Способ определения распределения потенциалов электростатического поля Советский патент 1988 года по МПК G01R29/12 

У

00 Од

ел

Изобретение относится к области эл. измерений и повьнпает их точность. Устр-во реализующее сп-б, включает область 1 исследуемого элек- тростатич. поля (ЭСП), электроды 2 и 3, создающие ЭСП, источник 4 постоянного тока, вольтметр 5, капилляр 6, сборный электрод 7, амперметр 8, оптич, систему 9, источник 10 света, светофильтр П. В качестве зонда используют струю заряженной жидкости (ЗЖ), измеряют объемный расход ЗЖ, эл. ток, переносимый струей ЗЖ, и определяют распределение потенциала ЭСП вдоль оси Z. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано для исследования и контроля постоянных электрических полей в различных отраслях промышленности, например в производстве нетканых волокнистых материалов электростатическим способом, в электроокраске.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство включает область 1 исследуемого электростатического поля, электроды 2 и 3, создающие электростатическое поле, источник 4 постоянного тока, вольтметр 5, капилляр 6, сборный электрод 7, амперметр 8, оптическую систему 9, источник 10 свР-та, светофильтр 11.

Устройство работает следующем образом.

Исследуемая область 1 электростатического поля ограничена электродами 2 и 3. Напряжение от источника 4 контролируется вольтметром 5. Через капилляр 6, вмонтированный в электрод 2 по нормали к его поверхности, подается жидкость с фиксированным расходом. Заряжаясь на верхнем электроде, струя проходит междуэлектродное пространство и через отверстие в нижнем электроде (нижний электрод может быть сетчатым) попадает на сборный электрод 7, заземленный через амперметр 8. Форма струи регистрируется длиннофокусной оптической системой 9 (например, фотоаппарат или телекамера с длиннофокусным объективом) на фоне освещенного источника 10 света рассеивающего светофильтра 1 1 .

Способ определения распределения потенциалов электростатического поля реализуется следующим образом.

Дифференциальная связь между изменением потока импульса, переносимого жидкость в тонкой струе вдоль е оси и касательными натяжениями на поверхности струи для касательных натяжений, обусловленных взаимодействием электрического поля с поверхностным зарядом на осесимметричной струе, имеет вид

(

10

15

V-, ( 6

- площадь поперечного сечения струи; осевая скорость; - вязкость; -.шоверхностная плотность

заряда;

E(Z) - напряженность электрического поля на границе струи.

Кроме уравнения движения ( 1 ). в движущейся жидкости выполняются законы сохранения массы и заряда, которые для жидкости с постоянной плотностью соответственно имеют вид

(2) (3)

где I - электрический ток поверхностных зарядов, переносимых струей.

Из ( 1 )-(3) имеем

d dz

/Q

TJrir IE(z)-I

. B).3.Q

dU(z)

(4)

0

5

Интегрируя (4) и учитывая, что в тонкой струе энергия электрического поля расходуется на разгон струи и на преодоление сил поверхностного натяжения, получают расчетную формулу для распределения потенциала электростатического поля вдоль траектории струи

.,3

U(z)U(z 1+

TTJIr

1- )+ rMzJ

0

5

0

U(z) U(z;

, : I r(0 - r r( z

т Го

Tz7

(5)

потенциал поля в точке z; потенциал опорного электрода;

плотность жидкости; расход; ток; радиус струи;

о);

коэффициент поверхностного натяжения.

Пример. В плоскопараллельный конденсатор, состоящий из днух расположенных на расстоянии мм один от другого горизонтальных металлических дисков диаметром 150 мм, через отверстие диаметром 0,58 мм в центре верхнего диска впрыскивается диметилфталат плотность ,19

xlO кг/м, вязкость/ 0,1 7 П, поверхностное натяжение дин/см с объемным расходом ,6 10 м /с. На верхний диск подается положительное напряжение U, 24 кВ от высоковольтного источника, отрицательный вывод источника и нижняя плоскость заземляются. Заряжаясь на верхнем электроде, струя диметилфталата проходит межэлектродное пространство и через соосное отверстие диаметром 3 мм в нижнем диске попадает на сборный электрод, заземленный через амперметр. Ток, переносимый струей, составляет ,5 10 А. Струя фотографируется на светлом фоне с помощью длиннофокусной оптической системы, результирующая кратность увеличения струи составляет 230. По фотограммам изображения струи определяется зависимость ее радиуса г от продольной координаты z. Результирующая аппаратурная погрешность не превышает 5%.

В.таблице приведены вычисленные по формуле (5) значения потенциалов U(z), где Z отсчитывается от верхнего электрода.

В качестве опорного электрода взята нижняя плоскость, имеющая координату Zj,40 мм. Кроме того, приведены теоретические значения UT.(Z) Up/H-z//, соответствующие однородному полю плоского конденсатора, и относительные отклонения расчетных и вычисленных значений.

и{г), кВ О 1,28 2,47 3,76 4,59 б,12 6,93 9,56 U(z), кВ О 1,2 2,4 3,6 4,8 6,0 7,2 9,6 (U-Uj/UT, % 6,7 2,9 4,4 4,4 2 3,8 0,4

Формула изобретения

Способ определения распределения потенциалов электростатического поля, включающий перемещение в исследуемом электростатическом поле зонда, о т- личающийся тем, что, с целью повышения точности-измерений, в качестве зонда используют струю заряженной жидкости, измеряют объемный расход заряженной жидкости, электрический ток, переносимый струей заряженной жидкости, и определяют распределение потенциала электростатического поля вдоль оси Z по формуле

U.b (zJ.-I l-,(.--,f

TQ , гр . rlzV

.+

f

I

где U(z) - потенциал точки отсчета;

-плотность струи заряженной жидкости;

-объемный расход заряженной жидкости;

-ток в струе заряженной , жидкости;

r(z) - радиус струи заряженной

жидкости;

Z - продольная координата; r,r(z J;

Т - коэффициент поверхностного натяжения струи заряженной жидкости.