Устройство для измерения переменного электрического поля Советский патент 1989 года по МПК G01V3/06 

Изобретение относится к технической- физике и электроизмерительной технике, а иМ енно к устройствам для измерения переменных электрических полей в любых средах прц отсутствии априорной информации об их электрофизических параметрах.

Целью изобретения является повьшение точности измерений переменного электрического поля в любых изотропных средах с любыми границами разде-а ла сред в условиях неопределенной зависимости их электрофизических параметров .

На фиго показана общая схема устройства для измерения переменного электрического поля; на фиг.2 и 3 - эквивалентные схемы замещения входной цепи устройства.

Устройство содержит первичный преобразователь 1, согласующее устройство 2, источник 3 калиброванного тока, предварительный усилитель 4, узкополосные фильтры 5 и 6, сумматор 7, параллельный сумматор 8, узкополосный перестраиваемый фильтр 9 и регистратор 10.

Устройство работает следующим образом

Напряженность измеряемого переменного электрического поля можно определить при помощи выражения.

,, УййХ. п + 21ч

Ь-- т у J

°

(1)

где и„ - выходное напряжение нена oblx

груженного датчика; выходное сопротивление датчика;

коэффициент преобразования ненагруженного датчика;

выходное сопротивление согласующего устройства. Выходное сопротивление датчика в общем случае является комплексным.

3- 1. Z.. 4

;о ел

САЭ N

31

т.е. имеет действительную и.мнимую части. Если в качестве датчика используются два Д13мерительных электрода, то его выходное сопротивление носит емкостной характер, т.е. содер- жит действительную резистивную (Ra) и емкостную (Сд) части. Таким образом, при измерении напряженности электрического поля неизвестными яв- ляются измеряемое поле Е, резистив- ная составляющая выходного сопротивления датчика и его емкость (индуктивность). Выходное сопротивление датчика зависит не только от его конструкции, но и от электрофизических параметров среды. Для определения трех неизвестных параметров требуется как минимум три измерения. Источник калиброванного тока выдает калиброванные сигналы значения тока на двух частотах (0ц и Qg . Нижняя GO ц и верхняя СО, частоты выбираются на

границах частотного диапазона исследуемого сигнала. Напряжение на входных зажимах предварительного усилителя равно

U,(t) (t)U2(t)4-U2(t),(2)

и

1C

30

- напряжение от внешнего

измеряемого поля ,(t) - напряжение от калиброванного источника тока на нижней частоте W ; U,j - напряжение от калибро- 35 ванного источника тока на верхней частоте «6

Узкополосный фильтр 5 настроен на 40 тоту сОц , а узкополосный, фильтр на частоту сОц. Напряжения на . ах регистратора 10 соответственравны

A К. К 5- и,„„|45

Ue Кб- (3)

j, К4- Kg Kg- (Uj-Kg- К X

iWM б т ZQ ь ) К - коэффициент усиления предварительного усилителя; 50 g,Kg - коэффициенты передачи и

фильтров Ф1 и Ф2 на частотах Сл)ц и сОц соответственно;

Kj - коэффициент передачи сум- 55 матора;

Kg - коэффициент передачи параллельного сумматора;

Q 0

5

0

5

Kg - коэффициент передачи блока 9. При выполнении условия

KS получим

KT Kg. К, 1

U. К,- Kg к,- U,,(t),

(4)

с 4 В

т.е. на входах решающего устройства при этом имеем три напряжения, пропорциональные и(, ll,g и . Это равносильно проведению трех измерений. Зная напряжения U, U и U на входах регистратора, можно определить метрологические параметры датчика и напряженность внешнего электрического поля.

Далее приводятся выражения для датчика, имеющего емкостный характер и напряженность измеряемого поля, для случая, когда в качестве согласующего устройства используется согласующее сопротивление Кц, и для случая, когда в качестве согласующего устройства используется согласующий трансформатор.

На фиг.2 показана эквивалентная схема замещения входной цепи устройства, в котором датчик нагружен на активное сопротивление Кц. Измерив Uft, иg на входах регистратора и зная и Ijjg, можно определить проводимость Ga и емкость датчика Со в паff „о

раллельнои схеме замещения выходного сопротивления датчика

4.6 Рн-С0,(3е- СилЬэ со . ,,, G 1.-- (5).

Г -

С. -Л| --- - ;

N

RH Icon- .

,

Ii.5. .

(7)

де G „ --;

Рн

и.

оан действующее значение тока калиброванного источника тока на частоте } -106 действующее значение тока калиброванного источника тока на частоте tO g, если входная проводимость предварительного усилителя много меньше 1/Е„, Напряженность измеряемого поля в соответствии с (1) можно определить при помощи выражения

l

к. К,

. KG,+G H2 J:U CjG +

где СО частота, на которой производится измерение Е. На фиГоЗ приведена эквивалентная схема замещения; входной цепи устройства, в котором в качестве согласующего устройства используется согласующий трансформатор с коэффициентом трансформации п. Для этой схемы выражения для определения параметров датчика имеют вид

)

4957346

метров сред на точность измерений. Кроме того, предлагаемое устройство в отличие от известного позволяет получить непрерывную и оперативную информацию об измеряемом электрическом поле и является достаточно простым, Для его реализации не требуется разработка сложных устройств и блоков, т.е. предлагаемое устройство обеспечивает как экономическую, так и техническую эффективность при производстве измерений.

10

Изобретение относится к области технической физики и электроизмерительной техники. Целью изобретения является повышение точности измерений переменного электрического поля в любых изотропных средах в условиях неопределенной временной зависимости от электрофизических параметров. Проводятся дополнительные измерения сигналов от источника калиброванного тока на двух частотах. Это позволяет учесть погрешность, которую вносит собственная комплексная проводимость датчика. 3 ил.

„ 1 Ь Ср1: « и1Р 1Р„1+СО -СО„

L.Qe GOM 1 COt-0, .

G

(Со нЬС)

(10) (11)

3

де GI L

G - G,

(10) (11)

п

|1 . 11, - индуктивность первичной обп

мотки трансформатора;

-коэффициент трансформации трансформатора;

-входная проводимость предварительного усилителя.

Выражение для определения измеряго электрического поля в соответии с (I) имеет вид

1

Ue

К,

Kg Kg П COL

(

ГыЧ сЧ оЧс-1/,,,,

i-Gi(3-cT- - 2)

35 ходы узкополосных фильтров соединены с входами сумматора и первыми двумя входами регистратора, выход сумматора соединен с инвертирующим входом параллельного сумматора, выход кото 9

Использование изобретения позволя ет повысить точность и достоверность измерений напряженности электрическо- 40 рого через перестраиваемый узкополос- го поля в натурных условиях, исклю- ный фильтр соединен с третьим входом чить влияние электрофизических пара- регистратора.

20

25

15 Формула изобретения

Устройство для измерения переменного электрического поля, включающее первичный преобразователь, подключенный через согласующее устройство к предварительному усилителю, источник переменного калиброванного тока и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повьше- ния точности измерений, оно дополнительно содержит два узкополосных фильтра, сумматор, параллельный сумматор, перестраиваемый узкополосный фильтр, причем выход источника ка30 либрованного тока соединен с входом предварительного усилителя, выход которого соединен с входами двух- узкополосных фильтров и неинвертирующим входом параллельного сумматора вы35 ходы узкополосных фильтров соединены с входами сумматора и первыми двумя входами регистратора, выход сумматора соединен с инвертирующим входом параллельного сумматора, выход кото40 рого через перестраиваемый узкополос- ный фильтр соединен с третьим входом регистратора.

фиг. 2.

фаг.З

U;,

л

UL