SBK matuoklis

Problemos su SBK matuokliais privertė mane pasidomėti jų konstrukcijomis ir skaičiavimais. SBK matuoklis linijų pagrindu praveriant po kabelio šarvu laidininkus principe yra neblogas ir paprastas, tačiau jo jautrumas keičiasi priklausomai nuo dažnio. Todėl tokios konstrukcijos iš karto atsisakiau. Ko gero optimaliausias SBK matuoklis yra su srovės transformatoriumi. Šis prietaisas matuoja įtampą, esančią linijoje, joje tekančią srovę ir fazę tarp jų. Srovės transformatoriaus antrinėse apvijose vyksta šių įtampų aplitudinis ir fazinis sumavimas, o iš gauto rezultato galima rasti SBK.

Srovė keičiama į įtampą srovės transformatoriumi, jo antrinėse apvijose gauname vienodas, bet priešingų fazių įtampas. Įtampa linijoje iki reikiamo dydžio sumažinama talpuminiu dalikliu arba transformatoriumi. Ši įtampa paduodama į srovės transformatoriaus antrinių apvijų vidurinį tašką. Esant SBK=1 ji yra lygi srovės transformatorių antrinių apvijų įtampoms. Įtampos susisumuoja pagal dydį ir fazę ir viename srovės transformatoriaus išėjime įtampa gaunasi dvigubai didesnė, o kitame lygi nuliui. Kai SBK nelygus nuliui įtampa yra abiejuose transformatoriaus išėjimuose, iš jų galima išskaičiuoti SBK. Jei apkrovą užtrumpinsime ar ją atjungsime, SBK bus begalybė ir įtampos abiejuose srovės transformatoriaus išėjimuose bus vienodos.

Srovės transformatoriaus antrinės apvijos įtampos dydis bei jos fazė turi lemiamą įtaką matavimo rezultatui. Ši įtampa ir jos fazė turi tiksliai atitikti pirminės apvijos srovės parametrus visame SBK matuoklio darbo diapazone.Todėl didelės matavimo paklaidos dažniausia gaunamos dėl neteisingo srovės transformatoriaus skaičiavimo ir konstrukcijos. Transformatoriaus antrinė apvija turi atitikti AD plačiajuosčiams transformatoriams keliamus reikalavimus, t.y. turi būti vyniojama dviem tarp savęs susuktais laidais (ilgos linijos transformatorius). Laido diametras ir susukimų skaičius į ilgio vienetą apsprendžia gaunamos linijos banginę varžą. Ši varža randama iš lentelių. Pvz. kad gautume maždaug 50W banginės varžos liniją, reikia du 0,2mm diametro laku izoliutus laidus tarp savęs susukti maždaug 4 susukimais į centimetrą. Šios linijos banginė varža turi atitikti antrinės apvijos apkrovos varžai. Realiai realizuojamos 50-60 W banginės varžos linijos.



Dažniausia naudojama SBK matuoklio schema parodyta pav. 1. Įtampos daliklis sudarytas iš kondensatorių C1, C2 ir C3. Rezistorius R3 reikalingas tam, kad būtų kelias pastoviai srovei, tekančiai per matavimo prietaisą. Jis prijungtas lygiagrečiai kondensatoriams C2 ir C3. Rezistorius keičia matuojamos įtampos dydį, o žemų dažnių srityje ir fazės kampą, kas blogina matavimo rezultatą, todėl jo varža turi būti kuo didesnė. Pavyzdžiui jei C1=6,2pF ir C2=200pF ir detektoriaus apkrovos varža (rezistorius, per kurį prijungiamas indikatorius) yra 100kW, tai jo įtampos paklaida 2-30MHz dažnyje neviršija 1,5%. Jei apkrova 10kW, paklaida tampa 15% ir bus žymus daliklio fazės postūmis 1,8 MHz diapazone. Todėl šiuo atveju apkrova turi būti ne mažesnė nei 100kW, o tai realizuojama naudojant jautrų (ne daugiau 100mA) mikroampermertrą. Naudoti didelės talpos kondensatorius taip pat negerai, jie yra prijungti lygiagrečiai linijai ir blogina SBK. Balansuojams matuoktis kondensatoriumi C3.

Šio rezistoriaus nereikia naudojant detektorių su įtampos dvigubinimu, kaip parodyta pav. 2, tačiau reikia daugiau detalių.

Įtampos dalikliui galima panaudoti transformatorių, kaip parodyta pav. 3. Transformatorius gerai tinka mažų galių matavimams. Schemoje su įtampos transformatoriumi galima naudoti indikatorių su 1 mA pilno atsilenkimo srove. Didelėms galioms reikalingas transformatorius, normaliai dirbantis prie didelės galios visame matuojamų dažnių diapazone, kas riboja jo naudojimą.

Formulės, naudojamos skaičiavimui, mažai kam įdomios. Skaičiavimus atliks kalkuliatorius, pateiktas žemiau. Įrašykite savus duomenis į rausvus langelius ir paspauskite mygtuką "Skaičiuoti". Skaičiuoklė dešinėje padės parinkti reikiamą feritinį žiedą.


Fmin = MHz
Zk =
Pmax = W
R1=R2 =
PR1,R2 = W
C1 = pF
AL = µH
ALopt = µH
Lopt = µH
L = µH
N = 2x
C2 = pF
T2 N =
Išorinis diametras = mm
Vidinis diametras = mm
Aukštis = mm
Skverbtis =
µH

N - srovės transformatoriaus antrinės apvijos vijų skaičius dvigubu laidu, T2 N - įtampos transformatoriaus pirminės apvijos vijų skaičius. Jei kabelio banginė varža (Zk) nelygi srovės transformatoriaus apkrovos rezistorių (R1, R2) važai, T2 N gali nesigauti sveikas skaičius, reiškia, toks SBK matuoklio su įtampos transformatoriumi išpildymas neįmanomas. Srovės transformatoriaus pirminė apvija tai laidininkas, jungiantis jungčių centrinius kontaktus, prakištas pro žiedo kiaurymę. Įtampos transformatoriaus antrinė apvija taip pat viena vija.

Praktiniam konstravimui svarbu naudoti optimalų feritinį žiedą, montažą atlikti kuo kompaktiškiau, naudoti kuo trumpesnius sujungimo laidus. Detektorinius diodus geriausia naudoti mažos srovės AD Šottky, pvz. 1N5711. Rezistorius ir kondensatorius geriau naudoti SMD, jie užima mažai vietos ir turi mažą išvadų induktyvumą. Srovės transformatoriaus antrinių apvijų apkrovos rezistorius padarau iš trijų 0,25W SMD 150 ar 180 W rezistorių (viso 6 rezistoriai, kiekvieno apkrovos rezistoriaus galia gaunasi 0,75W).

Mikroampermetrą su perjungėju ir potenciometru galima sumontuoti atskiroje dėžutėje ir prijungti prie daviklio plonu kabeliu. Tada indikatorių bus galima pastatyti bet kurioje patogioje vietoje, jis nebus "pririštas" prie storų AD kabelių. Esant tokiai konstrukcijai galima turėti keletą daviklių. Kad daviklis būtų atsparesnis trukdžiams, jis montuojamas mažų gabaritų metalinėje dėžutėje.

SBK matuokliui balansuoti reikalinga grynai aktyvinė apkrova. SBK matuoklio rodmenų teisingumą galima patikrinti lygiagrečiai apkrovai prijungę reaktyvinę varžą, pavyzdžiui, kondensatorių. Šioje skaičiuoklėje įveskite apkrovos varžos reikšmę, kabelio banginę varžą omais, kondensatoriaus talpą (pF) ir dažnį (MHz), kuriame tikrinate matuoklį, ir nuspaudę mygtuką "SBK" gausite SBK reikšmę, kokią turi parodyti prietaisas.


    
      

Norintiems SBK matuoklį patalpinti stiprintuvo dėžėje, rekomenduoju paskaityti DL2KQ straipsnį šia tema. Tačiau jo siūloma gan sudėtinga matuoklio konstrukcija yra aktuali tik tada, kai SBK matuoklį veikia stiprūs AD laukai. Kitu atveju nėra prasmės taip daryti. Tačiau rekomenduoju tik pasinaudoti konstrukcija, o transformatorių suskaičiuoti ir išpildyti pagal anksčiau mano duotas rekomendacijas.

Apie SBK matuoklius taip pat naudinga paskaityti UT1MA straipsnį. Tačiau man neprireikė jo siūlomų kompensacijų. Matyt tai yra dėl to, kad jo SBK matuoklio transformatorius yra kitaip suvyniotas. Tačiau kondensatorių C1 ir C2 prijungimo taško vieta tikrai yra svarbi.

Prietaiso skalę nesunku pasidaryti "Rudis" programos pagalba. Pavyzdį duodu. Čia yra nedidelė programėlė, paskaičiuojanti SBK matuoklio padalų koordinates (jei norėsite ką nors pakeisti). Atspausdinau lazeriniu spausdintuvu ant lipnaus balto popieriaus ir užlipinau ant jau esančios skalės (žinoma, prieš tai reikia prietaisą išardyti). Atrodo visai padoriai.

Kad matuojant nereiktų junginėti perjungėjo ir sukioti potenciometro, naudojau truputį pakeistą sekančią automatinio SBK indikatoriaus schemą. Ją naudojant SBK parodymai mažai keičiasi keičiantis TX galiai.




Vytas     LY3BG