения возможности измерения изменяющихся во времени напряжений, в каждую из ступеней стабилизации введены транзистор, управляющий резистор и токоограничивающий резистор. а в ступени стабилизации, начиная с второй, введен также блокировочный резистор, причем анод прецизионного стабилитрона соединен с базой транзистора и первым выводом управляющего резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом соответствующего переключателя пределов измерения, коллектор транзистора всех ступеней, кроме N-й. соединен через токоогра- ничивающий резистор с эмиттером транзистора следующей ступени стабилизации, а в N-й ступени стабилизации через токоограничивающий резистор - с катодом прецизионного стабилитрона, эмиттер транзистора первой ступени стабилизации соединен с вторым выводом управляющего резистора, а эмиттер транзисторов всех ступеней стабилизации, начиная с второй, соединен с вторым выводом управляющего резистора через блокировочный резистор.

Использование: изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения постоянного нзпряп жения, а также амплитудных значений пульсирующего, импульсного и переменного напряжений в высоковольтных цепях. Сущность изобретения: устройство для измерения высоких напряжений содержит последовательно соединенные выпрямитель 1, N переключателей пределов измерения 2, стабилизатор 3 тока, параллельно которому подключены ограничитель 4 напряжения и измерительный блок 5, N ступеней стабилизации, подключенных параллельно соответствующим переключателям пределов измерения, каждая из которых содержит транзистор 6, прецизионный стабилитрон 7, управляющий резистор 8. блокирующий резистор 9, токоограничивающий резистор 10. входные клеммы 11 и 12. 1 ил.