CC BY
12
ИЗВЕСТИЯ
1 ОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 194 1972
ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ СПАДАНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ В БЕТАТРОНАХ
А. Е. КАЗАК. Е. Г. КАДЛУБОВИЧ, Г. А. КУНИЦЫН, И. Г. ЛЕЩЕНКО
(Представлена научным семинаром НИИ ЭИ и кафедры ИИТ АВТФ)
При настройке электромагнитов бетатронов и синхротронов большое значение уделяется измерению показателя спадания магнитного поля п, который определяется выражением
Л Н г
Д Н
где — —скорость спадания магнитного поля на радиусе от центра
Д г
ускорителя,
Н — напряженность магнитного тюля на том же радиусе.
Существуют различные способы косвенного и непосредственного измерения среднего и мгновенного значений показателя спадания магнитного поля [1]. Известно, что косвенные методы определения п по экспериментально снятой зависимости Я = /(г) трудоемки и обладают сравнительно большой погрешностью в ускорителях с большими радиусами орбиты.
Точнее и намного производительнее являются методы непосредственного измерения показателя спадания магнитного поля, основанные на измерении датчиками поля разности напряжений, пропорциональной АН на участке Аг, и напряжения на радиусе г, пропорционального Н, с последующими схемными преобразованиями.
Ниже описывается вариант прибора п-метра для непосредственного измерения как средних, так и мгновенных значений показателя спадания магнитного поля.
Блок-схема прибора приведена на рис. 1. В качестве датчика используется щуп, состоящий из трех измерительных катушек, аналогичных ранее описанным в [1].
Измерение основано на применении компенсационной схемы, по-
Д ¿7/Дозволяющей производить операцию деления - , а радиус поло-
жеппя пентра щупа г учитывать потенциометром, движок которого связан со щупом н размещен на специальном диске в зазоре электромагнитного ускорителя.
Операция деления осуществляется по схеме, избраженной на рис. 2. Выходными величинами схемы, то есть делимым и делителем, являются приращения величины сопротивлении Дг и Д/? плеч г?> и /?3 неуравновешенных мостов М{ и М2.
В качестве сопротивлений г3 и Яг применены термосопротивления с косвенным подогревом ТКП-300, обладающие высокой чувствительностью к мощности рассеивания в подогревателе [3]. Выходной вели-
, Д/У/Д г
чинои схемы является ток 1 — ——— . С учетом радиуса г потенциометром к0 показания измерительного прибора прямо пропорциональны среднему значению показателя спадания магнитного поля за период. Подогреватели питаются напряжениями, пропорциональными АН и Н,
Рис. о
снимаемыми со щупа. При равновесии моста Мх выходное напряжение ии равное входному напряжению усилителя, будет равно нулю, прибор покажет нулевое значение тока. В результате разбаланса моста М[ на выходе его появится напряжение
= (2) 4-г
где и о—напряжение питания моста М\. 94
Выходное напряжение усиливается усилителем и подается на вход второго моста. Разбаланс второго моста компенсируется с разбалансом первого моста до полной компенсации
и,-^. (3)
4 е
в идеальном случае Ц1 = ¿У2>
и о = = / • **
4-г 4
отсюда
1 Дг
/ выхл = — •£/()* —77- (4)
г Д/?
При ¿7! £Л относительная некомпенсация
¿А 1 + /с-р
Подставляем сюда значения ¿7! и и2
1 _ /-г-Д/?
1 + /У0-Дг
отсюда
_ /^.¿/„-Аг
/ вых.2 — -—-----— ■ (О)
г-Д/?- (1
Выходное напряжение второго моста
/' -1 АК п
^ 2 — " п ' ^ вых.ус »
4 к
Р= Ц = -1.**. (7)
^вых.ус. 4 Подставим значение р в выходной ток
■/вых.2 — -—- . (о)
Задаваясь величиной относительной недокомпенсации, можно определить коэффициент усиления усилителя К
а — ^выхЛ ~~ ^вых-2 ^^
/вых.1 4/? + А"-Д/? '
отсюда
(9)
Д/?
Для выбранных параметров термисторов ТКП-300 и относительной недокомпенсации 0,001 коэффициент усиления усилителя равен 5 000. Усилитель выполнен 3-каскадным, на транзисторах. Напряжение на выходе потенциометра равно
и^К.Ш^.г, (10)
Д и-г,
т. е. напряжение на выходе пропорционально п = п =-(показателю
и- Дг
спадания магнитного поля). Движок потенциометра жестко связан
с ползуном, в который вставляется датчик при измерениях. Сам потенциометр расположен на измерительном диске вдоль радиуса воздушного зазора электромагнита.
В качестве регистрирующего устройства прибора, обеспечивающего наибольшую точность измерения, применяется ламповый милливольтметр типа ВЗ-7, который подключается при измерениях к специальным клеммам на лицевой панели прибора. При этом предварительно производится градуировка шкалы милливольтметра непосредственно в п.
Для измерения мгновенных значений показателя спадания магнитного поля применяется устройство, блок-схема которого изображена на рис. 1. При помощи фазовращателя производится смещение синусоиды от 0 до 90°. Фильтр служит для сохранения формы синусоиды. Для увеличения стабильности работы и уменьшения уровня помех на входе прибора применен эмиттерный повторитель ЭП. Триггер Шмитта ТШ используется для формирования прямоугольных импульсов.
Дифференцирующая цепочка ДЦ преобразует эти импульсы в спусковые, которые запускают одновибрат-ор. С выхода ждущего мультивибратора ЖМ отрицательные импульсы длительностью порядка микросекунд подаются на четырехдиодные схемы отбора проб ЧСОП( и ЧСОП2 и открывают диоды в течение этих микросекунд. В течение времени действия импульсов диоды открыты и конденсаторы на выходе (рис. 3) заряжаются до соответствующих мгновенных значений измеряемых напряжений, которые подаются от преобразователя Д [4].
Чтобы для определения п использовать схему, которая применялась для измерения средних значений, необходимо эти импульсы, пропорциональные мгновенным значениям измеряемых напряжений, подать на плечи мостов М\ и М2.
Но так как постоянные времени подогревных термосопротивлений порядка 13,5 сек, необходимо короткие импульсы от одновибратора преобразовать в широкие. Это можно обеспечить увеличением постоянных разряда конденсаторов. Для этого ставятся эмиттерные повторители ЭП1 и на составных триодах.
Если смещать синусоиду от 0° до 90°, то тем самым смещается импульс, который на время, равное его длительности (порядка микросекунд), открывает схемы отбора проб. На выходе получаются напряжения, пропорциональные мгновенным значениям сШ и и, поступающим с датчике. При положении «проверка» переключателя Я3 и положении / переключателей П\ и П2 поочередно проверяются напряжения А и и и датчика. При положении «измерение» переключателя П3 производятся измерения средних и мгновенных значений. При измерении
Рис. 3
средних значений переключатели П\ и П2 одновременно ставятся в положение 2, для мгновенных — в положение 3.
Погрешность измерения среднего значения показателя спадания магнитного поля полностью зависит от погрешности лампового милливольтметра, используемого в качестве выходного прибора, погрешности электронной схемы и датчика
= ^л.в + Зэл.сх + V
Погрешность измерения лампового милливольтметра составляет 1,5%.
Погрешности за счет изменения температуры окружающей среды на измерении не скажутся, так как изменения сопротивлений термисто-ров А г и A R в одинаковой степени зависят от температуры и в результате деления устраняется зависимость выходной величины от температуры.
Погрешность электронной схемы задается при определении коэффициента усиления усилителя через величину относительной некомпенсации. Для данного прибора б Эл.сх =0,2%. Погрешность датчика можно разделить на следующие группы:
а) погрешность за счет возможной неправильной установки катушек по радиусу;
б) погрешность за счет возможного перекоса катушек;
в) температурная погрешность.
Первая погрешность определяется по формуле [ 1 ]
А/г _ / г + Аг у-"
п V г )
где Ал — смещение катушки по радиусу.
При смещении датчика на 0,5 мм на радиусе равновесной орбиты (г == 24,5 см), где действительное п = 0,062, измерение дает относительную ошибку 0,2-%.
Погрешность, возникающая за счет перекоса катушек, равна
АА__1__
n cosa
где а —угол отклонения.
При а = 2° погрешность равна 0,5%.
Температурная погрешность имеет место при нагревании измерительного щупа в зазоре электромагнита и подсчитавается по формуле
А/г _ AR
~ Rn + RK + А#к '
Здесь ARk = Rk2oo -a'-АГ — увеличение сопротивления катушки с ростом температуры, а'— средний температурный коэффициент (для меди 0,00393);
R к2о° •—сопротивление измерительной катушки при 20°С.
Для используемого в данном приборе датчика при увеличении температуры на 1°С погрешность составила 0,13%. Если при передвижении датчика из одной точки в другую напряжение сети изменится на Ь%, то это приведет к погрешности отсчета, равной также Ь% [1]. Поэтому при измерениях необходимо соблюдать условие стабильности напряжения сети (0,05-т-0,0Ь%). В этом случае полная максимальная погрешность будет порядка 2»%.
Погрешностью электронной схемы, которая применяется для измерения мгновенных значений показателя спадания магнитного поля, можно пренебречь. Импульсы, заряжающие конденсаторы в ЧСОП1 и ЧСОП2, следуют с интервалом 0,02 сек. За счет эмиттерных повторителей с большими входными сопротивлениями постоянные разряда рав-
7. Известия ТПИ, т. 194. 97
ны т = 0,082 сек, т. е. конденсаторы не успеют зарядиться за интервал следования импульсов.
Сопротивление термистора будет поддерживаться постоянным при выбранном мгновенном значении напряжения, если даже допустить погрешность электронной схемы до 5%, то есть т = 0,082±0,0041 сек.
ЛИТЕРАТУРА
1. И. Г. Л еще н ко. Разработка методики измерения магнитных полей в ускорителях. Труды ТПИ, 1956.
2. П. П. Орнатский. Автоматические измерительные приборы. Изд-во «Техника», 1965.
3. В. Ю. Л а в р и н е н к о. Справочник по полупроводниковым приборам. Изд-во «Техника», 1964.
4. Г. П а р т р и д ж. Электронные измерительные приборы. Госэнергоиздат, 1961.
