пояс роговского: методические указания к лабораторной работе

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физический факультет Кафедра общей физики ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ Часть 3. Электричество и магнетизм Новосибирск, 1988 4. КВАЗИСТАЦИОНАРНЫЕ ПРОЦЕССЫ Лабораторная работа 4.3 ПОЯС РОГОВСКОГО Цель работы - изучение характеристик пояса Роговского. Измерение импульсных токов в проводниках и в пучках (потоках) заряженных частиц можно производить с помощью специального датчика, называемого поясом Роговского /1/. Пояс Роговского представляет собой длинный замкнутый соленоид произвольной формы с равномерной намоткой (рис. 1). Принцип его работы основан на регистрации магнитного поля, создаваемого измеряемым током I0(t). Если обмотка пояса замкнута на сопротивление нагрузки Rн, то изменение тока в поясе I(t), как показано в работе /1/ описывается уравнением Рис. 1. Пояс Роговского , (1) где L, r - индуктивность и сопротивление пояса, N - число витков в его обмотке, µ , µ0 магнитная проницаемость сердечника пояса и вакуума, S , l - площадь сечения и длина сердечника, I0 - измеряемый ток. В этом уравнений не учтено влияние паразитной емкости между витками обмотки, что справедливо для относительно низких частот измерения тока I0(t). Уравнению (1) соответствует эквивалентная схема, показанная на рис. 2, где пунктиром изображена паразитная емкость. Ее влиянием можно пренебречь, если . (2) Общее решение уравнения (1), как показывается в курсе дифференциальных уравнений, есть , (3) где ξ - где переменная интегрирования. Если длительность импульса тока (характерное время изменения тока) τu мала по сравнению с τ, то решение (3) принимает вид , (4) т.е. пояс Роговского работает в режиме трансформатора тока, а напряжение на нагрузке (на выходе пояса) . (5) Рис. 2. Эквивалентная схема пояса Такой режим работы пояса с интегрированием сигнала на собственной индуктивности пояса и сопротивлениях r + Rн наиболее употребителен на практике. Правда, чувствительность измерителя, равная отношению Uвых/I(t), в этом режиме работы относительно низкая; основная погрешность в измерении тока обусловлена конечной величиной постоянной времени τ обмотки пояса (условие τu > ωL, r) измеритель работает в режиме контура ударного возбуждения. Чувствительность его при этом более высокая, но форма выходного напряжения не соответствует форме импульса измеряемого тока /3/. Для устранения этого недостатка используют так называемую интегрирующую цепочку (Рис. 3). Тогда обмотка пояса вместе с элементами R и C интегрирующей цепочки представляет собой колебательный контур с затуханием, последовательно с которым включена внешняя эдc ε(t), определенная в (1). Уравнение для тока пояса теперь принимает вид (см. /1/): . (6) В случае, когда характерное время изменения измеряемого тока (и соответственно тока пояса) есть τu, то по порядку величины слагаемые в левой части уравнения равны . (7) Тогда если выбрать параметры интегрирующей цепочки так, что , (8) то первым и третьим слагаемыми в уравнении (6) можно пренебречь, так что , (9) а напряжение на емкости (на выходе интегрирующей цепочки) равно . (10) Подставив сюда выражение для индуктивности пояса из (1), получим еще одну форму записи: . (11) Таким образом, зная параметры пояса и интегрирующей цепочки, мо