Способ измерения электростатического поля Советский патент 1987 года по МПК G01R29/12 

Tax, судах и т.п. Целью изобретения является повышение разрешающей способности и чувствительности способа, который заключается в следующем. К измерительной пластине подключают нагрузку в виде параллельной RC-цепи и периодически экспонируют ее в измеряемое поле.. Затем экранируют, измеряют параметры колебательного напряжения RC-цепи при определенном условии. По амплитуде и полярности первой полуволны определяют соответственно величину напряженности и знак направления электростатического поля. Цель достигается за счет выбора оптимальных величин коэффициентов

1

Изобретение относится к электрическим измерениям, в частности к способам измерения электрических полей, и может быть использовано для измерения величины напряженности и определения знака направления атмосферного электростатического поля, осуществляемых с помощью флюкс- метров, устанавливаемых как на земле, так и на разного рода летательных аппаратах, судах И т.п.

Целью изобретения является повьше ние разрещающей способности и чувствительности способа измерения электростатического поля за счет выбора величин коэффициентов временной и скоростной асимметрии модуляции поля величины коэффициента инерционности нагрузки, а также величины коэффициента трансформации скоростей,удовлетворяющих соответственно следующим соотношениям:

it, /«ito / 1/3;

V

,./v,

t/T V. /V

/ / 1,

i1/4, . N-:

4,

a - коэффициент временной асимметрии модуляции поля;

b - коэффициент скоростной асимметрии модуляции поля;

с - коэффициент инерционности

нагрузки измерительной пластины ;

временной и скоростной асимметрии модуляции поля, величины коэффициента инерционности нагрузки и коэффициента трансформации скоростей. Устройство, реализующее данньй способ, содержит вращающуюся и заземленную зкранирующую пластину 1, выполненную в виде металлического круга, например, с секторно-ножевой формой отверстий, неподвижную изолированную заземленную пластину 2 с секторной формой лопастей, выполненных из металла, нагрузку 3, пиковые детекторы 5 и 6, ключевую схему 7, узел 8 селекции первой полуволны и усилитель 4. 2 ил.

5

0

5

0

d - коэффициент трансформации

скоростей;

bt, ,V - соответственно время и скорость экспонирования измерительной пластины в поле; - соответственно время и скорость ее экранирования; - постоянная времени нагрузки измерительной пластины, например, t RC; Т it, + + fit2 - время одного цикла процесса

периодической модуляции поля VQ- условная исходная скорость

° изменения эффективной площади измерительной пластины, 5 - общая площадь измерительной пластины;

-период вращения оси двигателя ротационного флюксметра ,

-число лопастей (секторов) измерительной (экранирующей) пластины.

На фиг. 1 представлены эпюры изме,- нений во времени эффективной площади измерительной пластины S(t), тока в нагрузке i(t), напряжения на нагрузке U(t) и выходного продукта U для предлагаемого способа измерения электростатического поля; на фиг. 2 - функциональная схема ротационного флюксметра.

Схема содержит вращающуюся и заземленную экранирующую пластину, выполненную в виде металлического

N

т„

Та Т

круга, например, с секторно-пожевой формой шопастей,, неподвижную изолированную измерительную пластину 2,на пример|. с секторной формой лопастей выполненных из металла, соединенную с нагрузкой 3, составленной, например, из параллельно соединенных резистора К„ и конденсатора С .

Пластина 1 укреплена на валу электродвигателя. Измерительная пласти- на 2 через усилитель 4 колебательного напряжения U(t) соединена с входами пиковых детекторов 5 и 6, выходы которых подключены к управляющим входам ключевой схемы 7 выбора по- лярности.Выход усилителя 4 колебательного напряжения через узел 8 селекции первой полуволны на нагрузке 3 соединен с сигнальиьм входом ключе- вой схемы 7 выбора полярности.

Способ реализуется следующим образом.

К измерительной пластине 2 флюкс- метра, лопасти которой выполнены в виде металлических секторов с общей эффективной площадью So, подключают нагрузку, например, также в виде параллельной RC-цепи, помещают пластину в электростатическое поле и (фиг. 1) с помощью экранирующей плас тины, выполненной в виде металлического круга с секторно-ножевиднымн отверстиями, периодически кратковременно (в течение отрезка времени At,) экспонируют ее в поле, а затем экранируют (в течение отрезка времени utj). При этом постоянную времени нагрузки ( t R С) выбирают удовлетворяющей соотношению , Отношение At,/лЬ выбирают равньм ил больше 1/3. Отношение скоростей экспонирования и экранирования измерительной пластины V /V,j выбирают равным или более единицы, а величину коэффициента трансформации скоростей d- Vj /V выбирают удовлетворяющей соотношению . Последние требования могут быть обеспечены, например, отклонением формы пластин от традиционной секторной формы. Характер изменения эффективной площади пластины S(t), тока в нагрузке i(t), напряжения на ней U(t) и выходного результата U соответствует эпюрам на фиг. 1. -

В примере реализации способа (фиг. 2) вращающаяся и заземленная экранирующая пластина 1 выполнена в виде металлического круга с восемью

секторно-ножевыми отверстиями. Неподвижная и изолированная измерительная пластина 2 выполнена также металлической в В1аде узких восьмисекторных лопастей.

Указанные формы экранирующей и измерительной пластин, обеспечивают получение необходимых коэффициентов асимметрии полуволи тока (Ь; ) и напряжения )„) в нагрузке 3.

Измерительная пластина 2 соединена с нагрузкой 3, выполненной в данном случае из параллельно соединенных резистора R и конденсатора

с„.

Усилитель 4 предназначен для усиления переменного напряжения -UCt) на нагрузке 3. Детекторы 5 и 6 выполнены в виде пиковых детекторов и предназначены для фиксации возможных как положительного, так и отрицательного амплитудных значенш первой полуволны колебательного напряжения на нагрузке. Ключевая схема 7, уп равляемая узлом 8 селекции первой полуволны, служит для выбора соответственно положительного или отрицательного значений выходного напряжения Uo .

Узел 8 селекции первой полуволны служит для определения знака поля и управления ключевой схемой 7 и может быть выполнен (фиг. 2) управляемым колебательным напряжением с выхода усилителя 4. В этом случае он, автоматически анализируя структуру усиленного колебательного напряжения на нагрузке U(t), выраба- тьшает управляющий сигнал на ключевую схему 7, которьиг зависит от знака поля. Параметрами колебательного напряжения, которые могут в данном случае служить для целей селекции первой полуволны, могут быть взяты следующие: амплитуды и длительности полуволн колебательного напряжения на нагрузке, величина и число положительных и отрицательных перепадов этого напряжения и др. Кроме усилителя 4 узел 8 селекции может управляться, например, от оптрона, модулируемого прорезями экранирующей пластины и т.п.

Ротационный флюксметр (фиг. 2) работает следующим образом.

Вращение экранирующей пластины 1, расположенной над измерительной пласти ной 2, вызывает модуляцию измеряемого электростатического поля

Е. Через измерителыГую пластину 2 и ее нагрузку 3 течет переменный ток i(t) и на нагрузке 3 образуется переменное напряжение U(t), формы которых изображены на фиг, 1. Затем переменное напряжение U(t) усиливается усилителем 4. Амплитуда первой (U) полуволны при положительном и отрицательном поле Е фиксируется соответственно пиковыми детекторами 5 и 6. Ключевой схемой 7, управляемой узлом 8 селекции, производится выбор полярности выходного напряжения U , соответствующего знаку поля Е.

Формула изобре. тения

Способ измерения электростатического поля., согласно которому к измерительной пластине подключают нагруз ку в виде параллельной RC-цепи, помещают пластину в электростатическое поле, периодически экспонируют ее в поле, а затем экранируют и измеряют параметры колебательного напряжения на нагрузке, причем измерение производят при условии, что отноше г sffll

it.

Jtj

Ш

ние постоянной времени нагрузки к времени одного цикли процесса периодической модуляции поля лежит в пределах 0-0,25, отличающий- с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности и чувствительности, измеряют амплитуду и определяют полярность первой полуволны колебательного напряжения на нагрузке и по ним определяют соответственно величину напряженности и знак направления электростатического поля, причем операции экспонирования и экранирования измерительной пласти- 5 ны производят таким образом, чтобы отношение времен экспонирования и экранирования находилось в пределах 0,33-1, отношение скоростей экспонирования и экранирования лежало в пределах 1-10, а отношение скоростей экспонирования и условной исходной скорости изменения эффективной площади измерительной пластины было равно или больше числа лопастей-секторов измерительной и экранирующей пластин и находилось в пределах 4-50.

20

25

Изобретение относится к области электрических измерений, в частности к способам измерения электрических полей,и может быть использовано для измерения величины напряженности и определения знака направления атмосферного электрического поля, осуществляемых с помощью флюксметров, устанавливаемых как на земле, так и на разного рода летательных аппара(Л с to СХ) 00 о: to со

Составитель Е.Плужникова Редактор А.Шандор Техред М.Ходанич Корректор С.Шекмар

Заказ 7804/44 Тираж 752Подписное

ВНИКЛИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

-Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

фиг.}

t