Экспериментальные исследования выходных характеристик эталона РЭМП
Разработан и построен "Исходный Эталон единиц максимальных значений напряжённостей импульсных электрического – вольт на метр (В/м) и магнитного – ампер на метр (А/м) полей" с наносекундным временем нарастания напряжённости электромагнитного поля амплитудой до сотен кВ/м и сотен А/м. Розроб...
Saved in:
| Published in: | Електротехніка і електромеханіка |
|---|---|
| Date: | 2008 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2008
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143071 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Экспериментальные исследования выходных характеристик эталона РЭМП / В.И. Кравченко, В.В. Князев, И.П. Лесной, Ю.С. Немченко, Ю.Н. Гирка // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 4. — С. 70-74. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860236870415286272 |
|---|---|
| author | Кравченко, В.И. Князев, В.В. Лесной, И.П. Немченко, Ю.С. Гирка, Ю.Н. |
| author_facet | Кравченко, В.И. Князев, В.В. Лесной, И.П. Немченко, Ю.С. Гирка, Ю.Н. |
| citation_txt | Экспериментальные исследования выходных характеристик эталона РЭМП / В.И. Кравченко, В.В. Князев, И.П. Лесной, Ю.С. Немченко, Ю.Н. Гирка // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 4. — С. 70-74. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Електротехніка і електромеханіка |
| description | Разработан и построен "Исходный Эталон единиц максимальных значений напряжённостей импульсных электрического – вольт на метр (В/м) и магнитного – ампер на метр (А/м) полей" с наносекундным временем нарастания напряжённости электромагнитного поля амплитудой до сотен кВ/м и сотен А/м.
Розроблено и побудовано "Вихідний Еталон одиниць максимальних значень напруженості імпульсних електричного – вольт на метр (В/м) та магнітного – ампер на метр (А/м) полів" з наносекундним часом зростання напруженості електромагнітного поля амплітудою до сотень кВ/м та сотень А/м.
A "Basic reference standard for maximum intensity units of pulse electric, volt per metre (V/m), and magnetic, ampere per metre (A/m), fields" is worked out and constructed with a nanosecond intensity rise time for an electromagnetic field with the magnitude reaching hundreds of kV/m and hundreds of A/m.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:26:08Z |
| format | Article |
| fulltext |
70 Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №4
УДК 621.317.3
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ЭТАЛОНА РЭМП
Кравченко В.И., д.т.н., Князев В.В., к.т.н., Лесной И.П., Немченко Ю.С., Гирка Ю.Н.
НИПКИ "Молния" Национального технического университета "Харьковский политехнический институт"
Украина, 61013, Харьков, ул. Шевченко 47, НИПКИ "Молния" НТУ "ХПИ"
тел.(057) 707-61-33, факс (057) 707-68-68, E-mail: nipkimolniya@kpi.кharkov.ua
Разработан и построен "Исходный Эталон единиц максимальных значений напряжённостей импульсных электриче-
ского – вольт на метр (В/м) и магнитного – ампер на метр (А/м) полей" с наносекундным временем нарастания на-
пряжённости электромагнитного поля амплитудой до сотен кВ/м и сотен А/м.
Розроблено и побудовано "Вихідний Еталон одиниць максимальних значень напруженості імпульсних електричного –
вольт на метр (В/м) та магнітного – ампер на метр (А/м) полів" з наносекундним часом зростання напруженості
електромагнітного поля амплітудою до сотень кВ/м та сотень А/м.
Исходный эталон единиц максимальных значе-
ний напряжённости импульсных электрического –
вольт на метр (В/м) и магнитного – ампер на метр
(А/м) полей (далее по тексту – Эталон РЭМП) создан
в НИПКИ "Молния" НТУ "ХПИ" с целью проведения
метрологической аттестации нестандартизованных
средств измерения (НСИТ), которые применяются как
на экспериментальной базе (ЭБ) НИПКИ "Молния" -
объекте национального достояния Украины, так и в
других аналогичных организациях СНГ. Вышеука-
занные НСИТ (более 100 типов), разработанные в
НИПКИ "Молния", применяются для измерения вы-
ходных параметров мощных импульсных испыта-
тельных установок ЭБ (напряжённостей генерируе-
мых ими электрических и магнитных полей), так и
для измерения электромагнитных полей (ЭМП), про-
никающих внутрь технических средств (ТС), испыты-
ваемых на этих установках.
Краткие сведения об амплитудно-временном
диапазоне (АВП) этих ЭМП приведены в табл. 1.
Таблица 1
Амплитудно-временной диапазон моделируемых ЭМП
Параметр ЭМП Единицы
измерения Величина
электри-
ческого
поля
В/м 10-1 – 105 Амплитуд-
ный диапа-
зон магнит-
ного поля А/м 10-3 – 104
Длительность фронта с 5·10-9 – 10-5
Длительность спада с 2·10-7 – 10-1
Из этой таблицы видно, что СИТ используются в
чрезвычайно широком АВД, и, казалось бы, нельзя
найти при их проектировании общего знаменателя.
Однако, метрологические характеристики (МХ) им-
пульсных НСИТ не зависят от АВД СИТ, так как со-
гласно [1] МХ – это, в первую очередь, форма и пара-
метры переходной характеристики (ПХ) СИТ, а
именно:
- время нарастания ПХ ПХ
нТ ;
- постоянная времени спада ПХ ПХ
сТ ;
- коэффициент преобразования Кпр.
В соответствии с общепринятой мировой прак-
тикой параметры ПХ должны соответствовать сле-
дующим критериям:
3
фПХ
н
Т
Т ≤ ; (1)
ПХ
сТ ≥ 10Т с; (2)
3
)( прmin0min0
min
KHE
k y
⋅
= , (3)
где Тф, Тс– длительность фронта и спада измеряемых
НСИТ импульсов ЭМП, с; ky min – минимальная чувст-
вительность осциллографа, В/дел; Е0 min , Н0 min – на-
пряжённость измеряемых электрического и магнитно-
го полей, В/м, А/м; Кпр – предполагаемый коэффици-
ент преобразования НСИТ, В/(В/м), В/(А/м).
Исходя из требований (1) – (3) и данных таблицы
1 параметры ПХ НСИТ должны быть следующими:
- ПХ
нТ – от 1,7·10-9 с до 3,4·10-6 с;
- ПХ
сТ – от 2·10-6 до 1 c;
- Кпр – от 3·10-6 В/(В/м), В/(А/м) для электриче-
ского и магнитного поля.
Таким образом отсюда вытекают требования к
установкам для экспериментального определения па-
раметров ПХ НСИТ – поверочным установкам (ПУ); а
именно ПУ должны генерировать высокостабильные
и точно контролируемые импульсы ЭМП, в идеаль-
ном случае, со следующими характеристиками:
- амплитудный диапазон ПХ должен лежать в
пределах от единиц В/м и мА/м до сотен кВ/м и сотен
А/м;
- длительность фронта
3
СИТ
нПУ
ф
ТТ ≤ ;
- длительность спада ПУ
сТ >> ТсСИТ ;
- габариты рабочего объёма ПУ во всех направ-
лениях должны в несколько раз (не менее 3) превы-
шать габариты аттестуемого НСИТ;
- нестабильность выходных характеристик
ПУ≤1% за период проведения аттестации НСИТ.
Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №4 71
Этим требованиям может удовлетворить только
Эталон импульсного ЭМП [2]. Такой Эталон и был
создан в рамках работ по объекту национального дос-
тояния Украины при полной поддержке Министерст-
ва науки и образования Украины за период с 2002 по
2005 годы.
Кроме вышеперечисленных причин, острая не-
обходимость в создании собственного Эталона вызва-
на ещё и отсутствием в Украине нужных нам ПУ.
Ближайший аналог нашего Эталона имеет только РФ
– Государственный специальный эталон единиц на-
пряжённости импульсных электрических и магнит-
ных полей, созданный ещё в СССР и хранящийся во
ВНИИОФИ Госстандарта РФ.
Наш Эталон создан в качестве рабочего или вто-
ричного эталона ИЭМП, но, так как он обладает наи-
высшей точностью для ПУ аналогичного назначения
в Украине, то в соответствии с [3] он автоматически
получает статус Исходного Эталона Украины (шифр
Эталон РЭМП).
Общий вид Эталона РЭМП приведён на рис. 1, а
его структурная схема – на рис. 2 [4], где ЭСИ – эта-
лон субнаносекундных импульсов ЭМП; ЭНИ – эта-
лон наносекундных импульсов ЭМП; ПКУ – пульт
контроля и управления; ПВУ – повысительно-
выпрямительное устройство; ГСИ – генератор сту-
пенчатых импульсов; ГЭИ – генератор экспоненци-
альных импульсов; КПП – коаксиально-полосковый
переход; ПЛ-24 – полосковая линия с расстоянием
между пластинами 0,24 м; ПЛ-48 – полосковая линия
с расстоянием между пластинами 0,48 м; СН – согла-
сующая нагрузка; ОИК – образцовый измерительный
комплекс; УВД- установка высокого давления; Р –
регистраторы; ЭИК – экранированная измерительная
кабина.
Рис. 1. Общий вид Эталона РЭМП
ЭТАЛОН
РЭМП
ЭСИ
ЭНИ Р
ЭИК
СН-24 ПЛ-24КПП ГСИ ПВУ ПКУ
ОИК ЭСИ
СН-48КПП ПЛ-48КПП
СН-24 ПЛ-24
ГЭИ
КПП
ПВУ ПКУ ОИК ЭНИ
УВД
Рис. 2. Структурная схема Эталона РЭМП
Эталон РЭМП – это высоковольтный импульс-
ный источник питания, разряжаемый на ЭМП – поле-
образующую систему такого вида, что бы структура и
параметры ЭМП в ней можно было легко анализиро-
вать, измерять и рассчитывать.
В качестве образцовых полеобразующих систем
в Эталоне РЭМП применяются симметричные замк-
нутые полосковые линии (ПЛ) (ПЛ-24 для Эталона
ЭСИ и ПЛ-48 для эталона ЭНИ), где цифрами обозна-
чено расстояние в сантиметрах между электродами.
В согласованной ПЛ создаётся плоская бегущая
волна ЭМП, вектора которой показаны на рис. 3 [5].
Измерение параметров аттестационного ЭМП в
рабочем объёме Эталона проводится образцовым из-
мерительным комплексом, состоящим из трёх СИТ
(рис. 4).
Форма ЭМП показана на рис. 5.
По результатам первичной метрологической ат-
тестации Эталона РЭМП, проведённой сотрудниками
ВНИИОФИ Госстандарта РФ путём переноса единиц
измерения ЭМП с Государственного специального
эталона единиц напряжённости импульсных электри-
ческих и магнитных полей РФ получены следующие
характеристики:
- время нарастания импульсов ЭМП приведено в
табл. 2.
Таблица 2
Тфр имп Е, нс Тфр имп Н, нс Рабочая
зона 1 режим 2 режим 1 режим 2 режим
ПЛ-24 8,8 ± 0,3 0,66 ± 0,03 8,1 ± 0,4 -
ПЛ-48 9,5 ± 0,3 2,1 ± 0,1 8,3 ± 0,4 -
Время нарастания импульсов ЭМП в Эталоне
РЭМП
- диапазон амплитудных значений воспроизво-
димых импульсов напряженностей электрического и
магнитного полей составляет:
в режиме 1: Е1 = (4÷200) кВ/м;
Н1 = (10÷500) А/м
в режиме 2: Е2 = (0,003÷120) кВ/м;
Н2 = (7,5×10-3÷320) А/м
- постоянная времени спада воспроизводимых
импульсов напряженностей электрического и магнит-
ного полей на уровне 0,367 от амплитуды в режиме 1
составляет: (127 ± 7) мкс, доверительная вероятность
Р = 0,95.
72 Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №4
Рис. 3. Структура поля в полосковой линии
а
б
в
Рис. 4. Измерительный комплекс Эталона РЭМП:
а – измеритель магнитного поля с оптической линией
передачи информации; б – измеритель электрического поля
с оптической линией передачи информации; в – измеритель
электрического поля с кабельной линией передачи
информации
а
б
в
г
Рис. 5. Форма поля в Эталоне РЭМП:
а, б – фронт и спад импульса электрического поля;
в, г – фронт и спад магнитного поля
Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №4 73
Таким образом, выходные параметры Эталона
РЭМП полностью соответствуют вышеперечислен-
ным требованиям к ПУ.
Последнее требование к ПУ, а именно – высокая
стабильность выходных параметров была определена
нами в период опытной эксплуатации Эталона РЭМП
в 2005 – 2007 годах [6].
Факторы, влияющие на выходные характеристи-
ки Эталона РЭМП, можно условно разделить на дей-
ствующие в течение одной серии испытаний и дейст-
вующие в течение межповерочного интервала.
К кратковременным факторам можно отнести
изменение температуры окружающей среды, давления
в коммутаторах ЭНИ и ЭСИ и колебания сетевого
напряжения питания.
Анализ нестабильности выходных параметров
Эталона РЭМП проводился на основе экспериментов,
то есть снимались осциллограммы выходных импуль-
сов ЭМП за длительный период, и по ним определя-
лись отличия во временных и амплитудных характе-
ристиках Эталона РЭМП. Результаты анализа приве-
дены в табл. 3.
В этой таблице даны значения длительности
фронта ТЭО полученные с помощью электронного ос-
циллографа Tektronix TDS 3052B, который имеет соб-
ственное время нарастания переходной характеристи-
ки ТПХ(ЭО) равное 0,7 нс. Для определения истинного
времени нарастания импульса напряжённости элек-
трического поля Ти необходимо воспользоваться фор-
мулой:
2
ПХ(ЭО)
2
ЭОи ТТТ −= , (4)
где ТЭО – длительность фронта импульса на экране осцил-
лографа; ТПХ(ЭО) – время нарастания переходной характе-
ристики осциллографа (указано в паспорте на него).
Таблица 3
Стабильность характеристик Эталона РЭМП
min
зарU , кВ ср
зарU , кВ max
зарU , кВ Параметр t, °C
ПЛ-24 ПЛ-48 ПЛ-24 ПЛ-48 ПЛ-24 ПЛ-48
18 13,77 25,75 27,2 48,96 49,8 70,12 max
выхE , кВ/м 22 13,28 25,50 27,17 48,55 49,65 69,74
18 0,97 9,61 0,97 9,60 0,94 9,51 9,01,0
ф
−T , нс
22 0,97 9,57 0,95 9,55 0,96 9,53
18 0,71 6,50 0,72 6,52 0,72 6,53 8,01,0
ф
−T , нс
22 0,72 6,51 0,72 6,51 0,71 6,51
Анализ данных, приведённых в таблице 3, пока-
зывает, что при росте температуры наблюдается незна-
чительное (менее 1%) падение максимальной амплиту-
ды, а так же, в большинстве случаев, изменение фрон-
тов импульсов (до 0,05 нс). Такая зависимость наблю-
дается при всех уровнях зарядного напряжения. Коле-
бания выходных характеристик отражены в табл. 4.
Таким образом, можно утверждать, что измене-
ние температуры и зарядного напряжения в пределах
определённых при последней метрологической атте-
стации, не имеют значительного влияния на выход-
ные характеристики Эталона РЭМП.
Таблица 4
Анализ стабильности работы Эталона РЭМП
Параметр ПЛ-24 ПЛ-48
Изменение амплитуды
Еmax,% 0,4 – 0,6 0,6 – 0,86
Изменение времени на-
растания Тф, % 0,3 – 0,9 0,2 – 0,8
Проводилось изучение зависимости напряжён-
ности электрического поля от уровня напряжения
питания, в процессе которого напряжение питающей
сети изменялось от 200 до 240 В при постоянной тем-
пературе. В результате экспериментов изменений
временных характеристик получаемых импульсов не
наблюдалось. Единственным отличием осциллограмм
на разных уровнях напряжения питания трансформа-
тора было различие в амплитуде.
Из теории полосковых линий [5] известно, что
максимальная напряжённость электрического поля в
согласованных ПЛ рассчитывается по упрощенной
формуле:
h
UE пл
max = , (5)
где UПЛ – напряжение между электродами ПЛ, кВ; h –
расстояние между электродами, м.
Так как зависимость между напряжённостью
электрического поля и напряжением между электро-
дами ПЛ (которое, в свою очередь, прямо пропорцио-
нально напряжению питания) линейна, то естественно
амплитуда напряжённости электрического поля будет
возрастать с ростом амплитуды напряжения питания
ПВУ (рис. 6 и 7).
0
20
40
60
80
0 10 20 30 40 50
Uзар, кВ
E, кВ/м
Рис. 6. График зависимости напряжённости электрического
поля в ПЛ-48 от зарядного напряжения генератора
экспоненциальных импульсов
74 Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №4
0
20
40
60
80
0 10 20 30
Uзар, кВ
Е, кВ/м
Рис. 7. График зависимости напряжённости электрического
поля в ПЛ-24 от зарядного напряжения генератора
ступенчатых импульсов
Таким образом, для исключения этого фактора,
негативно влияющего на стабильность выходных ха-
рактеристик Эталона, были приняты два решения:
1) Установить в ПКУ Эталона РЭМП электрон-
ный стабилизатор напряжения типа Б2–3.
2) В течение всей работы Эталона поддерживать
постоянное зарядное напряжение по штатному циф-
ровому вольтметру Эталона типа В2–22.
В результате исследований было доказано, что,
если исключить колебания напряжения питания пу-
тём установки в цепь питания электронного стабили-
затора, то при установке и контроле зарядного напря-
жения и давления в газовом оборудовании наблю-
дающиеся изменения характеристик находятся в пре-
делах допустимых свидетельством о метрологической
аттестации (до 1% по амплитуде и до 0,1 нс по време-
ни нарастания импульсов).
К изменениям, имеющим длительный характер,
относятся трансформации в высоковольтном и изме-
рительном оборудовании. Если эти изменения и име-
ют место, то их влияние на выходные характеристики
Эталона РЭМП замечены не были.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты метрологической аттестации и по-
следующий опыт эксплуатации Эталона РЭМП пока-
зали его полную пригодность, как высокостабильного
образцового источника импульсных ЭМП, для прове-
дения метрологической аттестации НСИТ как ЭБ
НИПКИ "Молния", так и НСИТ аналогичных устано-
вок СНГ.
ЛИТЕРАТУРА
[1] ГОСТ 8.256–77. Государственная система обеспечения
единства измерения. Нормирование и определение ди-
намических характеристик аналоговых средств измере-
ния. Основные положения.
[2] Техническое задание на разработку и создание Эталона
РЭМП от 18.05.2003 г.
[3] ДСТУ 3231-95. Метрологія. Еталони державні та вто-
ринні одиниць вимірювань. Основні положення, поря-
док розроблення, затвердження реєстрації, зберігання та
застосування.
[4] Исходный Эталон единиц максимальных значений на-
ряжённостей импульсных электрического – вольт на
метр (В/м) и магнитного – ампер на метр (А/м) полей.
Руководство по эксплуатации. Эталон РЭМП-
000.000.000 РЭ.
[5] Ковалёв И.С. Конструирование и расчёт полосковых
устройств. М., 1974, 296 л. с ил.
[6] Кравченко В.И., Немченко Ю.С., Танцура А.И.,
Гирка Ю.Н. Экспериментальное исследование стабиль-
ности выходных характеристик Эталона РЭМП// Вісник
Національного технічного університету "Харківський
політехнічний інститут".-Харків: НТУ "ХПІ".-2007.-
№20.-С. 3-13.
Поступила 05.11.2007
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-143071 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2074-272X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:26:08Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кравченко, В.И. Князев, В.В. Лесной, И.П. Немченко, Ю.С. Гирка, Ю.Н. 2018-10-23T17:48:25Z 2018-10-23T17:48:25Z 2008 Экспериментальные исследования выходных характеристик эталона РЭМП / В.И. Кравченко, В.В. Князев, И.П. Лесной, Ю.С. Немченко, Ю.Н. Гирка // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 4. — С. 70-74. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 2074-272X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143071 621.317.3 Разработан и построен "Исходный Эталон единиц максимальных значений напряжённостей импульсных электрического – вольт на метр (В/м) и магнитного – ампер на метр (А/м) полей" с наносекундным временем нарастания напряжённости электромагнитного поля амплитудой до сотен кВ/м и сотен А/м. Розроблено и побудовано "Вихідний Еталон одиниць максимальних значень напруженості імпульсних електричного – вольт на метр (В/м) та магнітного – ампер на метр (А/м) полів" з наносекундним часом зростання напруженості електромагнітного поля амплітудою до сотень кВ/м та сотень А/м. A "Basic reference standard for maximum intensity units of pulse electric, volt per metre (V/m), and magnetic, ampere per metre (A/m), fields" is worked out and constructed with a nanosecond intensity rise time for an electromagnetic field with the magnitude reaching hundreds of kV/m and hundreds of A/m. ru Інститут технічних проблем магнетизму НАН України Електротехніка і електромеханіка Техніка сильних електричних та магнітних полів Экспериментальные исследования выходных характеристик эталона РЭМП Experimental research on output charachteristics of standard of electromagnetic field Article published earlier |
| spellingShingle | Экспериментальные исследования выходных характеристик эталона РЭМП Кравченко, В.И. Князев, В.В. Лесной, И.П. Немченко, Ю.С. Гирка, Ю.Н. Техніка сильних електричних та магнітних полів |
| title | Экспериментальные исследования выходных характеристик эталона РЭМП |
| title_alt | Experimental research on output charachteristics of standard of electromagnetic field |
| title_full | Экспериментальные исследования выходных характеристик эталона РЭМП |
| title_fullStr | Экспериментальные исследования выходных характеристик эталона РЭМП |
| title_full_unstemmed | Экспериментальные исследования выходных характеристик эталона РЭМП |
| title_short | Экспериментальные исследования выходных характеристик эталона РЭМП |
| title_sort | экспериментальные исследования выходных характеристик эталона рэмп |
| topic | Техніка сильних електричних та магнітних полів |
| topic_facet | Техніка сильних електричних та магнітних полів |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143071 |
| work_keys_str_mv | AT kravčenkovi éksperimentalʹnyeissledovaniâvyhodnyhharakteristikétalonarémp AT knâzevvv éksperimentalʹnyeissledovaniâvyhodnyhharakteristikétalonarémp AT lesnoiip éksperimentalʹnyeissledovaniâvyhodnyhharakteristikétalonarémp AT nemčenkoûs éksperimentalʹnyeissledovaniâvyhodnyhharakteristikétalonarémp AT girkaûn éksperimentalʹnyeissledovaniâvyhodnyhharakteristikétalonarémp AT kravčenkovi experimentalresearchonoutputcharachteristicsofstandardofelectromagneticfield AT knâzevvv experimentalresearchonoutputcharachteristicsofstandardofelectromagneticfield AT lesnoiip experimentalresearchonoutputcharachteristicsofstandardofelectromagneticfield AT nemčenkoûs experimentalresearchonoutputcharachteristicsofstandardofelectromagneticfield AT girkaûn experimentalresearchonoutputcharachteristicsofstandardofelectromagneticfield |