Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,899

THE IMPACT OF CURRENT-FREE ELECTROSIGNAL ON INSTRUMENTATION AND SENSORS

Kasyanov G.T.
The results of experimental studies of «inadequate» exposure of open circuits under voltage on the widespread instrumentation and sensors are introduced. Impact significantly impairs the noise-immunity of equipment. To explain this phenomenon we introduce the concept named «energy intensity signals», the physical meaning of which is revealed by experience. Keywords: open circuit, current-free signal, communication devices, energy intensity signals

О некоторых физических свойствах бестокового или однопроводного электросигнала мы сообщали в работах [1, 2]. Уточним: под бестоковым сигналом мы имеем в виду сигнал в виде электрического напряжения повышенной частоты, распространяющегося по незамкнутой цепи. По сути, такой сигнал является проявлением так называемого «радиантного электричества», с которым работал Н. Тесла.

Экспериментальные исследования этого сигнала привели нас к весьма интересным результатам.

В работе [1] было отмечено сильное влияние синусоидального напряжения частотой 25 кГц, передаваемого по одиночному проводу, на измерительные приборы магнитоэлектрической системы. Так, например, при длине провода 11 м прибор Ц4315, включённый в конце провода и работающий в режиме измерения переменного тока на шкале 2,5 А, показывает после включения генератора, находящегося в другом помещении и соединённого с началом провода, ток 2,4 А. Провод находится под переменным напряжением 1000 В, сам измерительный прибор, кроме как к проводу, ни к чему более не подсоединён. Цепь не замкнута, поэтому тока в таком проводе и соответственно в самом приборе быть не должно. Вероятно, мы наблюдаем реакцию измерительного прибора на вращающееся магнитное поле, сопровождающее (в соответствии с уравнениями Максвелла) изменения электрического поля, создаваемого в нашем эксперименте вокруг одиночного провода с помощью генератора.

Существует также сильное взаимодействие и между однопроводной системой передачи переменного напряжения (без тока) и измерительными приборами электронного типа, работающими с помощью аналого-цифровых преобразователей. Например, в наших опытах мультиметр VC9208, подключённый к концу одиночного провода длиной 35 м, на шкале 750 В переменного напряжения показывает 1300 В после того, как на другом конце провода включается упомянутый генератор переменного напряжения величиной 1000 В и частотой 25 кГц. Столь неадекватные показания мультиметра, превышающие даже выходное напряжение генератора сигнала (измеренное двухпроводным способом!), мы склонны объяснять тем, что бестоковый сигнал, возможно, имеет большую, по сравнению с обычным электросигналом (сопровождающимся током), «энергоёмкость», поэтому выделение в измеряющем приборе большего количества энергии и приводит к увеличению его показаний. Чуть ниже мы попытаемся объяснить, что имеем в виду под «энергоёмкостью» сигнала.

После отключения генератора мультиметр восстанавливает штатный режим работы.

Кстати заметим, что по техническим документам мультиметр VC9208 имеет полосу пропускания частот всего 400 Гц и на частоту 25 кГц вообще реагировать не должен. Однако известно, что в незамкнутых цепях закон Ома не работает (ввиду отсутствия в них тока), поэтому на вопрос о фильтрации или подавлении каких-либо частот переменного напряжения прибором, соединённым с цепью лишь одним контактом, однозначно ответить нельзя. Требуются дополнительные исследования.

Конечно, утверждение о разных «энергоёмкостях» электросигнала с током и бестокового требует тщательной детальной проверки. В том числе - экспериментальной. Частично такие исследования у нас проводятся. Опишем один из опытов, проясняющих суть этого предположения.

Известно со времён Н. Теслы, что с увеличением частоты генерации интенсивность бестоковых (т.е. однопроводных) сигналов возрастает. С нашей точки зрения это явление следует объяснять тем, что интенсивность бестокового сигнала синусоидальной формы зависит не только от амплитуды напряжения сигнала, но ещё и от скорости изменения мгновенного напряжения, т.е. от его производной по времени. Фактически - от произведения амплитуды на частоту. Для подтверждения этого предположения мы использовали в следующем опыте в качестве генератора бестокового сигнала генератор Г4-1А, который на калиброванном выходе даёт сигнал величиной не более 1 В, но с частотой до 26 МГц. Предполагалось, что при малом напряжении сигнала, но большой его частоте произведение амплитуды на частоту будет достаточно велико для того, чтобы бестоковый сигнал проявил себя. В качестве приёмника сигнала использовался низкочастотный измерительный прибор Ц4315 (рабочая полоса частот до 20 кГц).

Выбор оказался правильным, Ц4315 вполне надёжно реагировал на работу генератора.

К выходу Г4-1А, работавшего в поддиапазоне частот от 12 до 26 МГц с величиной сигнала 1 В, был подключён одиночный провод - один из щупов Ц4315 длиной 1,3 м (рис. 1), другим своим концом щуп был соединён с прибором. Второй щуп такой же длины висел в воздухе, выполняя роль шлейфа. Прибор работал в режиме измерения переменного напряжения на шкале 1000 В.

 pic

Рис. 1. 1 - генератор Г4-1А, 2 - тестер Ц-4315, 3, 4 - щупы

При включении генератора Г4-1А на частоте 12 МГц стрелка прибора отклонилась от нуля. При увеличении частоты прибор увеличивал свои показания и в итоге зашкалил, отчего величину генерируемого сигнала пришлось постепенно уменьшать регулируемым аттенюатором на выходе генератора. На граничной частоте 26,7 МГц величина выходного сигнала была уменьшена до 0,22 В (показания аттенюатора), лишь тогда Ц4315 показал ровно 1000 В.

При отключении щупа от выходного разъёма работающего генератора стрелка Ц4315 возвращается в нулевое положение, т.е. связь генератора и приёмника через пространство в условиях проведения опыта отсутствует.

Столь мощная реакция измерительного прибора магнитоэлектрической системы на бестоковый сигнал малой амплитуды, но высокой частоты, подтверждает наше предположение о том, что энергия, получаемая прибором от бестокового электросигнала, определяется не только амплитудой этого сигнала, но и его частотой. В этом смысле можно говорить, что бестоковый сигнал обладает большей «энергоёмкостью», чем сигнал с током.

Здесь можно к месту припомнить, что кванты электромагнитных колебаний (например, фотоны) энергетически «тяжелеют» именно при увеличении частоты.

Обнаружившееся влияние незамкнутых цепей, заряжаемых переменным синусоидальным напряжением, на простые и надёжные в работе с токовыми сигналами измерительные приборы вызвало у экспериментатора определённые вопросы. Например: вокруг одиночных проводов, входящих в состав незамкнутых цепей, при работе генератора бестокового сигнала образуюся квазистатические электрические поля. Сохраняется ли столь же мощное влияние бестокового сигнала на работающую с током аппаратуру через такие электрические поля?

В связи с этим был экспериментально исследован простейший случай: мультиметром VC9208 измерялось напряжение электросети 220 В 50 Гц на шкале 750 В с помощью щупов длиною в один метр; на определённом расстоянии от мультиметра располагался генератор синусоидального напряжения величиной 1000 В с частотой 25 кГц, одиночным проводом его выход был соединён с вертикально расположенной металлической пластиной размерами 40×20 см, играющей роль уединенного плоского конденсатора, заряжаемого и разряжаемого напряжением генератора. Таким способом создавалось вокруг пластины квазистатическое электрическое поле. Мультиметр, измеряющий напряжение электросети, располагался на фиксируемом расстоянии от этого конденсатора. Щупы, включённые в сеть, - на более дальнем.

 pic

Рис. 2. 1 - генератор бестокового сигнала;
2 - плоский уединенный конденсатор; 3 - вольтметр VC 9208

Сделаем здесь небольшое необходимое пояснение.

Существуют ГОСТы по кондуктивным помехам (помеха, наводимая в соединительных проводах через общее сопротивление между проводами и источником помехи). В них определяется [3, 4], в каком конкретно частотном диапазоне какую методику следует использовать для введения помех в соединительные провода при проверке электро- и радиоаппаратуры на устойчивость к кондуктивным помехам. В диапазоне частот от нуля до 150 кГц [3] емкостная связь считается, как правило, малосущественной и помеха вводится от генератора помех в соединительные провода, кабели и линии испытуемой аппаратуры не через пространство, а через RC-цепи (R - сотни Ом, С - единицы микроФарад).

Наш опыт был проведён в гораздо более жёстких условиях: связь генератора помех и испытуемой аппаратуры (измеряющий напряжение сети VC9208) осуществлялась через пространство, или, выражаясь языком электротехники, через конструктивную ёмкость между уединённым плоским конденсатором и конструкцией мультиметра, при этом данная ёмкость имела практически величину нескольких пикоФарад.

Результаты измерений таковы:

напряжение сети, измеряемое с помощью VC9208, равно 223 В;

далее включался генератор с сигналом 1000 В (частота 25 кГц) и при расстоянии между мультиметром и плоским конденсатором, равном 20 см, мультиметр показывал напряжение 683 В;

при расстоянии 30 см - 420 В;

на расстоянии 40 см - 300 В;

на полуметровом расстоянии - 256 В.

Последующие эксперименты показали, что излучение от уединённого конденсатора без особых потерь проходит также и через стеновые (толщина 15 см) железобетонные панели соседнего лабораторного помещения и продолжает столь же катастрофически влиять на испытуемый прибор - мультиметр VC9208, измеряющий напряжение сети.

Вольтметр, измеряющий вместо 223-256 В и выше, должен считаться не выполняющим свою СУЩЕСТВЕННУЮ функцию (терминология [5]) и, следовательно, не прошедшим испытания на помехоустойчивость в описанных выше условиях. Причиною этого в нашем случае является квазистатическое электрическое поле, изменяющееся с частотой 25 кГц и действующее на вольтметр через пространство.

Отсюда, между прочим, следует, что с помощью незамкнутых электроцепей можно создавать помехи, которые без искусственных устройств связи (таковые используются в испытаниях аппаратуры на помехоустойчивость в частотном диапазоне до 80 МГц) и на низких частотах способны тестировать измерительные приборы: электронные датчики напряжения, тока, температуры и др. через пространство, а не через сосредоточенные емкостные элементы, и, значит, в условиях, более приближённых к реальным.

В Гостовском перечне наиболее вероятных источников кондуктивных помех [3] генераторов бестокового сигнала, естественно, нет. Но они реально могут возникнуть, как говорится, из ничего, при возникновении многих нештатных ситуаций во время работы аппаратуры (ситуаций как случайных, так и искусственно созданных), и этот факт, как нам представляется, следует учитывать при эксплуатации сложных и дорогостоящих электронных систем любого назначения.

Список литературы

  1. Касьянов Г.Т. Тесловский однопроводный ток, его физические свойства и способы использования // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2010 - №5 - С. 35-40.
  2. Касьянов Г.Т. Генерация тепловой энергии в однопроводной электросхеме // Современные наукоёмкие технологии. - 2011. - №2. - С. 36-39.
  3. Устойчивость к кондуктивным помехам в полосе частот от 0 до 150 кГц: ГОСТ Р 51317.4.16-2000.
  4. Устойчивость к кондуктивным помехам, наведённым радиочастотными электромагнитными полями: ГОСТ Р 51317.4.6-99.
  5. Электрическое оборудование для измерения, управления и лабораторного применения: ГОСТ Р 51522-99.