Устройство для измерения высокого напряжения

Устройство для измерения высокого напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (»)771556 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 040179 (21) 2705810/18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 1510.80 Бюллетень йо 38 (51)М. Kll.ç

С 01 R. 15/02//

С 01 R 19/26

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621,317,,326(088.8) Дата опубликования описания 1 10.80 (72) Авторы изобретения

И.П, Зубков, Э,Н. Журавлев и С,C. Карасев (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫСОКОГО

НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при контроле постоянного,, медленноменяющегося и переменного напряжения промышленной частоты.

Известно устройство для измерения высокого напряжения по абсолютному методу, выполненное на основе фазометра и пролетного усилителя, включенного в цепь высокочастотного генератора и связанного по модулирующему входу с источником контролируемого напряжения (1), Недостаток известного устройства связан с его весьма ограниченными функциональными .воэможностями.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению являет- 20 ся устройство для измерения высокого напряжения, содержащее помещенные в вакуумный объем источник заряженных частиц, ускоряющий электрод и . модулятор, подключенный к высокочас- 25 тотному генератору (21, Укаэанное устройство также реализует абсолютный метод измерения, однако, позволяет контролировать этим методом лишь дискретные значения по- ЗО стоянного высокого напряжения, прн которых на пролетной длине входящего в устройство резонатора укладывается точно нечетное число полупериодов модулированной плотности тока в пучке .

Неодинаковые величины токов пучка в области входного и выходного зазоров резонатора иэ-за неизбежных потерь доли тока в дрейфовом пространстве являются существенным фактором, ограничивающим точность устройства.

Необходимость же определения величины отношения этих токов при калибpQBKe устройства усложняет процедуру измерения и отрицательно скаэываетя на общем времени измерения, Целью изобретения является повышение точности и быстродействия подобного измерительного устройства, Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения высокого напряжения, содержащее помещенные в вакуумный объем источник заряженных частиц, ускоряющий электрод и модулятор, подключенный к высокочастотному генератору, снабжено генератором прямоугольных импульсов, фазометрическим блоком, формирователем импульсов, ключом и счетчиком, а в вакуумный объем дополнительно

771556

65 введены дна размещенных друг от друга токосъемных датчика, первый из которых, расположенный ближе к модулятору, выполнен с-отверстием в центре, причем синхронизирующий вход генератора прямоугольных импульсов подключен к выходу высокочастотного генератора, а выход — ко входу модулятора, входы фазометрического блока соединены с выходами обоих токосъемных датчиков, вход формирователя импульсов подключен к первому токосъемному датчику, а выход - к управляющему входу ключа, информационный вход ключа соединен со нторым токосъемным датчиком, а выход — со входом счетчика.

На чертеже представлен общий вид предложенного устройства ° для измерения высокого напряжения, Устройство имеет вакуумный объем

1, в котором размещены источник заряженных частиц (электронов или ионов) 2 с выводом 3 для подключения измеряемого напряжения, ускоряющий электрод 4, электроды модулятора 5, токосъемные датчики 6 и 7, выполненные н виде плоских пластин, установленных перпендикулярно оси системы на известном расстоянии друг от друга, Датчик б имеет н центре отверстие для пропускания пучка ° Ускоряющий электрод 4 и один из электродов модулятора 5 заземлены на корпус, датчики б и 7 нагружены на сопротивления 8 и 9. К электродам модулятора 5 подключены стабилизированный высокочастотный генератор 10 и генератор прямоугольных импульсов 11 с относительно низкой частотой следования. Между выходами датчиков б и 7 включен фазометрический блок 12, Кроме того, выход датчика б соединен с блоком формирования импульсов 13, управляющим ключом 14, через который производится коммутация выхода датчика 7 на вход электронного счетчика 15.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемое высокое напряжение прикладывается между источником 2 (нынод 3) и ускоряющим электродом

4, Пучок частиц иэ источника 2 ускоряется и после прохождения .через отверстие в электроде 4 имеет энергию, определяемую приложенной разностью потенциалов. В пространстве между электродами модулятора 5 на пучок воздействует поперечное зна« копеременное во времени электрическое поле известной частоты f, задаваемое от стабилизированного

4 генератора 10., Токосъемный датчик б одновременно является выходной диафрагмой модулятора 5, в его отверстие попадают лищь те частицы, которые прошли модулятор 5 н моменты времени, соответствующие нулевым или близким к ним значениям поля, 3а датчиком б вдоль оси системы распространяется модулированный удвоенный частотой пучок, ТоК которого регистрируется.датчиком 7, На электроды модулятора 5 от генератора 11 периодически. подается прямоугольный импульс с амплитудой, превышающей амплитуду генератора 10, момент включения которого синхронизиронан с моментом максимума напряжения обратной полярности генератора 10. Этот импульс запирает пучок на время, определяемое длительностью пульса.

Последовательности импульсов с датчиков б и 7 сдвинуты во времени относительно друг друга на интервал, равный времени пролета частицами заданного расстояния (. между датчиками. Измерив величину этого фазового сдвига, можно определить скорость частиц пучка и соответствующее ей значение приложенного напряжения °

В общем случае набег фазы Ь ранен целому числу И полных периодов плюс некоторый сдвиг ЬО, не прерывающий одного периода.

Сдвиг по фазе в пределах одного периода измеряется фазометрическим блоком 12, который включает н себя фильтры для выделения первых гармоник сигналов, ранных удвоенной частоте генератора 10 и фазоизмерительную схему с индикатором, Для йзмерения целого числа N периодов модуляции в пучке, укладываю-, щихся на пролетной. длине, используется электронный счетчик 15, включаемый на датчик 7 через управляемый ключ 14, Открывание и закрывание ключа 14 производится импульсами с .формирователя 13, входной каскад которого содержит дифференцирующую цепь и схему выделения экстремальных значений. Формирователь 13 выделяет из последовательности сигналов с датчика 6 сигналы — метки, соответствующие фронтам запирающего прямоугольного импульса с генератора 11, которые имеют большую производную, и вырабатывает на выходе управляющие импульсы. Время нахождения ключа 14 в .открытом состоянии определяется длительностью прямоугольного импульса, которая может быть произвольной, но.должна превышать время пролета, соответствующее нижнему пределу диапазона измеряемых напряжений. Если время запаздывания момента открывания ключа 14 относительно сигналаМетки выбрано равным половине периода основного модулирующего напряжения, число сосчитанных c;eõ÷èêoì

15 импульсов будет равно числу И полных периОдов модуляции в пролет77 1556 ном пространстве (будут сосчитаны (N — 1) период плюс сигнал-метка), При измерении постоянного напряжения генератор 11 работает в режиме с низкой частотой повторения и большой скважностью. Величина N определяется по показаниям индика- 5 тора счетчика 15, как среднее за время измерения, кратное известному числу периодов повторения, При измерении медленноменяющихся напряжений частота следования генерато- lO ра 11 выбирается такой, чтобы характерное время изменения напряжения на величину, вызывающую изменение N на единицу, превышало несколько периодов повторения прямоугольных импульсов. Предложенное устройство позволяет измерять и переменное высокое напряжение промышленной частоты одной полярности, При этом, помимо соответствующего подбора частот модулирующих reнераторов, необходимо также применение запоминающих регистрирующих устройств на выходах фазометрического блока 12 и электронного счетчика 15, Скорость пучка выражается через измеряемые величины следующим образом:

Для нахождения значения измеряемого напряжения с высокой точностью необходимо в общем случае пользоваться зависимостью с учетом релятивистских эффектов: ь i—

Точностные характеристики предла- 40 гаемого устройства для абсолютных измерений высокого напряжения определяется погрешностями, с которыми известны частота модуляции, пролетная длина и может быть измерен фазовый сдвиг. Входящие в формулу фундаментальные константы (скорость света с, масса покоя М<> и заряд частиц Z) известны с погрешностью порядка 10 6 или меньшей, Частота модуляции и пролетное расстояние могут быть заданы с погрешностью такого же порядка, ПогрешнОсть измерения фазы при заданных параметрах устрой-ства растет с увеличением измеряемого напряжения, Эта погрешность может быть уменьшена путем соответствующего выбора параметров устройства, обеспечивающих большое время пролета, либо за счет повышения частоты модуляции или выделения более высоких гармоник сигналов с датчика 6 и 7, Большие времена пролета могут быть обеспечены при использовании источников тяжелых ионов. Однако относительно большой разброс начальных скоростей в ионных источниках по сравнению с электронными пушками ограничивает воэможности повышения точности таким путем, Выбор оптимальных параметров устройства и типа источника для обеспечения высокой точности определяется диапазоном измеряемых напряжений, По предварительным оценкам, погрешность измерения высокого напряжения предлагаемым устройством может не превышать тысячных долей процента, Формула изобретения

Устройство для измерения высокого напряжения, содержащее помещенные в вакуумный объем, источник заряженных частиц, ускоряющий электрод и модулятор, подключенный.к высокочастотному генератору, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, оно снабжено генератором прямоугольных импульсов, фаэометрическим блоком, формирователем импульсов, ключом и счетчиком, а в вакуумный объем дополнительно введены.два разнесенных друг от друга токосъемных датчика, первый из которых, расположенный ближе к модулятору, выполнен с отверстием в центре, причем синхрониэирующий вход генератора прямоугольных импульсов подключен к выходу высокочастотного генератора, а выход — ко входу модулятора, входы фазомэтрического блока соединены с выходами обоих токосъемных датчиков, вход формирователя импульсов подключен к первому токосъемному датчику, а выход — к управляющему входу ключа, информационный вход ключа соединен со вторым токосъемным датчиком, а выход — со входом счетчика, Источники информации, принятые во внимание при эксперти э е

1. Авторское свидетельство СССР

Р 176962, кл. G 01 R 19/18, 1965, 2, Бровченко В, Г. и др. Электронные устройства на электростатических ускорителях, Атомиэдат

М,, 1968, с. 108 °

771556

Составитель Л. Морозов

Редактор Н ° Тетанова Техред 3. Кастелевич, Корректор О. Ковинская

Заказ 6687/56 Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета. СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Рауыская иаб., д. 4/5

Филиал ППЛ Патент, г, Ужгород, уЛ Проектная, 4