CC BY
9
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО
ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 149
1966
О ВЛИЯНИИ ПАРАЗИТНЫХ ЕМКОСТЕЙ НА РАБОТУ СХЕМ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ токов ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ
А. В. БАРАНОВ
(Представлена научным семинаром научно-исследовательского института высоких
напряжений)
При исследовании импульсной электропроводности диэлектриков используются схемы, позволяющие компенсировать емкостную составляющую тока диэлектрика [1—3]. В указанных работах измерения проводились на импульсах с фронтом в несколько сот микросекунд, когда емкостные токи не слишком велики. Однако имеющие место в данном случае вторичные эффекты (высоковольтная поляризация, объемные заряды, тепловые эффекты) могут существенно затруднить интерпретацию результатов измерений. Поэтому целесообразно использовать импульсы с коротким фронтом (порядка долей микросекунды). В этом случае необходимо учитывать роль паразитных емкостей схемы [4] и найти условия, определяющие наименьшую длительность фронта импульса напряжения при данных параметрах измерительной схемы и заданной величине погрешности.
Практический интерес представляют схемы, показанные на рис. 1 и 2. Измеряемый сигнал в первой схеме снимается с сопротивления ^?вых.
к осциллограф
и-(г)
Рис. 1. Схема с использованием импульсов противоположной полярности. {С а —емкость диэлектрика, На — сопротивление диэлектрика, Сб — компенсирующая емкость, ^вых — выходное сопротивление, Сп — паразитная емкость измерительной схемы).
Рис. 2. Мостовая схема. (С а — емкость диэлектрика, — сопротивление диэлектпика, Сб — компенсирующая емкость).
При этом на схему подаются два импульса -противоположной полярности. На вторую схему подается один импульс напряжения, и измеряемый сигнал снимается между точками а и б.
Пусть на схему рис. 1 подаются импульсы противоположной полярности вида
иа) = ±и0( 1-е-?') (1}
Знаки и — соответственно для левого и правого плеча схемы. Тогда на выходе будем иметь
/.(0 = иа
1 , Кс! Са Г?вых(Сп + Со)
Яа + /?вых /V ЕЫХ {Яа+Я ВЫХ
(1 ').
С6е-»л
(2)
[Со + С а + С п)
где
Н" /?вых
Р\ = --Г-—---— И р2
^вых Яа {СаЛ~Сб~\~Сп) А?вых {С(! Се -р Сп)
На схему рис. 2 подается импульс вида (1); на выходе имеем
//л - и [_!__|__Са ~~ Сп1__,е
Сб .¿-а'
где
+ 1 Рг^^-тгтт;-т; г и р2
(1 О)
/?^/?1(С„ + СП1) ■ Я2(Сб+С п.)
Если положить, что в (3) СП1 = Сп + Сбу Сп2 — Сп Сб, и = /?вых, то увидим, что сигнал на выходе этих схем выдается одним и тем же выражением, т. е. схемы можно свести к общей эквивалентной схеме. Будем считать, что импульсы противоположной полярности, подаваемые на первую схему, строго одинаковы по форме и величине. Тогда условия компенсации емкостного тока для этой схемы будут иметь вид
1) с6 = Сс1 = С,
(4)
2) » /?,
вых,
для второй схемы
1) СаЯ 1 = Сб/?2,
2) Сп, = Сп2 - Сп, (5)
3)
При выполнении условий (4) и (5) сигнал на выходе эквивалентной схемы
/(¿) = -^(1 1 - е-*') = ¿{I) - ¿(¿).
/? й Иа акг емк
Здесь р — рх = р2 для обеих схем,
С й С С
а ~ -:—для первой схемы и а = -—— для второй.
Сп + 2С£/ Сп -р С^
Из (5) видим, что при использовании импульса напряжения с длинным фронтом измеряемый ток / (¿) ~(\ — т. е. равен актив-
Яа
ной составляющей. При р > р, т. е. когда фронт достаточно короткий, полной компенсации емкостного тоха не будет. Искажение вносится членом
В (/) = ае~Р
(7)
который при достаточно большом t=tp может стать сколько угодно
малым. Время t Uo
р молено определить, если задаться допустимой величиной относительной по-
грешности
In
а
(8)
/з -0,5 р
Р *
На рис. 3 показаны составляющие измеряемого тока: (сплошные кривые), 'емк (пунктирные кривые) и / (¿) — штрихпунктирные кривые. Из этого рисунка видно, что в промежутке О < Ь < 1р погрешность может быть значительной, при 1—1р она равна допустимой величине и при ¿> Ьр~~ меньше допустимой величины. Поправку для времени 0 < ^ < ^ можно определить расчетом по формуле (5).
Таким образом, надежные измерения с погрешностью меньше заданной соответствуют времени Ь^>>Ьр. Это же условие можно выбрать в качестве минимальной длительности фронта импульса напряжения. В качестве примера определим наименьшую длительность фронта импульса напряжения в мостовой схеме [4]. Имеем: /?1 = 1 ком, + См. Для использованной в схеме лампы 6Ж5П
4 г* с Р*°>1Р
^ 0*0.5 р
fit
Рис. 3. Зависимость от времени W 'емкО н /(0 = 'акт(0 + /емк(0.
Сек - 8,5 Ссэ = 2,2 пф См ^ 3 пф -
tp ~ ^фр. мин. :
(емкость между катодом и управляющей сеткой), (емкость между управляющей и охранной сетками), емкость монтажа. Положим, что 8(^)^0,1 %, тогда 1,3* Ю-7 сек. Следовательно, правильный отсчет значе-
ний тока по осциллограмме соответствует времени 1,3-10~7 сек. Использование более короткого фронта импульса определится практической необходимостью, и при этом нужно вносить расчетную поправку.
ЛИТЕРАТУРА
1. Н. Н. Race. G. Е. R. 44, 8, 1941.
;2. Е. А. К о н о р о в а, Д. Г. Лебедев. ПТЭ. 4, 68, 11958.
3. В. М. Ф а й н и ц к и й. Электричество. 4, 75, 1952.
4. А. В. Баранов. Сборник трудов межвузовской конференции диэлектриков и полупроводников. ГЭЙ, 1964.
по пробою
J2. Заказ 7769.
