Приложение В (справочное). Рисунки стандартного датчика тока и метод его калибровки

Приложение В
(справочное)

Рисунки стандартного датчика тока и метод его калибровки

В.1 Детали конструкции датчика тока, который соответствует требованиям приложения В, приведены на рисунках В.1-В.5.

Примечание - Датчик тока, представленный в настоящем стандарте, отличается от датчика, приведенного в [3].

Конструкция датчика тока обеспечивает получение плоской кривой вносимого затухания при использовании отрезка кабеля RG 400 длиной 1 м. Для того, чтобы избежать множественных отражений, следует соединить аттенюатор затуханием не менее 6 дБ или непосредственно с выходным портом. Датчик тока не обязательно должен быть идентичен датчику, показанному на рисунках В.1-В.5.

а) Вид сверху	b) Вид снизу

с) Вид сбоку в разрезе

1 - область резисторов, состоящая приблизительно из 25 резисторов (только для сектора 90°)

Рисунок В.1 - Коаксиальный датчик; центральная латунная часть

1 - область резисторов, состоящая приблизительно из 25 резисторов (показана только для сектора 90°): а) Печатная плата	1 - отверстие диаметром 3,3 мм; 2 - vias b) Увеличенная область резисторов

Примечание - Размер резистора 0805; сопротивление резистора - 51 Ом; размещение - симметричное (использовать шаблон); материал - 0,5 мм FR-4, позолоченный; vias - два кольца на каждой стороне резистора, плюс одно кольцо рядом с выходной гранью печатной платы.

Рисунок В.2 - Датчик тока. Печатная схема

Примечание - Симметрично вращающаяся часть, часть I а) Пластик полифторопрен (тефлон) (PTFE)	Примечание - Симметрично вращающаяся часть b) Центральный проводник из латуни

Рисунок В.3 - Датчик тока, лист 1

Примечание - Симметрично вращающаяся часть. с) Верхняя часть центрального проводника из нержавеющей стали	d) Вид сверху, часть II	е) Вид сбоку в разрезе, часть II

1 - центральный проводник

Примечание - Вместо него может использоваться аналогичный соединитель типа N

f) Миниатюрная версия А - коаксиальный соединитель (SMA)

Рисунок В.3, лист 2

а) Вид сверху

b) Вид сбоку в разрезе

Рисунок В.4 - Коаксиальный датчик. Покрытие: нержавеющая сталь

1 - PTFE часть II; 2 - верхняя часть центрального проводника; 3 - крышка; 4 - центральный проводник; 5 - PTFE часть I; 6 - центральная латунная часть; 7 - соединитель; 8 - резисторы

Рисунок В.5 - Коаксиальный датчик

В.2 Требования к датчику тока

В.2.1 Требования к датчику тока: вносимое затухание

Вместо значения вносимого затухания датчика тока устанавливают значение вносимого затухания измерительной цепи, состоящей из датчика тока, аттенюатора и кабеля, что упрощает анализ системы измерений, т.к. требуются оценка характеристик измерительной цепи и осциллографа, а не каждого элемента в отдельности.

Отклонения значения вносимого затухания цепи "датчик тока - аттенюатор - кабель" не должны превышать  0,5 дБ на частотах до 1 ГГц.

Примечания

1 Если отклонения значения вносимого затухания превышают нормы, то для компенсации используют прямое быстрое преобразование Фурье (FFT) и обратное быстрое преобразование Фурье. Однако это не рекомендуется.

2 Временные интервалы калибровки при измерениях значений передаточного сопротивления постоянного тока и вносимых потерь могут быть различными. Если результат измерения значения передаточного сопротивления постоянного тока отличается от результата исходных измерений менее чем на 1 %, считают, что вносимое затухание цепи "датчик тока - аттенюатор - кабель" не изменилось, если используются те же кабель и аттенюатор, и других изменений (например, потери или разрушения соединителей) не было.

3 Цепь "датчик тока - аттенюатор - кабель" всегда должна рассматриваться как единое целое. Если проводятся замена/демонтаж одного элемента и (или) повторная сборка, необходимо вновь провести калибровку всей цепи с подтверждением соответствия требованиям настоящего стандарта.

В.2.2 Адаптер "датчик тока - линия"

Адаптер "датчик тока - линия", представленный на рисунке В.6, соединяет коаксиальный кабель 50 Ом с входом датчика тока. Геометрически адаптер плавно переходит от диаметра коаксиального кабеля к диаметру датчика. Если для конкретного датчика тока сопротивление, вычисляемое из отношения диаметров d и D (см. рисунок В.7), не равно 50 Ом, конструкция адаптера "датчик тока - линия" должна быть такой, чтобы внешний диаметр его внутреннего проводника был равен диаметру внутреннего электрода датчика тока. Сопротивление вычисляют с учетом диэлектрической постоянной материала, который заполняет конусообразный адаптер (обычно - воздух). Адаптер "датчик тока - линия" должен поддерживать сопротивление 50 Ом  2 % в полосе частот до 1 ГГц. Коэффициент отражения двух адаптеров "датчик тока - линия", соединенных "лицом к лицу", должен быть более 30 дБ на частотах до 1 ГГц. Значение вносимого затухания двух адаптеров "датчик тока - линия", соединенных "лицом к лицу", должно быть менее  0,3 дБ постоянного тока на частотах до 1 ГГц.

Примечание - Возможно взаимодействие с другими соединителями, соответствующими требованиям к сопротивлению и вносимым потерям.

1 - коаксиальная линия адаптера; 2 - датчик тока

Рисунок В.6 - Пример адаптера "датчик тока - линия", соединенного с датчиком тока

1 - внутренний электрод; 2 - резистивный промежуток; 3 - заземление; d - внешний диаметр внутреннего электрода; D - внутренний диаметр внешнего электрода

Рисунок В.7 - Датчик тока: вид спереди

В.2.3 Определение вносимого затухания цепи "датчик тока - аттенюатор - кабель"

Вносимое затухание цепи "датчик тока - аттенюатор - кабель" измеряют с помощью векторного анализатора цепей (см. рисунок В.8). Допускается также использовать анализатор спектра с генератором слежения и другие системы для измерения значения вносимого затухания.

Для того, чтобы избежать множественных отражений между умеренно совпадающими источниками сигналов и датчиком тока с большим отражением, следует использовать хорошо согласованные аттенюаторы между источником сигнала и датчиком тока. Обычно достаточно применить аттенюатор затуханием 20 дБ на каждой стороне. Важно также не использовать коаксиальные адаптеры между аттенюатором и датчиком тока или линией датчика тока, т.к. они могут создавать отражения. Изменяя длину кабеля между измерительной системой и датчиком тока, можно установить, успешно ли подавляются отражения. Эти отражения проявляются как периодические волны изменения вносимого затухания в зависимости от частоты.

а - анализатор цепей должен калиброваться в этих точках; 1 - анализатор цепей; 2 - датчик тока; 3 - конусообразный адаптер 50 Ом; 4 - аттенюатор А; 5 - аттенюатор В; 6 - коаксиальный кабель; 7 - выходной соединитель анализатора цепей; 8 - входной соединитель анализатора цепей

Примечание - Датчик тока, аттенюатор А и коаксиальный кабель составляют цепь "датчик тока - аттенюатор - кабель", которую проверяют с использованием данной установки для испытаний.

Рисунок В.8 - Схема измерения анализатором цепей вносимого затухания цепи "датчик тока - аттенюатор - кабель"

Процедура измерения значения вносимого затухания состоит в калибровке анализатора цепей в точках, показанных на рисунке В.8 (между аттенюатором и датчиком тока, между аттенюатором и адаптером "датчик тока - линия").

Примечания

1 Если анализатор цепей не применяется, процедуру изменяют соответствующим образом:

- соединяют "датчик тока - линия" с цепью "датчик тока - аттенюатор - кабель" и подключают, как показано на рисунке В.8;

- измеряют вносимое затухание.

Отклонения значения вносимого затухания цепи "датчик тока - аттенюатор - кабель" должны быть менее  0,5 дБ на частотах между постоянным током и 1 ГГц.

2 Вместо постоянного тока в анализаторе цепей должна использоваться наименьшая частота. Характеристики при постоянном токе измеряют отдельно.

3 Временные интервалы калибровки при измерениях значений передаточного сопротивления постоянного тока и вносимых потерь могут быть различными. Если результат измерения значения передаточного сопротивления постоянного тока отличается от результата исходных измерений менее чем на 1 %, считают, что вносимое затухание цепи "датчик тока - аттенюатор - кабель" не изменилось, если используются те же кабель и аттенюатор, и других изменений (например, потери или разрушения соединителей) не было.

В.2.4 Определение передаточного сопротивления постоянного тока цепи "датчик тока - аттенюатор - кабель"

Низкочастотное передаточное сопротивление цепи "датчик тока - аттенюатор - кабель" системы измерения тока определяют как отношение значения тока, поданного на вход датчика, к значению напряжения на нагрузке 50 Ом, подключенной на выходе кабеля (т.е. помещенной в конце кабеля вместо осциллографа). Схема цепи представлена на рисунке В.9.

При измерении электростатических разрядов на дисплее осциллографа отображается напряжение V_osc, если подается ток I_sys на датчик тока. Для расчета неизвестного тока необходимо значение напряжения, отображенное на дисплее, разделить на передаточное низкочастотное сопротивление постоянного тока Z_sys.

1 - датчик тока; 2 - пример внутренней схемы датчика тока; 3 - аттенюатор; 4 - внутренняя схема аттенюатора; 5 - источник постоянного тока; 6 - амперметр; 7 - нагрузка 50 Ом; 8 - цифровой вольтметр

Рисунок В.9 - Схема определения низкочастотного передаточного сопротивления системы измерения тока

Низкочастотное передаточное сопротивление цепи "датчик тока - аттенюатор - кабель" определяют следующим образом.

Подают ток I_sys силой 1 А на переднюю сторону датчика тока (сторону подачи электростатического разряда). Допустимые отклонения силы тока должны быть  1 %. Более высокие токи могут использоваться, если они термически не влияют на датчик тока. Измеряют выходное напряжение V на нагрузке сопротивлением 50 Ом.

Вычисляют передаточное сопротивление по формуле

.

(В.1)

Примечание - Для того, чтобы проверить тот факт, что внешние напряжения не влияют на результат измерения, проводят измерения с положительным и отрицательным токами. Результаты измерений должны отличаться не более чем на 0,5 %.

Допускается применение других методов определения передаточных характеристик цепи "датчик тока - аттенюатор - кабель".