Измерительный шунт

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 6 01 Г 5 чБ)4 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ереме ых ст ини частицности шения полосы тельно защищ хонесу му про Ферро рот ину ГОСУДАРСТВЕ ННЫ И КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Шваб В, Измерения на высоком напряжении, М. - Энергоатомиздат, 1983.с. 153,Москалев В.А, и др, Измерение параметров пучков заряженных частиц. М., - Атомиздат, 1980, с. 38.(57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения импульсных и Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения импульсных или переменных токов в коаксиальных структурах(например, в коаксиальных линиях передачи, ускорителях заряженных частиц).Цель изобретения - повышение точности измерений путем повышения помехоустойчивости и расширения полосы регистрируемых частот.На чертеже представлена конструкция измерительного шунта.Шунт содержит полый проводник 1, резистивный элемент 2, коаксиальный кабель 3 связи с измерительной и регистрирующей аппаратурой, полый электропроводный кожух 4, ферромагнитный материал 5, 6 и 7 - выводы резистивного элемента 2, измерительную и регистрирующую аппаратуру 8 кабеля 3, диэлектрическую прокладку 9, Резистивный элемент 2 включен в разрыв полого проводника 1. Полый кожух 4 охватывает снаружи резистивный элемент 2 и соединен механически и электрически с нных токов в различных коаксиальруктурах, например в коаксиальных передачи, ускорителях заряженных Цель изобретения - повышение точзмерений - достигается путем повыпомехоустойчивости и расширениявоспроизводимых частот измерио шунта. Электропроводный кожух 4 ает резистивный элемент 2 от помещих токов, протекающих по внешне- воднику коаксиального кабеля, магнитный материал 5 препятствует анию измеряемых токов по кожуху, резистивный элемент, 1 ил. полым проводником 1 с обеих сторон резистивного элемента 2. Между внутренней поверхностью кожуха 4 и наружной поверхностью полого проводника 1 размещен ферромагнитный материал 5, Первый вывод 6 резистивного элемента присоединен к внутреннему проводнику, а второй вывод 7 - к экрану коаксиального кабеля 0 связи, причем вывод 6 резистивного эле- (Я мента, подключаемый к внутреннему про с воднику кабеля связи, размещен между фь резистивным элементом 2 и ферромагнит- ным материалом 5, Диэлектрическая про- д кладка 9 размещена между резистивным элементом 2 и его выводом 6,В качестве резистивного элемента могут быть использованы дискретные резисторы (например, С 2-10, ТВО), равномерно распределенные по окружности разрыва, или отрезок тонкостенной трубы из сплава с высоким удельным сопротивлением (например, нихром). Толщина стенки трубы выбирается таким образом, чтобы она по крайней мере в 4 раза меньше глубиныскин-слоя на всех частотах измеряемого тока,В качестве ферромагнитного материала, заполняющего внутренний объем кожуха, целесообразно использовать кольцевые 5ферритовые сердечники (например, из ферритов марок 1000 НН, 1000 НМ, 2000 НН,2000 НМ), размещаемые концентрично полому проводнику. Размеры и количествосердечников выбирают, исходя из следующих условий,Спад плоской части переходной характеристики на длительности измеряемогоимпульса не больше заданного, т.е,:О 151 ч,и 0,и Ь и -с 1 Ъзй Кгде,ио =4 л 10- магнитная постоянная;,и - магнитная проницаемость материала сердечника;И - ширина сердечника;О, б - наружный и внутренний диаметрсердечников соответственно;й - количество сердечников;Ь - длительность импульса измеряемого тока;К - допустимый спад плоской части переходной характеристики (обычно К = 50 );Й - сопротивление резистивного элемента.Не должно происходить насыщения материала сердечника, т.е.1 о+ЪХ 1 Й35где 1(т) - измеряемый ток;1 - время начала измеряемого импульса;Ь - длительность измеряемого импульса; 40Я - площадь поперечного сечения сердечника;Вн - индукция насыщения материаласердечника.Вывод резистивного элемента, подключаемого к внутренннему проводнику коаксиального кабеля связи, может бытьвыполнен различным образом. Если особыхтребований по быстродействию к шунту непредъявляется, то в этом качестве может 50быть использован любой провод, Если жетребуется достичь предельного быстродействия, необходимо выполнять его в видецилиндрического трубчатого электрода,концентричного резистивному элементу. В 55этом случае целесообразно для передачисигнала, снимаемого с резистивнога элемента, использовать несколько идентичныхкабелей, подключаемых к резистивному элементу равномерно по окружности шунта.Полый проводник обычно представляет собой отрезок цилиндрической трубы из сплава с высокой проводимостью (медь и ее сплавы, сталь, алюминий и его сплавы) с фланцами для включения в рассечку коаксиальной структуры, В качестве полого проводника может быть также использован непосредственно внешний проводник коаксиальной структуры,Кожух может быть произвольной формы, однако он должен обеспечивать размещение внутри необходимого количества ферромагнитного материала, Толщина стенки кожуха выбирается из условия, чтобы она была по крайней мере в 5-.10 раз больше глубины скин-слоя.В качестве блока измерения и регистрации можно использовать любой электронный осциллограф, имеющий соответствующую полосу пропускания и чувствительность, например С 8-13, С 8-12, С 9-4 А, С 7-10 Б, СРГ 5,Работает шунт следующим образом, Из-за скин-эффекта измеряемый ток будет течь по внутренней поверхности полого проводника 1. Благодаря наличию разрыва весь этот ток вынужден протекать по резистивному элементу 2, создавая на нем падение напряжения О,О = йш" 1,где Йш - сопротивление резистивного элемента;1 - измеряемый ток,которое при помощи коаксиального кабеля 3 подается на регистрирующую аппаратуру 8. Электропроводный кожух 4 защищает резистивный элемент 2 от помехонесущих токов, протекающих по внешнему проводнику коаксиальной структуры, и предотвращает излучение паразитных электромагнитных полей во внешнее пространство разрывом в полом проводнике. Ферромагнитный материал 5 препятствует протеканию измеряемых токов по кожуху, минуя резистивный элемент. Диэлектрическая прокладка 9 изолирует резистивный элемент 2 от его вы вода 6, подключаемого к внутреннему проводнику коаксиального кабеля связи 3.При работе устройства в условиях воздействия сильных электромагнитных помех в наружном проводнике коаксиала наводится помехонесущий ток 1 п, В прототипе этот ток вызывает появление сигнала помехиОп =1 и гш,где гш - сопротивление резистивного элемента,накладывающегося на основной сигнал. В предлагаемом устройстве из-за экранногодействия кожуха сигнал помехи меньше в К раз: К 12- Л 52 ГаЕ /дгде 212 -- сопротивление связи кожуха;1 д -- толщина скин-слоя; Ро гас 107 Гн ,ио = 4 .7 г 10 -- магнитная постоянм ная;р - относительная магнитйая проницаемость материала кожуха; 15 а - радиус кожуха; Ос - удельная проводимость материала. кожуха; Л - толщина стенки кожуха; т - частота помехонесущего тока; 20- длина кожуха. Расчеты по этой формуле показывают, что кожух, выполненный из хорошопроводящего материала (медь, алюминий или их сплавы, сталь), обеспечивает практически 25 полное подавление помехи(К 10 -10 ).1 ОТакую же степень улучшения экранировки, как следует из принципа взаимности, должен обеспечивать кожух и для паразитных электромагнитных полей, излучаемых 30 разрывом во внешнее пространство.В данной конструкции параллельно резистивному элементу включается цепь "наружная поверхность полого проводника - . внутренняя поверхность кожуха - наружная 35 поверхность полого проводника". Входное сопротивление этой цепи Евх, во-первых, целиком регламентировано конструкцией шунта, а во-вторых, из-за того, что внутренняя полость кожуха заполнена ферромагнитным материалом, носит преимущественно индуктивно-активный характер, причем 7 ехЙш вплоть до верхней граничной частоты резистивного элемента. Так как на практике верхняя граничная частота резистивного элемента во много раз выше первой резонансной частоты паразитной цепи, предлагаемое решение позволяет многократно расширить полосу воспроизводимых частот в область верхних частот,Формула изобретения Измерительный шунт, содержащий резистивный элемент, встроенный в разрыв полого проводника, при этом один вывод резистивного элемента подключен к внутреннему проводнику коаксиального кабеля связи с блоком измерения и регистрации, от л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений путем повышения помехоустойчивости и расширения полосы регистрируемых частот, в него дополнительно введен полый электропроводный кожух заполненный ферромагнитным материалом, разрыв в полом проводнике и резистивный элемент размещены в кожухе, соединенном с наружной поверхностью полого проводника, причем вывод резистивного элемента, подключенный к внутреннему проводнику кабеля связи, размещен между ферромагнитным материалом и резистивным элементом,165 б 471 Составитель Н, ШмелевТехред М. Моргентал Редактор Г, Мозжечкова ожо рект Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 аказ 2309 Тираж 424 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5