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

флюксметр. К измерительной пластине подключают нагрузку в виде параллельной КС-цепи и периодически экспони- руют ее в электростатическом поле. Затем экранируют и измеряют параметры колебательного напряжения на нагрузке при соблюдении отношения постоянной времени КС-цепи к времени одного цикла процесса модуляции поля в пределах 0-0,25. Цель достигается за счет того, что измеряют знак и величину приращения напряжения в разма- ке разноименных полуволн колебатель1

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, производимых с помощью флюксметров.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности и чувствительности способа измерения электростатического поля за счет выбора величин коэффициентов временной и скоростной асимметрии модуляции поля, величины коэффициента инер ционности нагрузки, а также величины коэффициента трансформации скоростей j удовлетворяющих соответствен 5о следующим соотношениям:

ЛС, /At i

1,

V, ( VQ i , N :5 4,

V,/V, 1, t /T 1/4

де a b

d

ц ,v,

коэффициент временной асимметрии модуляции поля; коэффициент скоростной асимметрии модуляции поля; коэффициент инерционности нагрузки измерительной пластины,

коэффициент трансформации скрростей;

соответственно время и скорость экспонирования измерительной пластины в поле ,

ного напряжения на нагрузке и по ним определяют знак и величину напряжен- ности электростатического поля. Операции экспонирования и экранирования производят при заданных отношениях их времен и скоростей. Устройство, реализующее данный способ, содержит заземленную экранирующую пластину 1, неподвижную изолированную измерительную пластину 2, нагрузку 3, усилитель 4, пиковые детекторы 5 и 6, ключевую схему 7 выбора полярности, узел 8 определения знака. 2 ил.

fO

15

20

25

30

ut.v,,

t ut, + .

соответственно время и скорость ее экранирования,- постоянная времени нагрузг ки измерительной пластины,

V . X

N

время одного цикла процесса периодической модуляции поля;

условная исходная скорость изменения эффективной площади измерительной пластины,

S - общая площадь измерительной пластины; Т - период вращения двигателя

роторного флюксметра; число лопастей (секторов) измерительной (экранирующей пластины.

На фиг. 1 представлены эпюры изменения во времени эффективной поверхности измерительной пластины S(t), тока в нагрузке Kt), напряжения в нагрузке U(t), и выходного продукта Up для предлагаемого способа измерения электростатического поля; . на фиг. 2 - функциональная схема роторного флюксметра с плоским типом пластин.

Схема содержит заземленную экранирующую пластину, выполненную в виде металлического круга, например, с круглой формой отверстий, укрепленную на валу электродвигателя, не- 35 подвижную изолированную нзмеритель- ную пластину 2, например, с круглой формой лопастей, яыполиенгклх из металла, соединенную с нагрузкой 3, измерительной пластины, состоящую, например, из параллельно соединенных

резистора R,, и конденсатора С, .

ни

Измерительная пластина 2 через усилитель 4 и пиковые детекторы 5 и 6 соединена с управляющими входами ключевой схемы 7 выбора полярности выходного напряжения, выход которой является выходом устройства. Выход усилителя 4 переменного напряжения через узел 8 определения знака приращения напряжения соединен с сигнаным входом ключевой схемы 7 выбора полярности выходного напряжения.

Способ измерения электростатического поля осуществляется с помощью ротационного флюксметра, к измерительной пластине, лопасти которой выполнены в виде металлических кру- гов с общей эффективной площадью S, подключают нагрузку, например, также в виде параллельной RC-депи, помещают пластину в электростати геско поле (фиг. 1) и с помощью экрани- рующей пластины, выполненной в виде металлического круга с круглыми отверстиями, периодически экспонируют (в течение отрезка времени ut) ее в поле, а затем экранируют (в тече- ние отрезка времени it ). При этом постоянную времени нагрузки ( t,, - КнС|) выбирают удовлетворяющей со отнощению . Отношение ut /At выбирают равным или больше единицы. Отношение скоростей экспонирования и экранирования измерительной пластны выбирают равным единице, а величину коэффициента трансформации скоростей d выбирают удовлетворяющей соотношению d V, /V V /V, :j N :j 4

Последнее требование может быть обеспечено, например, отклонением формы пластин от традиционной секторной форм1з1 и приближением этой фор мы, например, к указанной на фиг. 2

При этом характер изменения эффективной площади измерительной пластины S(t), тока в нагрузке i(t) напряжения на ней U(t) и выходного продукта и соответствует эпюрам на фиг. 1.

Вращающаяря и заземленная экрани .рующая пластина 1 выполнена в виде металлического круга с шестнадцатью круглыми отверстиями. Неподвижная и изолированная измерительная пластина 2 выполнена также металлической в виде шестнадцати круглых лопастей

Указанные формы экра1П1рующей и имерительной пластины обеспечивают получение необходимых коэффициентов асимметрии полуволн тока (1 ) и на- пряжетп и (Ill) в нагрузке 3.

Измерительная пластина 2 соединена с наг рузкой 3, выполненной в данном случае из параллельно сое- д лненных резистора R, и конденсатора С . Усилитель 4 предназначен для усиления переменного напряжения на нагрузке 3. Детекторы 5 и 6 выполнены в виде пиковых детекторов и предназначены для фиксации суммы ампли- з аченш 1 полувол} колебательного напряжения обоих знаков.

Ключевая схема 7, управляемая узлом определения знака приращения напряжения в размахе разноименных полуволн колебательного напряжения на нагрузке 3, служит для выбора соответственно положительного или отрицательного значения выходного напряжения и. Узел 8 определения знака служит для определения знака поля и управления ключевой схемой 7 и 8 может быть выполнен управляемым колебательным напряжением с выхода усилителя 4. В этом случае, он, автоматически анализируя структуру усиленного колебательного напряжения на нагрузке U(t), вырабатывает управляющи сигнал на ключевую схему 7, который зависит от знака поля.

Параметром колебательного напряжения, который используется в случае для определения знака поля, является знак приращения напряжения в размахе разноименных полуволн колебательного напряжения на нагрузке, который в простейшем случае может быть определен по полярности импульсного напряже1п«1, получаемого путем операции дифференцирования колебательного напряжения 3U(t)/ot.

Ротационный флюксметр работает следующим образом.

Вращение экранирующей пластины 15 расположенной над измерительной пластиной 2, вызывает модуляцию измеряемого электростатического поля Е. Через измерительную пластину 2 И ее нагрузку 3 течет пepeмefIный ток L(t) и на нагрузке 3 образуется переменное напряжение U(t), формы которых изображены на фиг. 2. Затем переменное напряжение U(t) усиливается усилителем 4. Сумма амплитуд первой и второй полуволн колебательного наряжения U(t) фиксируется пиковыми етекторами 5 и 6. Ключевой схемой 7, управляемой узлом 8 определения знака приращения напряжения в размае разноименных полуволн колебательного напряжения, производится выбор полярности выходного напряжения (U и,, + и ), соответствующего знаку поля Е.

Формула изобретения

Способ измерения электростатического поля,согласно которому к изме- рительной пластине подключают нагрузку в виде параллельной RC-гцепи, 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 отношение постоянной времени нагрузки к времени одного цикла процесса периодической

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

Заказ 7804/44 Тираж 752Подписное

ВНИИПИ 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

модуляции поля лежит в пределах 0- 0,25, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и чувствительности, из5 меряют знак и величину приращения напряжения в размахе разноименных полуволн колебательного напряжения на нагрузке и по ним определяют соответственно знак направления и величину

0 напряженности электростатического поля , причем операции экспонирования и экранирования измерительной пластины производят таким образом, чтобы отношение времен экспонирования и экра- f5 нирования находилось в пределах 1-10, отношение скоростей экспонирования и экранирования было равно 1, а отношение скоростей экспонирования и условной исходной скорости изменения

0 эффективной площади иэмерительной пластины было равно или больше числа лопастей-секторов измерительной и экранирующей пластины и лежало в пределах 4-200.

25

Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано для измерения величины напряженности и определения знака направления атмосферного электрического поля, производимых с помощью флюксметров. Целью изобретения является повышение разрешающей способности и чувствительности способа измерения электростатического поля. Для достижения цели реализуется следующий способ, использующий ротационный (Л С ьо оо 00 05 со