Измеритель высокого напряжения

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Полезная модель относится к электроизмерительной технике, в частности, к измерителю высокого напряжения, предназначенному для измерения высоких напряжений в источниках высокого напряжения (ВН).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из уровня техники известен высоковольтный экранированный делитель напряжения, раскрытый в RU 157954 U1, опубл. 20.12.2015. Высоковольтный экранированный делитель напряжения содержит первый измерительный резистор, подсоединенный между высоковольтным электродом и общей точкой, второй измерительный резистор, подсоединенный между общей точкой и заземленным электродом, измерительный выход, соединенный с общей точкой, внешний экран, окружающий первый и второй измерительные резисторы, соединенный с заземленным электродом, и внутренний экран, окружающий первый и второй измерительные резисторы и расположенный внутри внешнего экрана, первый изолирующий слой, расположенный между первым измерительным резистором и внутренним экраном, второй изолирующий слой, расположенный между внутренним экраном и внешним экраном. При этом внутренний экран выполнен в виде высоковольтного резистивного экрана, формирующего внутри продольное линейное распределение электрического поля, и подсоединенного между высоковольтным электродом и заземленным электродом.
Недостатком раскрытого выше высоковольтного экранированного делителя напряжения являются требования к величине входного сопротивления измерительного прибора, подключенного к выходу делителя, так как она сильно влияет на коэффициент деления делителя.
Также из уровня техники известен высоковольтный преобразователь напряжения, раскрытый в RU 9970 U1, опубл. 16.05.1999. Высоковольтный преобразователь напряжения содержит высоковольтный конденсатор и токосъемный резистор, причем высоковольтная обкладка конденсатора является входом преобразователя, последовательно соединенные интегратор и усилитель, выход которого является выходом преобразователя. При этом преобразователь снабжен трансформатором тока, первичная обмотка которого включена между низковольтной обкладкой конденсатора и землей, преобразователем ток - напряжение на основе операционного усилителя, в цепь обратной связи которого включен токосъемный резистор, причем между входными зажимами усилителя включена вторичная обмотка трансформатора, а выход усилителя подсоединен к входу интегратора.
Недостатком раскрытого выше преобразователя является наличие погрешностей при измерении, вносимых трансформатором.
Кроме того, из уровня техники известен высоковольтный преобразователь напряжения, раскрытый в SU 991314 U1, опубл. 23.01.1983. Преобразователь напряжения содержит высоковольтный конденсатор, резистор, интегратор и усилитель мощности.
Недостатком раскрытого выше преобразователя напряжения является временной дрейф напряжения на выходе интегратора, сказывающийся на точности преобразования малых значений напряжения.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Задачей заявленной полезной модели является разработка измерителя высокого напряжения, имеющего упрощенную конструкцию.
Техническим результатом заявленной полезной модели является увеличение точности измерения.
Указанный технический результат достигается за счет того, что измеритель ВН содержит корпус, в котором расположены последовательно соединенные высоковольтный конденсатор, операционный усилитель, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок цифровой обработки и блок обработки и индикации.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Полезная модель будет более понятной из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
Фиг. 1 - Структурная схема заявленного устройства.
1 - высоковольтный конденсатор; 2 - преобразователь-усилитель; 3 - АЦП; 4 - блок цифровой обработки; 5 - блок вычислений и индикации.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Измеритель ВН содержит корпус, в котором расположены последовательно электрически соединенные высоковольтный конденсатор (1), преобразователя-усилителя (2), АЦП (3), блок (4) цифровой обработки и блок (5) вычислений и индикации, которые жестко закреплены в корпусе.
BH
BH
Высоковольтный конденсатор (1) высоковольтной обкладкой подключают к измеряемому высокому напряжению (U). Величина протекающего при этом через конденсатор (1) на вход преобразователя-усилителя (2) тока I полностью определяется величиной приложенного к конденсатору (1) напряжения по формуле [1]
[1]
где I - сила тока, А; U - напряжение, В; Z - комплексное сопротивление, Ом, определяется сопротивлением последовательно соединенного конденсатора (1) и R - входного сопротивления преобразователя-усилителя(2) по формуле [2]
[2]
где R - сопротивление преобразователя-усилителя, Ом; F - частота приложенного к конденсатору напряжения, Гц; С - емкость конденсатора (1), Ф.
BH
Так как входное сопротивление R преобразователя-усилителя (2) пренебрежимо мало (50 Ом) и не оказывает влияния на величину тока I, то формула [2] приобретает вид [3].
[3]
BH
Величина тока I определяется сопротивлением конденсатора на частоте измеряемого напряжения, которое имеет величину от сотен МОм до десятков ГОм. В преобразователе-усилителе (2) входной ток Iвн преобразуется в напряжение, поступающее далее на АЦП (3). АЦП (3) производит преобразование напряжения, поступившего от преобразователя-усилителя в цифровой код. По результатам этого преобразования, при необходимости, АЦП производит корректировку коэффициента преобразования преобразователя-усилителя (2) для достижения наилучшей точности. Блок (4) цифровой обработки принимает данные с АЦП (3) и производит вычисление действующего и амплитудного значения и тока Iвн по формулам [4] [5]
[4]
[5]
rms
1,
n
где I-действующее значение силы тока, А; I …, I - полученный с АЦП отсчет мгновенного значения силы тока, А.
Период тока Iвн определяется как двойной интервал времени, между парами соседних разнополярных отсчетов Iвн. Полученные результаты вычислений передаются в блок (5) вычислений и индикации.
Блок (5) вычислений и индикации на основе данных, полученных в блоке цифровой обработки (4) принимает решение о необходимости корректировки коэффициента преобразования усилителя-преобразователя(2) блоком АЦП(3), вычисляет действующее и амплитудное значение напряжения Uвн по формуле [6]
[6]
где U - напряжение, В; I - сила тока, А; F - частота приложенного к конденсатору напряжения, Гц; С - емкость конденсатора (1), Ф.
из известных параметров конденсатора (1) (емкости (C)) и вычисленных в блоке цифровой обработки(4) амплитудного и действующего значений тока Iвн и значения частоты F, вычисленного из измеренной блоком(4) величины периода и выводит эти значения на цифровой индикатор.
Как показали эксперименты, заявленное устройство по сравнению с прототипом позволяет повысить точность измерения на 5-15 % за счет отсутствия в цепи преобразования интегратора, приводящего к значительному дрейфу нулевого значения, и, соответственно, существенному снижению точности измерений, особенно для малых значений входного сигнала.
Полезная модель была раскрыта выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления полезной модели, не меняющие ее сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, полезную модель следует считать ограниченным по объему только ниже следующей формулой полезной модели.