Датчик электростатических потенциалов Советский патент 1988 года по МПК G01R15/06 G01R29/12 

687

4 00

to

00

сд

114

Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для измерения электр.остатнчестсих потенциалов, возникающих при перера ботке электриз пощихся материалов,например химических волокон, пластмасс, нефтепродуктов и т.п.

Цель -изобретения - повышение точности измерений, надежности работы, взрывобезопасно.сти и электростатической безопасности,

На фиг.1 приведен предложенный датчик, разрез-; на фиг,2 - емкостная схема замещения датчика на фиг. 3 - зависимость распределения потенциала в зависимости от расстояния до объекта измерений.

Датчик- (фиг.1) содер5 ит д1-1элект рический колпачек 1 с раструбом,элект ростатический экран 2, металлический -электрод 3, держатель 4 металлнчес- КОГО электрода, трубку 5, металлический диск 6, изоляционную диэлектрическую втулку, металлическое кольцо 8, геркон 9, поворотную диэлектричес к-ую в.тулку lU, магнитный элемент -11, среднюю диэлектрическую втулку 12, защитную крьшку 13, стопорный винт 14, соединительньй проводник 15 и полевой транзистор 16,

Датчик работает следующим образом Поворачивают поворотную втулку 10 при этом отводится в сторону магнит- ньй элемент 11 и контакты геркона 9 размыкаются. Датчик подносят к объекту неизвестным потенциалом, В таком положении наводится потенциал на металлическом диске 6 и чувствительном металлическом электроде 3 пропорцио- нально неизвестному потенциалу Ч о , который по соединительному проводнику 15 передается в измерительный блок для регистрации (не показан).

Уравнение преобразования датчика может быть представлено в виде

хй Ci

° 1с7 с +сТ-С5+С1 СзТТс7+сЛ

S Q потенциал объекта измерения ;

Ч - потенциал внешней поверхности диэлектрического колпачка 1 под раструбом; .Ч {, - потенциал внут15енней. поверхности диэлектрического колпачка 1 и металлического диска 6;

Ч -j - потенциал металлического электрода 3;

Cfl - емкость между об-ьектом измерения и внешней поверхностью диэлектрического колпачка 1 -под раструйом;

С - емкость между внешней и внутренней поверхностью диэлектрика колпачка 1; 3g емкость между внутренней

поверхностью диэлектрического колпачка 1 под раструбом или металлическим диском 6 и электростатического экрана 2;

Сд - емкость между металлическим диском 6 и металлическим электродом 3;

С - емкость металлического электрода относительно электростатического экрана 2;

R - входное сопротивление поле- - вого транзистора;

U-1 - напряжение на емкости С,

т.е. U-I Чо -4 v напряжение

Uo

1О1 ,

-на емкости С

г,

т.е. UQ. 4 i - , так как потенциал Земли можно принять равным нулю;

5 0

5

ид

UR

напряжение на емкости т.е. Щ - -Ч з;

С

4

0

5

напряжение на емкости , т.е. Us Ч з, так как потегащал Зб;мли можно принять.равным нулю. Установ ка коэффициента передачи датчика производится изменением емкости . Для чего ослабляют сто- порный винт 14 и перемещают трубку 5 относительно электростатического экрана 2, причем для повытиения точности измерения необходимо располагать чувствительньй металламеский электрод 3 на максимальном удалении от объекта измерения, так как в этом сл-учае у датчика падает чувствительность к изменению расстояния до объекта измерения (фиг.З), т.е. на такое же приращение расстояния до объекта будут разные npHpameviHH потенциалов в зависимости от.точки расположения чувствительного электрода 3.

Кроме того, на точнос-гь измере- ния датчиком, на наделность работы, взрывобезопасность и электростатическуто безопасность оказывает влияние внешняя оболочка датчика и элементы, .связанные с ней.

В этом случае высота раструба выбирается из условия

/

hp / U//E

ПР. Б 9

где и , ЕЛР.В - разность потенциалов

проводник, электрически связапньт с металлическим электродом, размещенным внутри цилиндрического электростатического экрана, торцовая поверхность которого, обращенная к объекту измерений, закрыта диэлектрической вставкой, выполнетюй из материала с высокой диэлектрической про

Изобретение относится к технике измерений. Цель изобретения - повышение точности измерений, надежности работы, взрывобезопасности и электростатической безопасности. Устройство содержит диэлектрический колпачок 1 с раструбом, электростатический экран 2, металлический электрод 3, держатель 4, трубку 5, металлический диск, изоляционную диэлектричес-. кую втулку 7, металлическое кольцо 8, геркон 9, поворотную диэлектрическую втулку 1 О, магнитный элемент 11, среднюю диэлектрическую втулку 12, защитную крышку 13, стопорный винт 14, соединительньш проводник 15 и полевой транзистор 16. Введение металлического диска, держателя, металлического кольца, изоляционной диэлектрической втулки, поворотной диэлектрической втулки, средней диэлектрической втулки, магнитного элемента, геркона, трубки, стопорного винта и защитной крышки позволяет повысить точность измерений, надежности- работы, взрывобезопасности и электростатической безопасности. 3 ил, ю (/

и пробивная напряжен- т о ницаемостью,а наружная боковая по-

ность электрического поля воздушного промежутка между объектом измерения и на- поверхностью диэлектрического колпачка. 1 под раструбом.

Форма растр.уба выполняется такой, чтобы образующая его внутренней по- верхности располагалась по возможности ближе к соответствуклцей напряженности электростатического поля Объект измерения - заземленньй электростатический экран. При этом уго.п между образукшдей поверхности раструба и продольной осью электростатического экрана составляет 30-45 . Металлический диск 6 и металлическое кольцо 8 образуют искровой разрядник.

Расстояние между проволочным металлическим кольцом 8 и металлическим диском 6 определяется из соотношения

из r lnT2hg7r+l7

+ OA22L ) , -iff. г

30,36 (1 +

10

где U(), - разность потенциалов между металлическим диском и проволочным кольцом 8 при макси- ; мальком значении измеряемого потенциала (фиг.2);

г - радиус проволочного коль- . ца 8;

li - расстояние проволочного кольца 8 от металлического диска 6;

&- относительная плотность воздуха,

при этом должно выполняться условие г « Иг., например 1 00 г li.

Формула

изобретения

Датчик электростатических потенциалов, содержащий соединительньй

5

0 5 0

5

0

5

0

5

верхность цилиндрического электростатического экрана охвачена диэлектрическим колпачком, о т л и ч а font и и с я тем, что, с целью повьше- ния точности измерений, надеш ости работы, взрывобе зопасности и электростатической безопасности, в него введен металлический диск, держателт металлического электрода металлическое кольцо, диэлектрическая изоляционная втулка, диэлектрическая поворотная втулка, диэлектрическая средняя втулка, магнитньп т элемент, геркон, трубка, стопорный винт и защитная крьшка, при этом диэлектрический колпачок и диэлектрическая вставка выполпен ь цельно в виде единой детали из материала высокой диэлектрической проницаемости, торцовая поверхность которой, обращенная к объекту измерений, заканчивается раструбом, на внутренней поверхности диэлектрического Ko.rtiir,4Ka в области диэлектрической вставки установлен металлический диск, края которого через диэлектрическую изоляционную втулку контактируют с поверхностью цилиндрического электростатического экрана, олектрггчески связанного с металлическим кольцом, разме-- uiaeNflsiM над металлическим диском, соединительный проводник размещен внутри подвижной трубки, наружная поверх- ность которой касается внутренней поверхности цилиндрического электростатического экрана, а внутренняя поверх-, ность трубки со стороны торцовой поверхности, обращенной к объекту изме- рения, механически связана с держателем металлического электрода, выполненного в виде выводного электрода затвора полевого транзистора,выводные электроды стока и истока кото- рого подключены к соответствующим выводам соединительного проводшпса, механическое перемещение которого внутри трубки фиксируется стопорным винтом, размещенным в резьбовом отверстии на наружной поверхности трубки, металлический диск электрически связан с одним из выводов геркона, установленного внутри цилиндрического электростатического экрана, элект- g рически связанного с другим вьгоодом геркона, магнитный элемент, приводимый в движение диэлектрической поворотной втулкой, механически связанной с ним и размещенной в углублении 10 диэлектрической средней втулки, охватывающей цилиндрический электростатический экран, связан электромагнитным воздействием через диэлектривниипи

л

Фа, д

Заказ 6843/50 Тираж 772

ческую среднюю втулку с герконом, одна ия торцовых поверхностей диэлектрической средней втулки по периметру герметично связана с торцовой поверхностью защитной крышки,, а другая торцовая поверхность герметично размещена по периметру между наружной поверхностью цилиндрического электростатического экрана и внутренней поверхностью диэлектрического колпачка, обращенного второй торцовой поверхностью противоположно объекту измерений.

иа.2

Подписное