Способ измерения напряженности электростатического поля Советский патент 1988 года по МПК G01R29/12 

СО

о

00

Изобретение относится к измери- ельной технике и может быть исполь- $овано для измерения напряженности : лектростатического поля.

Цель изобретения - повьппение точ- «ости измерений.

На чертеже приведена структурная. Электрическая схема устройства,, реализующего способ измерения напряженности электростатического поля.

На чертеже обозначены верхняя 1 и нижняя 2 обкладки конденсатора, поле которого изменяется, зонд 3, измеритель 4 зарядов, экран 5, источники 6 и 7 напряжения. Зонд 3 соединен с из мерителем 4 зарядов, помещенным в з|кран 5, Обкладки 1 и 2 конденсатора подключены к источнику 6 напряжения, а нижняя обкладка 2 конденсатора и экран 5 подключены к источнику 7 напряжения. Общая точка измерителя 4 З |арядов соединена с экраном 5. Двух- к1оординатный зонд 3 представляет со- б|ой металлизированный диэлектрический шарик 3, поверхность которого при помощи гравировки разделена на четыр одинаковых электрода - четверти сферы. Измеритель 4 зарядов электродов обеспечивать режим короткого з амыкания электродов зонда 3 на эк- р|ан 5 измерителя 4, т.е„ должно обеспечиваться равенство потенциалов все электродов зонда и экрана измерителя ; Способ измерения напряженности э1лектростатического поля реализуется С1ледующим образом.

На двух электродах ij и i, (см,чертеж) под действием поля Ё, в соответствии с принщшом электростатической Индукции должны образоваться равные п|о величине и разные по знаку заряды, е1сли эти электроды соединены (закоро- ч1ены) „ В соответствии с теоремой Га- у сса заряд электрода45

q е Ф Е d .

(1)

эп

При малых размерах зонда во многих случаях можно принебречь погрешностью усреднения по площади в (1) и считать

q К,Е,

(2)

коэффициент преобразования

зонда),

Если зонд с двумя электродами i, i изолирован от других объектов (от блока обработки сигнала), то информацию о напряженности можно было бы получить по заряду электрода Е Kq, или

10

Е K(qj, - q,.)

12.- ,

(3)

а

где К - коэф1{)ициент калибровки системы двух электродов, Ям + qi-i 0,

Для изолированного зонда каждый заряд, например q , , определяется соотношением (1) или (2). Однако при соединении зонда с другими элементами (с измерителем 4) на зонде появляется заряд О, который определяется между электродами зонда пропорционально их собственным частичным емкостям, так что заряд электрода оказывается

Ч

J

ii

(4)

30

35

45

50

5

где j - номер электрода (, ii); qj - заряд электрода; qf - заряд электрода изолированного зонда, определяемый из (1) или (2);

С;; - собственная частичная емкость электрода; С ji собственная емкость зонда.

При обработке сигналов электродов величину напряженности по-прежнему определяем через разность зарядов:

К (q;, - q,)..

Для этого электроды закорочены (замкнуты на общую точку) в измерителе и через интеграторы, позволяющие по току электрода узнать его заряд. Разность этих зарядов

E K(q .q).q.9iL...

содержит слагаемые ошибки, поскольку истинное значение определяется разностью qf, - . 5 поэтому точное значение напряженности поля определяется

формулой

Е К (qf, - qf) К (q;, - q;, )

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерений. Данный способ основан на измерении измерителем 4 наведенных зарядов зонда 3 с чувствительными электродами, попарно и симметрично расположенными по осям системы координат, помещенного в электрическое поле. Особенностью данного способа является то, что перед измерением наведенных зарядов зонда 3 отключается электрическое поле. Затем задается потенциал зонду 3, соединенному с измерителем 4, который помещен в экран 5, подключенный к источнику 7 напряжения. Далее измерителем 4 измеряют наведенные заряды электродов зонда 3, после чего по формуле определяются составляющие вектора напряженности электростатического поля. 1 ил. с (/)

где К - коэффициент пропорциональности (Е K.q, где ,

Си - Ct a I

(5)

В правой части формулы (5) стоят величины, которые можно измерить:

а) q«

и

Ч, г

а также q

i

измеряются непосредственно в рабочем режиме измерения (отсчет по показаниям приборов);

б) коэффициент

С « С (1

вычис10

ляется (это может быть сделано аппа- ратурно) с помощью измерений в режиме калибровки.

В режиме калибровки измеряемое поле отключено, а зонду задаетс я принудительно потенциал от внешнего ис„It; по осям системы координат, помещенточника. При этом на электродах зонда г.-, ,

Способ измерения напряженности электростатического поля, основанный на измерении наведенных зарядов зонда с чувствительными электродами, по парно и си 5метрично расположенными

ного в электрическое поле, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, перед измерением наведенных зарядов зонда 2Q отключают электрическое поле, задаю потенциал зонду, измеряют наведенны заряды электродов зонда и определяю составляющие вектора напряженности по формуле

имеем заряды

Ci. q- GO

I Чо

чг

q

5

суммарный заряд зонда в этом режиме.

Отсюда получаем

I .aiu

.i-aii- q

Окончательное соотнойение для определения напряженности получаем из (5) и (6), обозначив основной режим измерения двумя штрихами:

К

(q, ft ч

q;) - qo

q;

где Е;

- составляющая напряженности, соответствующая паре электродов i,, i,.

Коэффициент преобразования зонда К определяется при его калибровке в

равномерном поле. При этом расстояние от зонда до пластин источника поля, как показывают экспериментальные данные, должно быть не менее 5R, где R - радиус зонда.

Формула изобретения

Способ измерения напряженности электростатического поля, основанный на измерении наведенных зарядов зонда с чувствительными электродами, попарно и си 5метрично расположенными

г.-, ,

ного в электрическое поле, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, перед измерением наведенных зарядов зонда отключают электрическое поле, задают потенциал зонду, измеряют наведенные заряды электродов зонда и определяют составляющие вектора напряженности по формуле

25

К

a - 412

f - (Чи

4(0 )

I I -,

4ij q,, - qjj

35

40

где 1 - координаты х, у или z в декартовой системе координат;

Чи jQiii заряды пары электродов зонда, расположенной на оси i-й координаты при отключенном источнике электрического

поля; II (I и заряды тех же электродов при

включенном источнике электрического поля; К - коэффициент преобразования.