Молния - Юман М.
Скачать (прямая ссылка):
регистратор используется для определения наклона прямой на графике
зависимости тока от времени, проведенной через точки, соответст-
4.2. Методы измерений
161
вующие величине тока в 10 и 90% максимальной величины.
Магнитный интегратор волны представляет собой прибор для регистрации
интегрального тока молнии, т. е. перенесенного заряда. Он состоит из
безиндуктивного сопротивления, через которое течет ток молнии, и катушки
индуктивности, которая замкнута на это сопротивление. Для измерения
максимального тока в катушке вблизи нее помещаются один или два магнитных
стерженька. Мгновенное значение тока в катушке пропорционально интегралу
по времени от напряжения на сопротивлении (так же, как и на катушке). Это
напряжение прямо пропорционально току молнии. Таким образом, конечный
максимальный ток в катушке индуктивности пропорционален общему заряду,
прошедшему через сопротивление. Время, в течение которого может быть
получен точный отсчет, составляет ~ 10 мс. Параметром, который определяет
такую инерционность, является омическое сопротивление катушки.
Прибор для измерения продолжительности тока молнии, использующий'свойства
магнитных стерженьков, был описан Хилтен-Кевелиусом и Стрембергом [17].
Четыре магнитных стерженька укреплялись на стержне из диэлектрика на
одинаковом расстоянии от проводника, по которому протекал ток молнии.
Один из магнитных стерженьков имел обычное назначение - регистрировать
максимальный ток. Каждый из трех других был окружен металлической
спиралью (катушкой индуктивности), которая служила делителем магнитного
потока. Постоянные времени контуров RL каждой катушки были различными. По
измерению остаточной намагниченности каждого стерженька, учитывая
постоянную времени контура RL, можно приблизительно определить время, за
которое ток уменьшается до половины максимального значения.
4.2.3. Безиндуктивный шунт и осциллограф
Если ток молнии пропускать через сопротивление известной величины, то
результирующее напряжение можно подать на осциллограф и с хорошей
точностью можно в принципе определить ток молнии. На практике
162
4. Измерение тока
задача получения точной формы волны тока усложняется паразитными
контурами индуктивности и емкости, отсутствием общего электрического
заземления, несоответствием реальных параметров цепи теории, которая
описывает измеряемые напряжения, и присутствием сильных электрических и
магнитных полей, которые обусловливают ложные сигналы в измерительных
контурах и электронике.
Основные трудности, возникающие при измерении токов молнии с
использованием шунтирующих сопротивлений (так называемых безиндуктивных
шунтов) и осциллографов, были рассмотрены в работах [2, 5]. Особенно
трудно получить точные измерения нарастания тока до максимального
значения для импульсов, продолжительность нарастания фронта которых 1 мкс
или менее (большинство повторных возвратных ударов в многоимпульсной
вспышке). Это происходит главным образом из-за сильных электрических и
магнитных полей, возникающих на ранних стадиях возвратного удара. В
измерительной схеме с безиндуктивным шунтом нижний предел измеряемой
продолжительности нарастания фронта составлял несколько десятых
микросекунды из-за влияния индуктивности и емкости антенны и конструкции
вышки, к которой присоединялся шунт. При измерениях в Лугано на каждой из
двух вышек помещались два соединенных последовательно шунта. Каждый из
шунтов (0,05 и 0,8 Ом) использовался для различных интервалов тока. Для
регистрации результирующего напряжения использовались различные
осциллографы. Луч осциллографа не просто пробегал экран при срабатывании
спускового устройства, а перемещался из стороны в сторону с заданной
скоростью, так что можно было провести измерения за довольно длительные
отрезки времени.
Шунты и осциллографы, использовавшиеся до 1941 г. на Эмпайр стейт
билдинг, и усовершенствованное оборудование, установленное после 1941 г.,
описаны в работах [15, 16]. Вначале для регистрации быстро изменяющихся
компонентов тока применялся электронно-лучевой осциллограф, а для
регистрации медленных изменений непрерывных токов - шлейфовый
осциллограф. Оба прибора были подключены к нелинейному шунту, состоявшему
из
4.2. Методы измерений
163
параллельно соединенных тиритового и линейного сопротивлений. Если
использовался этот шунт, при измерении процессов с малыми скоростями
осциллограф мог регистрировать токи от 50 А до 24 кА, а при изучении
процессов с большими скоростями - токи от 1 до 200 кА. После 1941 г.
исследования проводились с помощью различных электронно-лучевых
осциллографов, подключенных на постоянное сопротивление - безиндуктивный
шунт 0,01 Ом. Для расширения интервала величин измеряемых токов в
осциллографах использовались тиритовые подавляющие цепи. Это устройство
позволяло использовать шунт с меньшей индуктивностью, так что измерения
нарастания фронта волны были более точными.
4.2.4. Рамочная антенна и осциллограф
