Иабель

Рнс. 5.17. Схемы электрического интегрирования посредством 1/?-цепн (а) и ?С-цепн (б) сигнала mi(/), снимаемого с катушкн пояса Роговского

в качестве ннтегрируюп1ей индуктивности L используют собственную индуктивность измерительной катушки (самоинте-грируюший пояс Роговского).

Условие интегрирования снимаемого с измерительной катушки сигнала с помошью Z./?-uenH требует, чтобы ток в этой цепи определялся индуктивным сопротивлением м1к

(т. е. си1к> (/?н-/?к), где - активное сопротивление катушки). Тогда

и\1) L,\di[t)di\ И 2(0 = - С w,(/)rf = .Vfr,(0. (5.15)

Чтобы погрешность измерения импульсных токов грозовых наводок длительностью Ти в цепях РЭС самоннтегрирующим поясом Роговского не превышала 5%, необходимо выполненне условия:

(5.1 б)

А чтобы искажение фронта импульса измеряемого тока Тф ие преаыншло 5% за счет влияния паразитной емкости обмотки измерительной катушки, необходимо выполнение следующего условия:

30 ]

./ PqSquM/J р - ti)

(5.17J

Практическая реализация самоннтегрирующего пояса Роговского сложна ввиду того, что при выполненпи условия ю1кХ/?и+к) в обмотке измерительной катушки ггачинает сказываться влияние скин-эффекта, которое неодинаково отражается на величинах и S\. В связи с этим приходится изготовлять измерительную катушку пояса Роговского из тонкого провода, что, в свою очередь, увеличивает ее активное сопротив.1ение /?к, нарушая основное условие са-моинтегрировання. и, следовательно, ведет к увеличению погрешности измерения, связанной с методом интегрирования.

Прн интегрировании с помощью /?С-иепи применяют схему. приве.1енную на рис. 5.17.6. Если выполняются условия 1/(оСи</?н н coLk-CZ, то

Применение данной системы интегрирования приводит к появлению искажений формы измеряе.мого импульса тока, связанных с сглаживанием фронта Тф. укорачиванием длительности импульса Ти и смешением нулевой линии.

Для уменьшения искажений формы измеряемого тока в пределах 5% необходимо выполнять следующие условия:

ТфЮ/, -: <0.1i?.A. (5.19)

В отличие от систем У?/.-1П1тегрирования применение /?С-иепей для этих целен предпочтительнее ввиду их простоты н стабильности при эксплуатации.

Для пояса Роговского с /?С-ценью интегрирования на вы.ходе измерительной системы необходимо применение дополнительного усилителя плн высокочувствительного осциллографа вв1гду того, что С!П1маемыи с емкости С электрический сигнал зачастую бывает мал ло амплитуде.

Несмотря на приведенные недостатки, метод измерения импульсных токов с помощью пояса Роговского обладает большими преимуществами по сравнению с другими методами: простота включения в измеряемый контур без разрыва последнего; измерение тока без ограничения амплитуды и формы з проводнике любого сечения; широкий, вплоть до 100 МГц. частотный диапазон; минимальное обратное влияние на цепь с измеряемым током; относительно высокая точность.

Конструктивно пояс Роговского представляет собой бнфилярную катушку, выполненную с перекрещивающейся обмоткой (рис. 5.18), что позволяет ком-

Рис. 5.18. Конструкция пояса Роговского: / - проводник с нзмс-ряе.мы.м токо.м; 2 - пояс Рогоиского (штриховой пока.апо положение пояса в рабочем состоянии)

пенснровать возможную неперпендикулярность плоскости отдельных витков к направлению вектора напряженности магнитного поля, создаваемого измеряемым током.

Из.мереине н.мпульсных напряжений

В настоящее время для измерений импульсных напряжений широкое распространение получили электронно-лучевые осциллографы (ЭЛО), которые позволяют по.Г)чать ггапболее полную информацию не только об амплитудных параметрах, ко н временных характеристиках и форме измеряемого импульсного напряжения. Их прнменеине особенно целесообразно для исследований однократных импульсов, момент появления которых носит случайный характер. Зачастую для измерений импульсных напряжений большой амплитуды (высоких напряжений) применяют ЭЛО совместно с делителем напряжения (ДН). обеспечивающим си1;жение амплитуды измеряемого cnrHa.ia до требуемых но yc.Ki--виям нормальной экснлуатацпи ЭЛО уровней.

с: с rt X

С7> Ю

г; s

с; о

<Г5

о са

<

оо >

= в S S

о : :

I XI >

= о

-г СЧ

о =

So :

с

в О

СО о * =

- Й s

I Ь 3 г:

ОО -

с- г; г:

5- О

to t-.

ч- со X

<со

- S 2 s I о 3 .3

§

5 so -- о

со -

о о*

so см

I 3- д

00 -

о Го

СО -

о X о

со X

i со

i

1С :

cr ZJ -

--

- С

00 >.

>. a

*- 3

С го

ее =

Осциллографы предназначены для визуального наблюдения формы кривой электрических сигналов и измерения их амплитудных параметров и временных характеристик. С.тедовательно, основное требование, которое предъявляется к ЭЛО, - минимальное искажение формы н амплитуды исследуемого сигнала. Это требование удовлетворяется при соответствующем (правильно.м) выборе типа осциллографа с учетом параметров исследуемого сигнала.

Основные характеристики ЭЛО. знание которых необходи.мо для правильного выполнения измерекш !, следующие:

схема входов осциллографа (открытая пли закрытая) по каналам вертикального (Z) и горизонтального (X) отклонения луча;

активная и реактивная составляющие входного сопротивления каналов Z и А;

ширина полосы пропускашгя каналов Z и и их чувствительность, а также чувствительность непосредственных входов электронно-лучевой трубки; вид развертки ЭЛО и род синхронизации;

возможность измерения амплитудных параметров и временных характеристик исследуемых сигна.юв и погрешности пх измерения.

Технические характеристики некоторых типов ЭЛО, предназначенных для регистрации однократных импульсных сигналов (запоминающих осциллографов), приведены в табл. 5.9.

К источнику исследуемых сигналов осциллографы подключают с помощью измерительных коаксиальных кабелей. При этом следует иметь в виду, что прп исследовании постоянных и медленно изменяющихся процессов вход осцилто-графа должен быть открытым.

Входное сопротивление н входная емкость осциллографа оказывают влияние иа режим работы источника исследуемых сигналов (в частности, цепн РЭС). Влияние осциллографа на источник тем меньше, чем больше его входное conpoTHB.ieHHC и чем .меньше входная емкость.

При исследовании переходных процессов в цепях РЭС часто возникает проблема согласования двух нагрузок Rs и Rc (например, цепи РЭС и измерительного прибора). Для такого согласования используют цепи, изображенные на рис. 5.19.

-о о-

Рнс. 5.19 Схемы согласования нагрузок цепей РЭС и измерительных приборов при исслслопании переходных процессоп в этих цепях

Если волновое сопротивление подключенного к исследуемой цепи РЭС измерительного кабеля Z обозначить через 7? а в.ходное сопротивление измерительного прибора через Rc>. то неискажающее согласование будет иметь место прн выполнении следующих условий:

RxKy\-KRM. R2-Rc,i\-iR6lR.)- (5.20)

Таблица 5.10. Дели гели иапряжеинп

Затухание, вносимое такой согласующей цепочкой:

Гнп делителя напряжения

Коэффициент де.1е11Ия

Применение

Омический

Для исследований низкочастотных сигналов большой амплитуды. Как пратгло. /?, выбирают в пределах 0,4... 2.5 кОм. при этом достигается предельно мгпгнмальнос для омического делителя высокого напряжения время реакции (поядха 10- с)

Емкостный

Для исследований пропессов наносе.чунлнон длительности. Емкость С, обычно выбпрают порядка Ю-О ф. При исследовании импульсов болынон длительности дает значи-гельные погреитостн

Демпфированный

Для нсследова1П1й сигналов большой амплитуды и малой длительности. Имеет улучшенные характеристики в области высоких частот. Демпфирующий рсзнстоп /?, имеет сопротивление в несколько сот ом.Наилуч-nnie передаточные свойства достигаются np]i выполнении условия

Смешанный

Для исследовашп ! сигналов в ншроком частотном диапазоне. Имеет улучшенные характеристики в области низ..их частот по срапне1М1ю с емкост{1ыми делителями на-нря>кення. Ёмкость С\ выбирают обычно такой же, как \\ для чисто емкостного делителя наиряжсния. Сопротивление Ri может быть значительно больше, че.м у омического делителя пяпрнження. Наилучшие передаточные свойства делителя напряжения достигаются при выполнении условия

RxCx-ROi

?,лы = 20 Ig\VR, -f- V{RJR)-1 1-

С помощью входного делителя осциллографа, а также регулировки коэффициента усиления по каналу вертикального отклонения луча Z осуществляется установка удобного для исследований размера кривой на экране ЭЛО. Прн значительных уровнях входного сигнала, но не превышающих указанного в технических характеристшох на прибор исследуемый сигнал можно подавать непосредственно на вертикально отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки осциллографа. При этом искажения формы исследуемого сигнала будут значительно меньше, чем прн подаче сигнала через усилитель канала Z.

В том случае, когда амплитуда исследуемого сигнала настолько велика, что превышает допустимые уровни, указанные в технических характеристиках на ЭЛО, для умсшш1еиия амплитуды измеряемых сигналов применяют дел!1тели напряжения (табл. 5.10).

Делители напряжения подсоединяют к осциллографу нз.мерительным кабелем, который обязательно согласуется с делителем напряжения и входом осциллографа. Применяется параллельное (рис 5.20, а) и после.човательное (рис. 5.20. б) согласование.

Рнс. 5.20. Варианты согласования измерительного кабеля с помощью параллельно включенного со CTopoin.1 входа осциллографа сопротивления [а) н последовательно вк.поченного со стороны делителя напряжения сопротнпленпя (б)

(/?3 = /?c = Z).

Для согласования измерительного кабеля с помощью включения сопротивления параллельно входу осциллографа необходимо выполнять условие R3=Z (где Z - волновое сопротивление кабеля). При этом коэффициент передачи

k = U ,.!U,. Rl!\R. + ЯЖ- т- (5.21)

Если согласование измерительного кабеля осуществляется на его входе с помощью последовательного включения сопротивления, сигнал, равный по амплитуде полов1те падения напряжения на низковольтном плече делителя, распространяясь но кабелю, отражается от его разомкнутого конца (выcoкoo.vIHoгo входа осциллографа) без изменения знака. Отраженный сигнал возвращается к началу измерительного кабеля, где вследствие согласования сопротнвлеинй отражения не происходит. В результате на выходе получается сигнал, равный по амплитуде падению напряжения на низковольтном плече делителя напряжения.

Для быстроизмепяющнхся процессов н высоких частот в случае прнмекеиня емкостного делителя папряження коэффициент передачи

k = вых/вх- CJiC, Ч- С,-С CJ. (5.22)

где Ск-емкость измерительного кабеля; Сп - входная емкость осци.плографа.