Устройство для измерения импульсных электрических полей в естественных слабопроводящих средах Советский патент 1984 года по МПК G01R29/08 

1 Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для ислользования при регистра ции амплитудно-временных характери тик (формы) импульсов электрическог поля от источников однократного действия в микросекундном диапазоне с верхней ig.c 3,5 МГц и нижней i 0,1 МГц границами частотного диапазона сигнала. Известно устройство для измерени электрических полей, содержащее кор пус, вьтолненный в форме куба, шест изолированных один от другого измер тельных квадратных электродов, обра зующих грани куба, три трансформато ;ра тока, первичные обмотки которых связаны с парами параллельных измерительньк электродов, а вторичные обмотки подключены к соответствуюп{им усилителям с шунтирующими резис торами на входах t . Недостатки устройства заключаютс в узкой области практического использования, ограниченной лишь регистрацией составляющих электрического .поля в точке размещения зонда (.корпуса с;, измерительными электрот дами), и низкой точности при- импульсном характере изменения поля, обусловленной непостоянством импеда са двойного слоя на границе раздела электрод - среда с изменением частоты. Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения импульсноэлектрических полей в естественных слабопроводящих средах, содержащее двойной электрический зонд, состоящий из двух одинаковых одинарных зондов, разнесенных на базовое расстояние Bjj и вьшолненных, в частном случае, в виде контактирующих со . средой сфер с радиусомГ, --т- ( , S.C где 1,(Гц) - верхняя граничная час тота сигнала, соответствующая длительности фронта импульса измеряемо го электрического поля, измерительный прибор с дифференциальным входом, к которому подключены выходы кабельных линий связи, соединенных входом с выходами одинарных зондов 2. Недостаток известного устройства проявляется в невысокой точности вследствие значительного коэффициен 1 та подавления спектра сигнала, предопределенного существезшым превышением f gg над верхней ча;стотной границей устройства. При практическом использовании известного устройства имеет место весьма ощутимое искажение формы регистрируемых импульсов. Цель изобретения - повышение точности устройства путем расширения частотного диапазона измерения, т.е. увеличенияего верхней граничной частоты. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения импульсных электрических полей в естественных слабопроводящих средах, содержащем двойной электрический зонд, состоящий из двух одинаковых одинарных зондов, разнесенных на базовое расстояние eg и выполненных в виде контактирующих со средой сфер с радиу сом f, .iHJl (м), JruH 1 верхняя граничная частота сигнала, соответствующая длительности фронта импульса измеряемого электрического поля, измерительный прибор с дифференциальным входом, к которому подключены выходы кабельных линий связи, в каждый одинарный зонд введена внутренняя сфера с радиусом , расположенная концентрично с внешней средой, разделенная с ней непроводящим слоем и подключенная к входу соответствующей кабельной линии связи, а базовое расстояние tg выбрано из соотношения 0,48- 10 На чертеже представлен общий вид одного из одинарных зондов, испольщуемых в предлагаемом устройстве для измерения импульсных электрических полей в естественных слабопроводящих средах. Одинарный зонд состоит из двух сфер - металлических электродов 1 и 2 малой толщины по сравнению с их радиусами, расположенных концентрично и разделенных междусобой воздушным промежутком. Внешний 1 и внутренний 2 электроды механически соединены между собой стойками 3 из изоляционного материала. Внешняя поверхность электрода. 1 контактирует с.о

3

средой, электрод L кабельной линией 4 связи соединен с соответствующими клеммами дифференциального входа измерительного прибора 5, например осциллографа, корпус которого заземлен. При этом жила кабельной линии в диэлектрической оболочке через технологическое отверстие в электроде 1 вводится вовнутрь этого электрода и соединяется с электродом 2, Оплетка кабельной линии с одной стороны соединена с корпусом измерительного прибора 5, а со стороны зонда изолирована от среды и поверхности электрода 1.

В процессе работы устройства при использовании только одинарного зонда регистрируемое измерительным прибором 5 напряжение является пропорциональным потенциалу среды в области размещения зонда относительно потенциала точки заземйения прибора 5, При измерении составляющих поля, характеризующих разности потенциалов в двух точках пространства, в последних устанавливаются два одинарных зонда, составляющих двойной зонд. Разнесение одинарных зондов произво дится на базовое расстояние Cj в соответствии с УСЛОВИЯМИ эксперимента.

Связь между радиусом г внешней сферы - электрода 1 и частотой ig, определяется как

0,38-10 .. , Г, (м).

Ве

Следовательно, при f g , равной например 3,5 МГц, радиус г не дол229814

жен превышать О,1 м. Можно покаITO при соотношении Г 2

зать, . пействующая емкость зонда

Vi

в среде превышает действо-тощую емкость электрода 2 при относительной диэлектрической проницаемости среды как равной 1, так и больше ее. В этом случае частотный диапазон измерения расширяется почти до 3 МГц,

В результате аналитических расчетов и экспреиментальных исследований установлено, что при выборе

базового, расстояния между зондами

I-

в пределах

Юг, i е S 0,48-1U /fg,

это расстояние не зависит от соотношения между радиусами сфер и расстоянием между зондами, что позволяет проводить измерения на возможно более высокой частоте с минимальными погрешностями.

В конкретном примере при 0,1 м, i 3,5 МГц диапазон изменения базы составляет 1,0- Eg 13,5м что позволяет преобразовывать электрические поля с напряженностью Е 0,2т2 кВ/м в напряжение до 50 В и регистрировать его измерительным прибором Ь без предварительного уси ления.

Таким образом, предлагаемое устройство, благодаря расширенному частотному диапазону измерения, обеспечивает регистрацию с минимально возможными искажениями формы импульсного электрического поля.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ В ЕСТЕСТВЕННЫХ СЛАБОПРОВОДЯ1ЦИХ СРЕДАХ, содержащее двойной электрический зонд, состоящий из двух одинаковых одинарных зондов, разнесенных на базойое расстояние P и вьшолненных в виде контактирующих со средой сфер 0,38-10 (м), где с радиусом i е,с д(.(Гц) - верхняя граничная частота сигнала соответствующая длительности фронта импульса измеряемого электрического поля, измерительный прибор с дифференциальным входом, к которому подключены выходы кабельных линий свяэи отличающееся тем, что, с целью повьшения точности путем расширения частотного диапазона измерения, в каждый одинарный зонд введена внутренняя сфера с радиусом Г, Г, . -j7 , расположенная концентричI но с внешней сферой, разделенная с ней непроводящим слоем и подключен§ ная к входу соответствующей кабельной линии связи, a базовое расстояние 6j выбрано из соотношения ЮГ, .е ,1 (и). в.с