в табл. 5.6 пр1!ведсны прпицнпнальные схемы н значения параметров входящих в них элементов, предназначенных для пмнтаипи наиболее распространенных видов импульсов напряжений и токов, соответствующих по формам и амплитудно-временным характеристикам основным грозовым наводкам, воз-иикаюпшм в типовых цепях радио- и элсктротехппческого оборудования РЭС.

5.3. МЕТОДЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ НА ГРОЗОСТОЙКОСТЬ РЭС

Общие положения

Техника nsMepeinift при испытаниях ь области обеспечения грозовой электромагнитной стойкости радиоэлектронных, .э.1ектрониых и электротехнических средств значительно отличается от распространенной па практике техники радиотехнических и электротехнических измерений обычного применения. Дли обеспечения измерений при испытаниях на стойкость и экспериментальной оценки работоспособности РЭС в условиях грозовых воздействий необ.ходимо решать ряд серьезных задач, основными из которых являются:

определение основных параметров, характеризующих стойкость РЭС и подлежащих контро.чю;

выбор методов и [змеренпе воспроизводимых поражающих факторов грозовых возлейстпий на РЭС;

регистрация основных функциональных параметров испытуемых Р.ЭС до, после и во вре.мя испытании:

измерение напряжений и токов, наводшмых на внешних и во внутрен11нх цепях РЭС при грозовых испытаниях.

Как правило, только для регистрации основных функциональных параметров испытываемых РЭС применяют общие методы и стандартизированные средства измерения (контроля режимов работы РЭС). В остальных с.1учаях приходится применять еще не стандартизированные, а порой и самостоятельно разработанные и изготовленные средства и методы измерения.

Технические средства, применяемые для измерений прн испытаниях РЭС на стойкость, должны об.чадать рядом сиец!1фических свойств:

иметь но сравнению с уровнем измеряемых помех более высокую собственную помехозащищенность;

быть приспособленными к измеренм.ю характеристик однократных или редко повторяющихся процессов;

регистрировать олновремеш10 как амплитудные, так и временные характс-ристшчи электрических сигналов;

в случае иеиосредствеиного подключения к цепям РЭС не оказывать существенного влияния на пх режимы работы и не создавать дополнительных трактов проникновения помех в эти цешг;

иметь широкш ! амплитудный и временной (частотньп !) диапазон измерений.

При выборе методов 1?змеренпя необходимо ориентироваться на такие их виды, которые бы.ш бы достаточно просто реализуемы и давали бы при этом удовлетворительную точность.

В процессе испытаний РЭС иа грозостойкость контролю подлежат: импульсные токи и напряжения, воспроизводящие грозовые воздействия;

напряженности импульсных электрических и магнитных полей, воспроизводящих излучение мо.иши;

напряжения и токн, наводимые во внешних и внутренних цепях радио- и электротехнического оборудования РЭС.

Измерение импульсных токов

При прове.тенип испытании РЭС на грозостойкость часто бывает необходимо регистрировать форму импульсных токов и измерять их амплитудн.ые значения. В настоящее время это проводится исключительно с помощью электронно-лучевых осциллографов, на вход которых подается сигнал, пропорциональный измеряемому току. Этот сигнал снимается со специальных датчиков, пн-дуктивно пли гальванически связанных с цепью измеряемого тока. Для этих целей хорошо себя зарекомендовали такие виды датчиков, как активные сопротивления - шунты - и воздушные трансфор.маторы тока, получившие в литературе название поясов Розовского.

Шунты. Шунты применяют для измеретля импульсных токов в том случае, когда имеется возможность их включения в расссчкт цепи с измеряемым током. Как правило, подключение шунта производится в точке заземления исследуемой цепн.

Измерение импульсных токов шунтами базируется иа устаиовлепии соответствия между измеряемым током и падением напряжения на сопротивлсшш шунта включенного в цепь этого тока (рис. 5.12).

Рис. 5.12. Схема измерения импульсных токоп с помошью niyfiTon:

z - волновое сопротивление кабеля; - согласующим резистор

Иаель

□

Падение напряжения г/ш(0 будет пропорционально измеряемому току /(О если сопротивление шунта /?ш Для данного частотного диапазона является в основном активным

nJt)=Riyt). (5.8)

Шунты для измерения импульсных токов изготовляются из материалов с высоким удельным сопротивлением (константан, манганин, нихром) или путем параллельного соединения большого числа ннзкоомных резисторов. Шунт имеет раздельные выводы для присоединения в цепь с измеряемым током и для съема падения напряжения.

Конструктивно шунты подразделяются на петлевые и цилиндрические (рис. 5.13).

Петлевой шунт представляет собой сложеишле биполярно одну или несколько парал.чельно соединенных полосок или проводов (рнс. 5.13. а). Бифилярное соединение проводников шунта позволяет снижать его индуктивность. При большом числе параллельных петель и их симмстротиом расположении относнтель-

но точек съема напряжения удается скомпенсировать взаимную индуктивность между контуром с измеряемым током и шунтом.

Цилиндрический шунт выполняется обычно из тонкостенных труб с высоким удельным электрическим сопротивлением. Съем напряжения производится с внутренней поверхности трубы, что обеспечивает сведение к минимуму взаимной индуктивности токовой и измерительной цепей (рнс. 5.13,6). С целью у.мень-

:zzzz

Рнс. 5.13. Разновидности шунтов:

о -петлевой; б - трубчатыП; в - коаксиальный, t и 2 -точки присоединения к жиле и

оболочке измерительного кабеля

шения индуктивности пилнндрический шунт помещают в трубу из хорошо проводящего материала, тем самым образуя малоиндуктивную коаксиальную систему (рис. 5.13.в).

Измерительная часть схемы дополняется кабелем и согласующими резисторами в начале и в ко1[це измерительного кабеля (см. рис. 5.12). Согласующий резистор в начале измерительного кабеля включается последовательно между жилой кабеля и шунтом, в конце кабеля - между жилой кабеля п его оболочкой. Поскольку сопротивление шунта обычно много меньше волнового сопротивления кабеля, омическое сопротивление включаемых согласующих резисторов равно волновому сопротивлению измерительного кабеля и на осциллографе будет фиксироваться сигнал в 2 раза меньший по амплитуде, чем снимаемый с шунта.

Шунт помимо активного сопротивления Rm обладает индуктивностью Lm. В нее в.чодят взаимная индуктньность нзмср4[тельнон частн схемы и контура тока Z.B3 и индуктивность, обусловленная магнитным полем самого шунта (внутренняя 1Щдуктивность шунта Lm).

Наличие индуктивности в с.чеме замещения шунта (рнс. 5.14. а) вызывает искажение формы измеряемого тока. Прн линейной индуктивности это

ujt)

- а)

Рис. 5.14. Упрошенная схема t за.мещсния шунта (а) н нормированная переходная функция отклшча шунта на прямоугольный нмпульс тока с учетом индуктивности шунта (б)

искажение можно оценить, вводя понятие реакции шунта на прямоугольный скачок тока (рнс. 5.14,5).

Для шунта время реакции

-ш = -шш. (5.9)

где /-ш=Авз + 1вт - индуктивность в схеме замещения (см. рнс. 5.14,а); /?щ - активное сопротивление шунта.

Для цилиндрических шунтов прп тщательном экраш1рованин измерительной частн схемы г может приближаться к нулю. Для петлевого шунта даже при хорошем экраинрованнн измерительной части схемы Авэ остается значительной.

В табл. 5.7 приведены формулы для определения основных характеристик шунтов различного конструктивного исполнения.

Пом]1мо 1Шдукт11ВНости на процесс измерения импульсных токов оказывает влияние время проппкновения электромагнитного поля в материал шунта. Для

Таблица 5.7. Основные характеристики шунтов

Тип шунта

Внутренняя индуктивность. Гн

Активное сопротивлеике. Ом

Время реакции, с

Петлевой бифилярный

>

!* пр -ш --

-fO.25

/-вт=

п 1--

\ о\Ь.

прп &2>t/

МП -

х1ц 1-

а-1 bj

Трубчатый

2ггц

при Cfm<6

2 г. /щГц

0.237

Примечание. В таблице приняты следующие обозначения: /ш -полная ДЛ1ша шунта, м; р - удельное электрическое сопротивление материала шунта. Омм; б - э.:вивалентная глубина проникновения электромагнитного ноля в материал шунта, м

того чтобы процесс, проппкновенпя пол ие влиял на результат измерения, необходимо параметры шунта (в частности, толщину стенки ш) выбирать такими, чтобы время проникновения

-- Р = ,VS./(fv,) (5 10)

было на порядок меньше длительности фронта Тф измеряемого импульса тока.

При допустимой погрешности измерения в 5% рекомендуется выбирать толщину стенки трубчатого шунта в пределах 30% эквивалентной глубины проникновения электромагнитного поля в материал шунта. Таким образом выбирается толщина токоведущих элементов. IIx сечение определяется термической и электродинамической стойкостью, а длина - значением требуемого сопротивления.

Оценку термической стойкости uiyuTa можно провести сравнением температуры нагрева токоведущих элементов шунта (его активной части) с максимальной рабочей температурой для материала, из которого изготовлен шунт (табл. 5.8).

Таблица 5.8. Основные электрофизические характеристики материалов, применяемых для изготовления шунтов

Температура, до которой нагревается проводник при прс-текании по нему тока, определяется па основании аналитического выражения (127). Разрушающий ток (в амперах), при котором происходит расплавление шунта

/--A/l/ (0.11)

где 5ш - площадь сечения токоведущих элементов шунта, мм-; Ти - длительность импульса измеряемого тока, с; - числовой коэффнщгент (см. табл. 5.8).

В табл. 5.8 приведены осн(вные электрофизические характеристики материалов, которые наиболее часто используются для изготовления uivn-oB.

Электродинамические силы, действующие на токоведущие элементы шунта, в основном зависят от его конструкции. В общем случае нет простых инжеиерных формул для их расчета. В первом приближении для этих целей могут быть использованы форму.ты. приведенные в табл. 1.19.

На рис. 5.15 приведена наиболее типичная конструкция низкоомного токового коаксиального шуита. Измеряемый ток протекает по центральному электроду ] через внутренний тонкий цилиндр 2, изготовленный из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением, а возвращается по коаксналь-

ному цилиндру 3 из материала с хорошей электропроводностью. Падение напряжения на внутреннем цилиндре подводится к осциллографу с помошью потенциального отвода 4 и коаксиального высокочастотного разъема 5.

vдv:;v;:;;лr.v

г 3 I*

Рис. 5.15. Низкоомный токовый шунт коаксиальной конструкции

tii,(t) dt

Рнс. 5.16. К пояснению принципа действия пояса Роговского

Пояс Роговского. Воздушный трансформатор тока (пояс Роговского) представляет собой катушку, индуктивно связанную с контуром измеряемого тока (рис. 5.16). Катушка пояса Роговского охватывает провод с измеряемым током и обычно выполняется однослойной в виде тора, имеющего круглое или квадратное сечение. Ее индуктивность при плопюй намотке

(5.12)

где Dcp -средний диаметр тора; J -диаметр круглого сечения катушки; dnp- диаметр проводника с измеряемым током.

При протекании по проводу тока в катушке 1гпдуцируется ЭДС. слабо зависящая от положения проводт1ка с измеряемым током внутри трансформатора и пропорциональная производной по времени от этого тока:

e{t) = - Mdi{tidf. (0.13)

Коэффициент пропорциональности Af - взаимоиндукпшность между катуш-к(л 1 пояса Роговского и цепью с измеряемым током. Взаимная индуктивность катуи1ки с контуром измеряемого тока, протекающего по проводу, пропущенному через трансформатор по его оси:

(D,p - d) (D - VD% - a

(Л.14)

Чтобы на выходе измерительной системы получить напряжение 2(0. пропорциональное измеряемому току ii(/). необ.ходимо 1гспользовать интегрирующие устройства. В качестве пх обычно выступают пассивные схемы, состоящие из простой LR- или /?С-цепи (рис 5.17).

Для электрического интегрирования с помощью LR-тш (рис. 5.17, а) на выходе измерительной схемы включается резистор /? . сопротивление которого должно быть много меньше волнового сопротивления измерител1Л1ого кабеля Z.