PL67624B1 - - Google Patents

Description

Opublikowano: 15.III.1973 67624 KL. 21e, 19/04 MKPGOlr 19/04 CZY lELNIA Urzedu Patentowego Polskie) izecryporrti=.; t\ l Twórca wynalazku: Wladyslaw Kuzniar Wlasciciel patentu: Polska Akademia Nauk (Instytut Maszyn Przeply¬ wowych), Gdansk (Polska) Uklad do pomiaru wartosci szczytowej napiecia udarowego Przedmiotem wynalazku jest uklad do pomiaru wartosci szczytowej napiecia udarowego.Do pomiaru krótkich niepowtarzalnych impul¬ sów napiecia stosuje sie uklady prostownikowo-kon- densatorowe. Kondensator o znanej pojemnosci C la¬ duje sie napieciem proporcjonalnym do napiecia mierzonego udaru, a nastepnie mierzy sie ladunek lub napiecie kondensatora. Dokladnosc pomiaru za¬ lezy od sumy dwóch uchybów czesciowych zwanych uchybem ladowania i uchybem pamieci.Uchyb ladowania wynika z tego, ze napiecie na kondensatorze pomiarowym jest nizsze od napiecia udaru o spadek napiecia na rezystancji R prosto¬ wnika. Spadek napiecia jest tym mniejszy im mniej¬ sza jest stala czasowa RC w porównaniu z czasem trwania mierzonego udaru. Dla ograniczenia uchy¬ bu ladowania stosuje sie prostowniki o malej rezy¬ stancji i kondensatory o malej pojemnosci.Uchyb pamieci wynika z tego, ze w czasie TQ po¬ trzebnym dla zmierzenia napiecia na kondensato¬ rze, kondensator ulega czesciowemu rozladowaniu przez uplywnosci izolacji, w których glówna role gra zwykle rezystancja Rz prostownika w kierunku zaporowym. Uchyb ten jest tym mniejszy im wie¬ ksza jest stala czasowa RZC w porównaniu z cza¬ sem T . Dla ograniczenia tego uchybu stosuje sie prostowniki o duzej rezystancji Rz, kondensatory o duzej pojemnosci oraz mierniki o krótkim czasie pomiaru i o jak najmniejszym poborze pradu Warunki jednoczesnego ograniczenia tych dwóch uchybów sa wiec sprzeczne i w rezultacie uchyb wy¬ padkowy, bedacy ich suma pozostaje w dotychczaso¬ wych rozwiazaniach znaczny, szczególnie dla bardzo stromych udarów ucietych na czole po czasie rzedu 5 ulamka mikrosekundy.Sposród róznych sposobów ominiecia tych trud¬ nosci trzy sa najbardziej znane. W ukladzie W. Ra- busa stosuje sie dodatkowa pojemnosc Cd, oddzie¬ lona od pojemnosci C znaczna rezystancja Rd. W 10 czasie udaru laduje sie tylko mala pojemnosc C z mala stala czasowa RC i uchyb ladowania jest nie¬ wielki. Po przejsciu udaru pojemnosc C przelado¬ wuje sie na znacznie wieksza pojemnosc Cd, co za¬ pewnia duza wartosc stalej czasowej rozladowania .15 R7Cd i stosunkowo maly uchyb pamieci.Uklad K.F. Heinego sklada sie z kilku stopni pro- stownikowo-kondensatorowych oddzielonych wtór¬ nikami katodowymi i posiadajacych kolejno coraz wieksze pojemnosci. Mala stala czasowa pierwszego 20 stopnia gwarantuje mala wartosc uchybu ladowania tego stopnia nawet dla stosunkowo krótkich uda¬ rów.- Drugi stopien otrzymuje na wejsciu impuls napiecia przedluzony przez pojemnosc pierwszego stopnia, moze wiec miec znacznie wieksza stala cza- 25 sowa, ladowania, a zatem odpowiednio wieksza po¬ jemnosc. Stosujac kilka takich stopni dochodzi sie do tak duzej pojemnosci, ze napiecie jej daje sie juz wygodnie pomierzyc zwyklym woltomierzem lampowym, 30 , Znany- jest takze uklad J. Lagasse?a. Uklad £en skla- 67 624« 3 da sie z dwóch kondensatorów Cv C2 polaczonych szeregowo, przy czym kondensator C± jest konden¬ satorem wysokonapieciowym o malej pojemnosci, a kondensator C2 kondensatorem niskonapieciowym o duzej pojemnosci. Równolegle do kondensatora C2 jest zalaczony Wielkopradowy prostownik krzemo¬ wy, co ulatwia uzyskanie malej stalej czasowej la¬ dowania. Prostownik taki ma jednak stosunkowo mala rezystancje w kierunku zaporowym, dlatego Lagasse wprowadza przelacznik elektromagnetycz¬ ny o bardzo krótkim czasie dzialania, uruchamiany automatycznie przez mierzony udar. Natychmiast po przejsciu udaru przelacznik odlacza od kondensa¬ tora C2 diode krzemowa, a zalacza na jej miejsce bardzo szybko dzialajacy, kompensacyjny wolto¬ mierz cyfrowy. Woltomierz jest pozbawiony momen¬ tu zwracajacego, dzieki czemu liczydlo jego zatrzy¬ muje sie w pozycji odpowiadajacej szczytowej war¬ tosci mierzonego napiecia i wskazanie moze byc od¬ czytane bez pospiechu, w dowolnym momencie.Wada ukladu Rabusa jest sumowanie sie napiec przy powtarzaniu udarów i brak mozliwosci cecho¬ wania napieciem stalym. Wada ukladu Heinego jest mala stabilnosc pfacy i Sumowanie sle uchybów po¬ szczególnych stopni. Wada ukladu Lagasse'a jcst glównie skomplikowany uklad przelaczajacy i wy¬ soki kószt specjalnego miernika cyfrowego. Oprócz tego przy pomiarze udarów ucietych na czole po czasie rzedu 0,1 mikrosekundy zaden z tych ukla¬ dów nie jest w stanie zapewnic dokladnosci pomia¬ ru lepszej niz kilka do kilkunastu procent.Do dokladnego cechowania mierników napiecia udarowego stosuje sie uklady kompensacyjne. Naj¬ bardziej znanym i najczesciej stosowanym ukladem jest mostek kompensacyjny Rabusa. Mostek ten sklada sie z dwóch galezi, z których kazda zawiera prostownik wysokiego napiecia (kenotron), konden¬ sator wysokonapieciowy o duzej pojemnosci i rezys¬ tor, polaczone szeregowo. Pomocnicze zródlo wyso¬ kiego napiecia stalego sluzy do ladowania obu kondensatorów w celu wstepnego spolaryzowania prostowników.W Czasie pomiaru jeden z prostowników jest za¬ rzony, a drugi nie. Dopóki napiecie udarowe jest nizsze ód napiecia stalego, przez obie galezie most¬ ka plyna tylko prady pojemnosciowe i przy staran¬ nym wyrównaniu pojemnosci i rezystancji spadki napiecia na rezystancjach sa jednakowe, a w rezul¬ tacie napiecie wyjsciowe mostka jest równe zeru.Jezeli napiecie szczytowe udaru przewyzsza napie¬ cie kompensujace, to prostownik zarzony przepu¬ szcza oprócz skladowej pojemnosciowej równiez skladowa czynna pradu. Wtedy przyrzad zerowy mostka wykazuje chwilowa róznice spadków napie¬ cia na rezystancjach. W trakcie kilkakrotnego po¬ wtarzania pomiarów ze stopniowym regulowaniem napiecia doprowadza sie do zrównania napiecia kompensujacego z szczytowym napieciem udaru.Najwazniejsza wada mostka Rabusa jest bardzo klopotMwe zerowanie mostka, gdyz spadki napiecia od gradów pojemnosciowych musza miec nie tylko równe wartosci szczytowe ale i scisle jednakowe pffzeboegi w funkcji czasu. Uklad ma mala czulosc w poblizu punktu dokladnej kompensacji, gdyz czas trwania nadwyzki najnejcdia udarowego nad kompen- 624 4 sujacym zmierza wtedy db zera. Stosunkowo trudhy jest pomiar wysokiego napiecia kompensujacego, od którego dokladnosci zalezy dokladnosc pomiarU uda¬ rów. Zastosowanie mostka jest ograniczone do na- 5 piec rzedu kilkunastu... kilkudziesieciu kilowóltów, gdyz na Wiecej nie pozwalaja dostepne kenotrony, a cale urzadzenie staje sie wielkie, ciezkie i koszto¬ wne. Do pomiaru wyzszych napiec trzeba stosowac dodatkowy kosztowny dzielnik udarowy. io Celem wynalazku jest ominiecie omówionych wy¬ zej niedogodnosci rozwiazan dotychczasowych i uzy¬ skanie ukladu pomiarowego mozliwie prostego i ta¬ niego, który zapewnialby jednak duza dokladnosc pomiaru w calym zakresie udarów stosowanych w 15 technice wysokich napiec,! od udarów krótkich, ucie¬ tych na czole po czasie rzedu 0,1 [As dd udarów dlu¬ gich, pelnych, trwajacych setki, czy nawet tysiace mikrosekund.Cel ten zostal osiagniety w ukladzie do pomiaru 20 wartosci szczytowej napiecia udarowego wedlug ni^ niejszego wynalazku, zgodnie z którym uklad ten stanowia dwa uklady prostownikowo-kondensato¬ rowe polaczone róznicowo, zas miernik napiecia wyj¬ sciowego jest Wlaczony miedzy wezly obu ukladów. 25 W odmianie ukladu wedlug wynalazku szeregowo z prostownikami sa wlaczone zródla, lub zródlo niskiego napiecia stalego.Korzyscia techniczna ze stosowania wynalazku jest to, ze kazdy z ukladów prostownikowe-konden- 30 satorowych moze zawierac dosc duza pojemnosc i miec stosunkowo duza stala czasowa RC a zatem moze dawac na wyjsciu napiecie obarczone wpraw¬ dzie dosc znacznym uchybem ladowania, ale za to stosunkowo malym uchybem pamieci. Przy odpo- 35 wiednim doborze parametrów mozna uzyskac wza¬ jemna kompensacje uchybów ladowania w napieciu róznicowym. Mozliwe jest tez uzyskanie niewielkiej wartosci ujemnej uchybu ladowania, dzieki czemu w sumie z dodatnim .uchybem pamieci uzyskuje sie 40 radykalne zmniejszenie uchybu wypadkowego.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat ideowy ukladu do pomiaru wartosci szczy¬ towej napiecia udarowego. 45 Uklad wedlug wynalazku sklada sie z dwóch ukladów prostownikowo-koaidensatorowych pola¬ czonych róznicowo. Kondensatory Cj i C3 posiadaja bardzo male pojemnosci rzedu 1 pF i maja napie¬ cie pracy równe najwyzszemu napieciu mierzonemu. 50 s3 to jedyne elementy wysokonapieciowe ukladu pomiarowego. Kondensatory C2 i C4 maja pojemno¬ sci rzedu kilkuset pikofaradów i ograniczaja napie¬ cie na niskonapieciowych prostownikach Plf P« o niewielkiej rezystancji zaporowej Rz. Kierunek za- 55 laczenia prostowników musi oczywiscie odpowiadac biegunowosci mierzonego napiecia. Jako miernika M napiecia wyjsciowego UaJ uzywa sie dowolnego przyrzadu o duzej rezystancji wejsciowej i malej pojemnosci wewnetrznej.M Dzialanie ukladu opisano ponizej. Na czole udaru prostowniki Fi i P* zwieraja pojemnosci ,G2 i €4 i powoduja naladowanie pojemnosci C± i G3 do wartosci bliskich napieciu szczytowemu udaru. Po zaniku napiecia wejsciowego kondensatory €j i €3 45 przeladowuja sie odpowiednio iaa kondensatory C267 624 '5 6 i C4 poprzez-rezystancje grzbietowa generatora uda¬ rowego, przy czym zachodzi obnizenie zapamietane¬ go napiecia do wartosci nizszej ndz napiecie zwrot¬ ne, wytrzymywane przez prostowniki Pj, P2.Napiecia Ua i Ub zapamietywane w wezlach a i b, zawieraja skladniki proporcjonalne do war¬ tosci szczytowej napiecia udarowego oraz skladniki wynikajace z uchybów ladowania. Przez odpowied¬ ni dobór pojemnosci kondensatorów Cv C2, C3, C4 oraz rezystancji prostowników Pj i P2 uzyskuje sie wzajemna kompensacje uchybów ladowania obu galezi ukladu. W rezultacie w napieciu róznicowym Uab = Ua — Ub skladnik zalezny od uchybów ladowania zostaje radykalnie zmniejszony. Mozliwe i celowe jest tez nadanie mu niewielkiej wartosci ujemnej dzieki temu mozna dodatkowo skompensowac uchyb pa¬ mieci i tym bardziej zmniejszyc uchyb wypadko¬ wy.Odmiana wynalazku polega na dostosowaniu opisanego ukladu róznicowego do kompensacji uda¬ rów napieciem stalym. W tym celu wprowadza sie dodatkowe zródlo niskiego napiecia, które laduje wstepnie kondensatory pomiarowe napieciem o bie¬ gunowosci przeciwnej do biegunowosci mierzonego udaru. Na skutek wstepnego spolaryzowania pro¬ stowniki P1 i P2 zaczynaja przewodzic depiefo wtedy, gdy napiecie udarowe przekroczy napiecie kompensujace, pomnozone przez przekladnie po¬ jemnosciowa ukladu^ W rezultacie mierzy sie je¬ dynie nadwyzke napiecia udarowego nad kompen¬ sujacym. Powtarzajac kilkakrotnie pomiary i pod¬ wyzszajac stopniowo napiecie kompensujace, moz¬ na sprowadzic te nadwyzke do zera, a przez to uzyskac dokladnosc pomiaru napiecia udarowego równa praktycznie dokladnosci pomiaru niskiego; napiecia stalego, uzytego do kompensacji.W odmianie wynalazku przeznaczonej do kom¬ pensacji udarów napieciem stalym dodatkowe zród¬ lo regulowanego niskiego napiecia stalego wlacza sie miedzy punkt c a ziemie z w lewej galezi ukladu oraz miedzy punkt d a ziemie z w prawej galezi. W ten sposób uzyskuje sie wstepne nalado¬ wanie kondensatorów pomiarowych i polaryzacje prostowników. Bezposrednio przed pomiarem na¬ lezy punkty c, d uziemic.Zaleta urzadzenia wedlug wynalazku jest przede wszystkim fakt, ze z napieciem kompensujacym po¬ równuje sie jedynie wartosc szczytowa udaru, a nie wartosci chwilowe, dzieki czemu odpadaja trud¬ nosci zwiazane z zerowaniem mostka Rabusa. Dla¬ tego tez jest mozliwy dokladny pomiar nawet bar¬ dzo krótkich i stromych udarów ucietych których mostkiem Rabusa w ogóle mierzyc nie mozna. Po¬ nadto uklad róznicowy, dzieki skompensowaniu uchybu ladowania; pozwala uzyskac maksymalna czulosc na przyklad w zakresie czasu rzedu 0^01 [jis, u znaczy w bezposredniej bliskosci punktu do¬ kladnego zrównania napiecia udarowego z kom¬ pensujacym. Zastosowanie kompensacji napieciem niskim, jak równiez niskonapieciowych prostowni¬ ków, usuwa takze pozostale niedogodnosci znanych urzadzen. PL PL

Claims (3)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Uklad do pomiaru wartosci szczytowej napiecia udarowego zawierajacy miernik napiecia wyjscio¬ wego oraz uklady prostownikowo-kondensatorowe skladajace sie kazdy z dwóch kondensatorów po¬ laczonych szeregowo i prostownika wlaczonego rów¬ nolegle do kondensatora niskonapieciowego, zna- mieriny tym ze stanowia gó dwa uklady prostow¬ nikowo-kondensatorowe (Pj, Cv C2 i P2, C3, C^) polaczone róznicowo, zas miernik (M) napiecia wyjsciowego jest wlaczony miedzy wezly (a i b).

2. Odmiana ukladu wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze szeregowo z prostownikami (Plf P2) sa wlaczone zródla lub zródlo, niskiego napiecia sta¬ lego. 10 15 20 25 30 35KL. 21e, 19/04 67 624 MKP GOlr 19/04 *~T Bltk zam. 110/7

3. Nakl. 105 egz. A4 Cena zl 10,— PL PL