störspänningar

ning över ledningsresistansen R_l• Om man försöker undvika potentialskillnaden ge·

nom att inte jorda vare sig mätobjektet el-ler mätinstrumentet får man ändå genom kapacitiv eller galvanisk verkan strömmar som ger upphov till ett spänningsfall över R._k vilket påverkar mätresultaten lika oför-delaktigt som den ovannämnda

potential-!!killnaden.

Principen för skyddsskärmning Felaktiga mätresultat kan undvikas om mätobjektets ena pol ansluts till jord och en skyddsskärm anordnas omkring

mätin-Mätobjekt

strumentets mätande del. Mätapparaturens nätanslutning bör därvid ske via en skyddstransformator, Tr3, se fig. 2.

I fig. 2 visas hur mätinstrumentet är uppdelat i en mätande del och en indike-rande del, vilka är förbundna med var-andra via transformatorerna TrI och Tr2.

Mätenhetens skyddsskärm ligger också mellan primär- och sekundärlindningen på dessa transformatorer.

Skyddsskärmen ger dock inte fullstän-digt skydd mot störningar. I en uppkopp-ling, sådan som den i fig. 2, finns kapaci·

tanser mellan mätenhetens komponenter

Mätinstrument

I'~'-'-'-'-' - " _. _._. - '- ' - '.

' - - l i "

R.L \

iU~r--1-_-+, -o-TI---~~----___!_J---l---O :

l

e

: "

ⁱ

Us

~---~~r---~

Fig l

Konventionell uppkoppling mellan mätobjekt och mätapparatur. Uz är mätspänningen, U. stör·

spänningen, El mätobjektets jord, E. mätapparaturens jord, R, resistansen i mätkabeln och R" kabelhöljets resistans.

RADIO & TELEVISION - NR 9 - 1965

51

Fig 2

Mätuppkoppling med skyddsskärm. RI1 är re-sistansen mellan mätobjektets jord och chas-siet i mätapparaturens mätande del, Rlf är re-sistansen i kabelledningen mellan mätobjek-tets utgång och mätapparaturens ingång (sam.

ma som R, i fig. 1).

Fig 3

Kapacitansförhållanden vid skyddsskärmning.

e,

e,

e,

e.

mellan mätenhetens ingång och mätapparatu-rens jord och

e,

Fig4

T.v. ekvivalent schema för uppkoppling med skyddsskärm. T.h. motsvarande schema för

»brygguppkoppling».

Fig 5

Skyddsskärmskoppling där hänsyn tagits till dels kabelkapacitanserna, dels inre resistansen hos mätobjektet. R, = mätobjektets inre resi-stans, R'k = kompensationsresistans, R ^Il = re-sistanstillskottet från ledningen mellan mätob-jektets jord och mätenhetens chassi, R " = resi-stanstillskottet mellan mätobjektets utgång och mätenhetens ingång. C 11 och

e

och skyddsskärmen och mellan skyddsskär-men och apparaturens jord, och dessa ka-pacitanser kan ge upphov till störström-mar. Hur dessa kapacitanser fördelas fram-går av fig. 3, där transformatorerna TrI och Tr2 utelämnats för överskådlighetens skull.

Reducerad störspänning

I en mätuppkoppling med skyddsskärm verkar inte den fulla störspänningen U_o, utan endast den betydligt lägre spänningen Uou' vilken kan beräknas med ledning av den schematiska uppställningen t.v. i fig_ 4_

U. förutsättes vara en sinusformad växel-spänning med vinkelfrekvensen w=211:f.

52 ^RADIO & TELEVISION - NR 9 - 1965

Ett approximativt värde för U'u erhålles ur

Detta samband gäller under följande för-utsättningar: spänningarna över R!1 och R l2. Dessa spän-ningar uppstår genom de strömmar genom R_{lI och} R/2 som förorsakas av

Mätande del an-givna betingelserna för giltigheten av approximationen för U_8u ingen större bety-delse. Villkoren är då i praktiken alltid uppfyllda om uppkopplingen är så dimen-sionerad att störspänningen är obetydlig.

Förhållandet U.u/U. anges vanligen som störningsdämpning uttryckt i dB (engelska:

common-mode rejection).

Möjligheter att minska störspän-ningen

Av vad som genomgåtts torde framgå vil-ka möjligheter som finns att minska

stör-spänningen U8g' Man kan göra lednings-motstånden Ra, Rl2 och R.k så små som möjligt, vilket emellertid ställer stora krav på ledningsmaterialet. Mera ekonomiskt är det att hålla kapacitanserna Cl' C2 , Ca, C4

och C₅ låga. Speciellt Cl och C4 måste hål-las nere, detta för att en ofta rätt hög stör-spänning från nätet skall undertryckas.

Detta kan uppnås genom god skärmning, vilket dock ofta medför ökning av de övriga kapacitanserna.

Ytterligare en möjlighet att reducera störspänningen U.u är att använda en upp-koppling av bryggkaraktär, se fig. 4 t.h.

Vid ett sådant arrangemang kan man i all-mänhet inte minska kapacitanserna Cl' C₂

och Ca godtyckligt på ekonomiskt sätt, me-dan däremot kapacitanserna C4 och C5

genom dubbelmantlad kabel och god skärmning på mätenhetens ingång kan hål-las väsentligt lägre än C_l och C_2• Detta är dock inte alltid ändamålsenligt. Det är mera fördelaktigt om följande förhållanden kan uppnås:

Om dessa villkor är uppfyllda är USg=O och störspänningsdämpningen är då oänd-ligt hög. I praktiken kan man ~enom att ut-nyttja dessa bryggegenskaper förbättra dämpningen med ca 20 dB.

Vid dimensioneringen aven anläggning måste det beaktas att kapacitanserna inte är koncentrerade endast till mätinstrumen-tet utan också uppträder i kabeln mellan instrumentet och den apparatur på vilken mätningen utförs, se fig. 5.

Mätobjektet kan också ha en icke för-sumbar inre resistans så att bryggbalansen påverkas. Om bryggkopplingen skall un-dertrycka störspänningen U₈₉ måste föl-jande villkor vara uppfyllda:

CdC4=C2/C5=Cll/CI2=RI2/Ra =

=RjR ik

Om så är fallet upphävs också störningar som inkommer i kabeln. Sådana störning-ar inkommer huvudsakligen på kapacitiv väg om man använder en kabel med isole-rad yttermantel.

Symmetrivillkoren kan man naturligtvis inte uppfylla om ett mätinstrument skall anslutas alternerande till högohmiga +osym-metriska eller lågohmiga+symmetriska mätobjekt. Det finns emellertid en kom-promisslösning. Man kan hålla kapacitan-serna C4 och C5 så små som möjligt och man kan använda olika slag av kablar för att förbinda olika slag av mätobjekt med mätapparaturen.

Jämförelsevis högohmiga signalkällor med ena sidan jordad förbinder man till mätapparaturen via en dubbelmantlad ka-bel, som inte får ha alltför hög kapacitans mellan de båda mantlarna. Den yttre man-teln bildar skyddsskärm, den inre man-teln förbinder mätobjektets jordsida med chassiet i mätenheten (Rik=O) och den inre ledaren förbinder mätobjektets ut-gång med mätapparaturens inut-gång. Där-igenom minskas störningarna på mätin-gången.

I förhållande tillledningsresistansen låg-ohmiga samt symmetriska signalkällor an-sluts till mätapparaturen via en skärmad symmetrisk kabel.

De över Ca och kabelkapacitanserna Ca och C_l2 verkande lågfrekventa störningarna kompenseras på nyss antytt sätt men där-emot inte de som verkar över C_l och C_{2 •} Har man extremt långa ledningar eller höga värden på motstånden R. och Rik och önskar kompensera även dessa störningar kan C₄ och C₅ kompletteras med trimrar för utbalansering av störningarna. •

RADIO & TELEVISION - NR 9 - 1965

53

,