ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МАГНИТОМОДУЛЯЦИОННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ ИМПУЛЬСОВ ТОКА В УСКОРИТЕЛЯХ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ
В настоящее время имеется относительно небольшой арсенал устройств, с помощью которых можно измерять мощные импульсы тока в ускорительной и лазерной технике. Сюда можно отнести безиндуктивные шунты, пояс Роговского, метод фоторегистрации. Однако у всех этих способов имеются серьезные недостатки, к которым можно отнести: для безиндуктивных шунтов - наличие гальванической связи измеряемой цепи с выходной цепью; для пояса Роговского - зависимость выходного напряжения только от изменения во времени измеряемого тока, не позволяющая осуществлять замер на отрезке времени, где ток может оставаться неизменным; для метода фоторегистрации - очень медленная обработка информации.
Поэтому разработка новой модификации магнитомодуляционных измерителей импульсов тока, у которых отсутствовали бы перечисленные недостатки известных устройств, является весьма актуальной. Ниже рассматривается одна из разработанных конструкций магнитомодуляционного измерителя импульсов тока (МИИТ) совместно с вторичным измерителем, предназначенная для измерения импульсов тока в поворотных и фокусирующих электромагнитах, установленных на ускорителе элементарных частиц. Основной целью работы являлась разработка быстродействующего прецизионного измерителя амплитуды импульсов тока с выдачей информации в виде аналогового сигнала.
Устройство разработанного МИИТ показано на рис.1. Оно состоит из двух элементов. Первый элемент является активным и включает в себя два идентичных замкнутых ферроэлемента 1, модулирующую обмотку 2 и измерительную обмотку 3, которые охватывают одновременно две близлежащие стороны замкнутых ферроэлементов. Для увеличения магнитной индукции применяется наружный замкнутый магнитопровод 4, между замкнутым магнитопроводом 4 и ферроэлементом 1 проходит шина 5 с измеряемым импульсом тока Iu. Пассивный элемент включает в себя два идентичных замкнутых ферроэлемента 6, модулирующую обмотку 7 и измерительную обмотку 8. За счет пассивного элемента появилась возможность максимально упростить конструкцию, обусловленную тем, что в МИИТ применены всего две измерительные обмотки 3 и 8, включенные между собой последовательно и встречно, и две модулирующие обмотки 2 и 7, включенные последовательно и согласно.
Замкнутые ферроэлементы активного и пассивного элементов выполнены идентичными с одинаковыми геометрическими размерами и обмоточными данными и помещены в изоляционный корпус. На модулирующие обмотки 2 и 7 подается стабильное переменное напряжение им. В результате в ферроэлементах 1 и 6 создается переменное магнитное поле Фм, которое индуктирует в измерительных обмотках 3 и 8 ЭДС модуляции. Из-за последовательного и встречного соединения этих обмоток суммарное значение ЭДС модуляции равно нулю.
В процессе измерения по шинопроводу 5 проходит измеряемый импульс тока, имеющий одно и то же направление. По верхнему шинопроводу ток течет от нас, а по нижнему - к нам. В близлежащих стержнях замкнутых ферроэлементов, где расположена измерительная обмотка, магнитные силовые линии измеряемого потока Фи меняются по такому же закону, что и поток модуляции Фм. В тоже время при отсутствии потока модуляции магнитный поток Фи не участвует в наведении в измерительной обмотке ЭДС, которая имела бы физическую сущность трансформаторной ЭДС. В этот момент времени любое изменение измеряемого импульса тока, а, следовательно, и магнитного потока Фи, не оказывает влияния на измерительную обмотку. Это свойство разработанного МИИТ, исключающего трансформаторную ЭДС, взято за основу и позволяет применять устройство для измерения импульсов тока с наличием существенных значений ее производной во времени.
Отличительной особенностью МИИТ является то, что при изменении величины измеряемого тока от нуля до верхнего предела фаза амплитуды результирующей ЭДС не меняется, кроме того результирующая ЭДС проходит через амплитуду в тот момент, когда напряженность магнитного поля Н1 проходит через нулевое значение. Эти два ценных свойства разработанного МИИТ с успехом могут применяться для амплитудного метода измерения, который использован в разработанном вторичном измерителе.
Вторичный измеритель предназначен для измерения амплитуды положительных (или отрицательных) значений выходного напряжения МИИТ, которое пропорционально измеряемому импульсу тока, чтобы следить за мгновенным изменением выходного напряжения МИИТ и при амплитудном значении фиксировать его и запоминать.
Таким образом, технические характеристики МИИТ и вторичного измерителя: предел измерения амплитуды импульсов тока - 300 А,; интервал времени между двумя каналами измерений - 50 и 20 мкс; чувствительность - 0,02 В/А; приведенная погрешность - 1,2 %; габариты МИИТ - 56-50-20 мм; масса МИИТ - 0,15 кг; габариты вторичного измерителя - 220-220-350 мм; масса вторичного измерителя - 3,5 кг.