ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА СО СКАНИРОВАНИЕМ Российский патент 2004 года по МПК G01R29/12 

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерителям электрического потенциала заряженных поверхностей, и может быть использовано для сканирования распределения потенциала по поверхности.

Известен измеритель потенциалов (прототип) заряженных поверхностей, включающий регулируемый источник напряжения, корпус, выполненный из диэлектрика, герметично закрытый и заполненный газовой средой под давлением, в котором возникает тлеющий разряд, возбуждаемый регулируемым источником, момент возникновения которого регистрируется через вспомогательные встроенные в корпус электроды измерителем тока [а.с. СССР 1404981]. В момент регистрации зажигания разряда считывается и запоминается показание вольтметра регулируемого источника.

Недостатки описанного измерителя в том, что
необходимо запоминание результата при калибровке измерителя,
- необходимо запоминание результата рабочего измерения,
- необходимо вычисление измеряемого потенциала как разности двух предыдущих результатов измерений.

Кроме того, устройство предназначено для измерения потенциалов металлических поверхностей, являющихся эквипотенциальными.

Целью предлагаемого изобретения является:
- расширение функций устройства с возможностью сканирования распределения потенциала заряженных диэлектрических поверхностей,
- повышение быстродействия измерителя за счет автоматизации части измерительных операций,
- повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что измеритель электрического потенциала заряженных поверхностей содержит корпус, выполненный из оптически прозрачного диэлектрика, герметично закрытый и заполненный газом, управляемый генератор линейно-нарастающего (линейно-изменяющегося) напряжения (ГЛИН), подключенный одним полюсом к выводу электрода, встроенного в корпус с газом, а другим - к пластине, соединенной с заземлителем, пульт управления с блоком логики, последовательно соединенные фотопреобразователь, усилитель и компаратор, подключенный выходом к входу управления ГЛИН, который запускается с пульта управления, два регистра, соединенных информационными входами с выходом ГЛИН, управляющими входами - с выходами пульта управления и компаратора соответственно, а выходами - со входом узла вычитания, выход которого подключен к цифровому индикатору результата, а фотопреобразователь через оптический канал воспринимает световой поток излучения в момент зажигания разряда в корпусе с газом. Корпус с газом выполняется вытянутым, с заостренным концом, закрепляется в пантографе и с помощью механического привода перемещается в плоскости, параллельной заряженной поверхности, причем положение корпуса относительно исследуемой поверхности фиксируется с помощью двух взаимно ортогональных линеек.

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение отличается тем, что в нем
- корпус для газа выполняется полностью или частично из оптически прозрачного материала,
- дно корпуса, противоположное измерительному электроду, выполняется заостренным, а сам баллон изготавливается вытянутой (карандашной) формы,
- корпус с газом, выполняющий функцию зонда, крепится в пантографе и перемещается в плоскости, параллельной исследуемой поверхности, с помощью двухкоординатного механического привода,
- перемещение корпуса и его координаты определяется с помощью двух ортогонально ориентированных линеек,
- вспомогательные электроды из баллона исключаются,
- вместо источника регулируемого напряжения используется генератор линейно-нарастающего напряжения,
- результаты промежуточных измерений записываются и хранятся в регистрах,
- вычисление конечного результата измерения выполняется узлом вычитания с индикацией результата цифровым индикатором.

Выделенные признаки с их функциями не выявлены в других технических решениях, что соответствует критерию "существенное отличие".

Предлагаемое устройство приведено на чертеже.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

В режиме калибровки ручками 13 и 14 механизма привода корпус 4 перемещается до касания заземленного металлического электрода 2. С пульта управления 8 запускается ГЛИН 1. В момент зажигания разряда в корпусе с газом световой поток излучения воспринимается фотопреобразователем 5, усиливается усилителем 6 и преобразуется компаратором 7 в сигнал, останавливающий ГЛИН. Зафиксированное значение напряжения ГЛИН записывается в регистр 9 значения напряжения калибровки ϕ_к.
В режимах одиночного измерения или сканирования потенциала ручками 13 и 14 привода корпус размещается над точкой поверхности 3, координаты которой считываются с горизонтальной 16 и вертикальной 15 линеек. С пульта 8 запускается ГЛИН 1, и результат измерения ϕ_и записывается аналогичным образом в регистр 10. По сигналам готовности результата в обоих регистрах узел 11 выполняет вычитание, формируется значение потенциала точки поверхности ϕ(x,y) = ϕ_и-ϕ_к и высвечивается индикатором результата 12.

Зонд перемещается в новую точку (х,у), и весь процесс повторяется.

Устройство допускает дальнейшую автоматизацию измерений, если в него включить микропроцессорный блок управления с шаговыми двигателями в качестве исполнительных механизмов системы позиционирования.

Из описания работы следует, что исключение необходимости запоминания промежуточных результатов и выполнения вычислений сокращает время измерений, а значит, увеличивает быстродействие устройства. Наличие компаратора при фиксации зажигания позволяет выполнять саму фиксацию более точно, что вместе с цифровой индикацией приводит к уменьшению систематической погрешности и к повышению точности измерений.

Применение линеек позволяет выполнять привязку результата измерений к координатам точки поверхности, выполнять сканирование распределения потенциала и значит расширить функциональные возможности устройства.

Использование: для сканирования распределения потенциала по поверхности. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей по сканированию потенциала, повышении быстродействия путем частичной автоматизации измерений и повышении точности измерений. В режиме калибровки ручками механизма привода корпус с газом перемещается до касания заземленного металлического электрода. С пульта управления запускается генератор линейно-нарастающего напряжения (ГЛИН). В момент зажигания разряда в корпусе световой поток излучения воспринимается фотопреобразователем, усиливается усилителем и преобразуется компаратором в сигнал, останавливающий ГЛИН. Зафиксированное значение напряжения ГЛИН записывается в регистр значения напряжения калибровки ϕ_к. В режимах одиночного измерения или сканирования потенциала ручками привода корпус размещается над точкой поверхности, координаты которой считываются с горизонтальной и вертикальной линеек. С пульта запускается ГЛИН, и результат измерения ϕ_и записывается аналогичным образом в элемент памяти. По сигналам готовности результата в обоих регистрах узел вычитания выполняет вычитание, формируется значение потенциала точки поверхности ϕ(x,y) = ϕ_и-ϕ_к, которое высвечивается цифровым индикатором результата. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Измеритель электрического потенциала заряженных поверхностей, включающий корпус, выполненный из оптически прозрачного диэлектрика, герметично закрытый и заполненный газом, отличающийся тем, что введены управляемый генератор линейно-нарастающего напряжения (ГЛИН), подключенный одним полюсом к выводу электрода, встроенного в корпус с газом, а другим - к пластине, соединенной с заземлителем, пульт управления, последовательно соединенные фотопреобразователь, усилитель и компаратор, подключенный выходом к входу управления ГЛИН, который запускается с пульта управления, два регистра, соединенные информационными входами с выходом ГЛИН, управляющими входами - с выходами пульта управления и компаратора соответственно, а выходами - со входом узла вычитания, выход которого подключен к индикатору результата, фотопреобразователь через оптический канал воспринимает световой поток излучения в момент зажигания разряда в корпусе с газом.2. Измеритель электрического потенциала заряженных поверхностей по п.1, отличающийся тем, что корпус с газом выполняется вытянутым, с заостренным концом, закрепляется в пантографе и с помощью механического привода перемещается в плоскости, параллельной заряженной поверхности, причем положение корпуса относительно исследуемой поверхности фиксируется с помощью двух взаимно ортогональных линеек.3. Измеритель электрического потенциала заряженных поверхностей по п.1, отличающийся тем, что используется цифровой индикатор результата.