Датчик электростатического поля Советский патент 1988 года по МПК G01R29/12 

CiJS/ af/7IP

i/f7pcf /7eA /

uW

/T i/C/77CfV /

апа/унаго

IP

un

О

;о to tc

0

11

12

Изобретение относится к электроизме рительной технике и может быть использовано для измерения напряженности электростатического поля.

Цель изобретения - повышение точности и чувствительности.

На чертеже приведена структурная электрическая схема датчика электростатического поля.

Датчик электростатического поля со держит цилиндрический корпус (не пока- 10 зан), неподвижный экранный электрод 1, измерительный элекрод 2, неподвижный калибровочный электрод 3, компенсирующий электрод 4, вал 5 колебательного

жим хранения сигнала Е-к,, а датчик работает в режиме измерения внешнего электростатического поля. При этом на второй вход БОС 8 с измерительного электрода 2 поступает сигнал, пропорциональный разности напряженностей внешнего электростатического поля Ей и поля между калибровочным 3 и измерительным 2 электродами Ек, причем

,Ч-АЕи;(1)

Ен Е«„+ЛЕк,(2)

где Е„ - напряженность внешнего поля при нормальных условиях; АЕи, ДЕк-изменение напряженности соответственно внешнего поля и поля между каприводного механизма 6, коммутатор 7, либровочным 3 и измерительным 2 элект- первый вход которого соединен с изме-родами при изменении внешних условий,

рительным электродром 2, а второй вход сое-Выражения для Е и Ек можно преддинен с источником управляющего сиг-ставить в виде

нала (не показан), блок 8 обработки сиг-Ен Ец, (1+а);(3)

нала (БОС), содержащий включенные сум-Ек Е«„ (1 + а);(4)

матор 9, блок 10 деления, блок 11 умно- 20 где а - коэффициент, зависящий от женин, выход которого подсоединен к вто-состояния окружающей среды.-Из (3) и (4)

рому входу первого блока 12 вычитания,следует:

первый вход которого соединен с выходом сумматора 9, ячейку 13 памяти, выход которой соединен с вторым входом второго .,5 б;1ока 14 вычитания, первый вход второгогде

блока 14 вычитания соединен с первым входом сумматора 9, с первым входом ячейки 13 памяти и с вторым входом блока 10 деления, а выход подключен к втоЛЕ

.v V

., (5)

Ь Е

К - коэффициент пропорциональности.

С компенсирующего электрода 4 на первый вход БОС 8 поступает сигнал, пропорциональный напряженности поля между

С компенсирующего электрода 4 на первый вход БОС 8 поступает сигнал, пропорциональный напряженности поля между

рому входу блока 11 умножения. Первый зо калибровочным 3 и компенсирующим 4

вход сумматора 9 подключен к компенсирующему электроду 4, второй вход сумматора 9 и второй вход ячейки 13 памяти подключены к первому и второму выходам коммутатора 7 соответственно. При этом

электродами Ек, равный по величине сигналу, пропорциональному напряженности поля между калибровочным 3 и измерительным 2 электродами, вследствие идентичности измерительного 2 и компенсируюпервый и второй входы сумматора 9 и з5 щего 4 электродов н симметричности их второй вход ячейки 13 памяти являютс5 относительно калибровочного электрода 3.

первым, вторым и третьим входами БОС 8Благодаря тому что сектора калибровочсоответственно.ного 3 и экранного 1 электродов переДатчик электростатического поля рабо-крываются, действие внешнего электростатает следующим образом.тического поля на калибровочный электрод 3

При включепии датчика приводной меха- экранируется секторами экранного электро- низм б заставляет колебаться измеритель-да 1. Сигналы, поступающие на первый

ный 2 и компенсирующий 4 электроды, и второй входы БОС 8, пропорциональ- закрепленные на валу 5. На калибровоч-ные соответственно Ей-Ек и Exi, складыный электрод 3 поступает опорное па-ваются в сумматоре 9, с выхода котопряжение. Перед проведением измерений .г рого сигнал поступает на первый вход

блока 10 деления, где делится на Ек. Сигнал с компепсируюпдего электрода 4 поступает также на второй блок 14 вычитания где из него вычитается величина ЕК, , занесенная в ячейку 13 памяти. С ла, приходящего на первый вход БОС 8 с 50 выхода второго блока 14 вычитания сигнал, компенсирующего электрода 4 и пропорцио-пропорциональный ДЕ, поступает на блок

11 умножения, где умножается на величину святую с выхода б.тока 10 деления. С выхода блока 11 умножения После проведения калибровки коммута- сигнал, пропорциональный ДЕи, поступает на тор 7 подключает второй вход БОС 8 к первый блок 12 вычитания, где вычитаетдатчик калибруется при нормальных атмосферных условиях, для чего коммутатор 7 подключает второй и третий входы БОС 8 к корпусу, при этом ячейка 13 памяти переводится в режим запоминания сигнанального напряженности поля между калибровочным 3 и компенсирующим 4 электродами Еко

измерительному электроду 2, па третий вход БОС 8 поступает сигнал управления, переводящий ячейку 13 памяти в реся из EU. На выходе первого блока 12 вычитания имеем сигнал «„, не зависящий от внешних условий.

жим хранения сигнала Е-к,, а датчик работает в режиме измерения внешнего электростатического поля. При этом на второй вход БОС 8 с измерительного электрода 2 поступает сигнал, пропорциональный разности напряженностей внешнего электростатического поля Ей и поля между калибровочным 3 и измерительным 2 электродами Ек, причем

,Ч-АЕи;(1)

Ен Е«„+ЛЕк,(2)

где Е„ - напряженность внешнего поля при нормальных условиях; АЕи, ДЕк-изменение напряженности соотгде

ЛЕ

.v V

., (5)

Ь Е

К - коэффициент пропорциональности.

С компенсирующего электрода 4 на первый вход БОС 8 поступает сигнал, пропорциональный напряженности поля между

калибровочным 3 и компенсирующим 4

калибровочным 3 и компенсирующим 4

электродами Ек, равный по величине сигналу, пропорциональному напряженности поля между калибровочным 3 и измерительным 2 электродами, вследствие идентичности измерительного 2 и компенсирую щего 4 электродов н симметричности их относительно калибровочного электрода 3.

11 умножения, где умножается на величину святую с выхода б.тока 10 деления. С выхода блока 11 умножения сигнал, пропорциональный ДЕи, поступает на первый блок 12 вычитания, где вычитается из EU. На выходе первого блока 12 вычитания имеем сигнал «„, не зависящий от внешних условий.

Таким образом, обеспечивается значительное улучшение метрологических и эксплуатационных характеристик датчика электростатического поля за счет введения автоматической оперативной калибровки в процессе измерения в полевых условиях для компенсации приращения сигнала с датчика в зависимости от влажности и газового состава среды, снижение погрешности измерения, повышение чувствительности (т. е. возможность измерения с заданной погрешностью значительно более низких уровней напряженности электростатического поля).

Формула изобретения

Датчик электростатического поля, содер- жаш,ий цилиндрический корпус, в торце которого закреплен неподвижный экранный электрод, выполненный в виде секторных лопастей и соединенный с цилиндрическим корпусом, расположенный внутри цилиндрического корпуса измерительный электрод, идентичный по форме неподвижному экранному электроду, закрепленный на валу колебательного приводного механизма на расстоянии d от неподвижного экранного электрода, причем плоскости измерительного и неподвижного экранного электродов перпендикулярны оси вала колебательного приводного механизма, а центр окружности, ограничивающей секторы измерительного и неподвижного экранного электродов, расположен на оси вала колебательного приводного механизма, которая совпадает с осью цилиндрического корпуса, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности, введены расположенные внутри цилиндрического кор5

пуса неподвижный калибровочный электрод и компенсирующий электрод, закрепленный на оси вала колебательного приводного механизма, причем форма неподвижного калибровочного и компенсирующего электродов идентична форме неподвижного экранного элекрода, неподвижный калибровочный и компенсирующий электроды размещены на расстоянии d и 2d от измерительного электрода соответственно по дру0 гую сторону от него относительно неподвижного экранного электрода, неподвижный калибровочный электрод размещен в цилиндрическом корпусе идентично неподвижному экранному электроду, а компенсируюнхий элекрод закреплен на оси .вала колебательного приводного механизма идентично измерительному электроду, коммутатор, первый вход которого подсоединен к измерительному электроду, а второй вход - к источнику управляющего сигнала, последо0 вательно соединенные сумматор, блок деления, блок умножения, выход которого подключен к второму входу введенного первого блока вычитания, выход которого является выходом датчика, а первый вход

5 подсоединен к выходу сумматора, первый вход последнего подключен к компенсирующему электроду, а второй вход сумматора подсоединен к первому выходу коммутатора, первые входы введенных ячейки памяти и второго блока вычитания, а также

0 второй вход блока деления подключены к первому входу сумматора, второй вход второго блока вычитания подсоединен к выходу ячейки памяти, второй вход которой подсоединен к второму выходу коммутатора, а выход второго блока вычита5 ния подключен к второму входу блока умножения.

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения - повышение точности и чувствительности. Датчик содержит неподвижный экранный электрод (Э) 1, измерительный Э 2 компенсирующий Э 4, вал 5 колебательного приводного механизма 6, коммутатор 7 и блок обработки сигнала (БОС) 8, состоящий из сумматора 9, блока 10 деления, блока 11 умножения, ячейки 13 памяти и блоков 12 и 14 вычитания. Цель достигается за счет введения автоматической оперативной калибровки в процессе измерения в полевых условиях для компенсации приращения сигнала с датчика в зависимости от влажности и газового состава среды. 1 ил. Q S СО