Устройство для измерения электрического потенциала Советский патент 1989 года по МПК G01R29/12 

|Ч

ое

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения - повышение быстродействия и увеличение максимальной напряженности измеряемого электрического поля. Устройство содержит зонд 1, вакуумные диоды 2 и 3 с заостренными автоэмиссионными катодами, формирователи 4 и 5 импульсов, регулируемый источник 6 компенсирующего напряжения, реверсивный счетчик 8 импульсов и ЦАП 11. Безинерционность автоэмиссионных диодов 2 и 3 обеспечивает быстродействие устройства, ограничиваемое при любых скоростях измерения измеряемого потенциала лишь электронными схемами источника 6, счетчика 8 и ЦАП 11. Использование чувствительного элемента на диодах 2 и 3 в сочетании с реверсивным выполнением счетчика 8 обеспечивает устройству возможность одинаково правильно измерять увеличение и уменьшение /положительные и отрицательные приращения/ измеряемого потенциала и измерять потенциалы разных, заранее неизвестных, знаков. 2 ил.

фуе./

315046

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерении электрического потенциала зарядов,

Цель изобретения - повьшение быстродействия и увеличение максимальной напряженности измеряемого электрического поля.

На приведена электрическая структурная схема устройства для измерения элeктp rчecкoгo потендиала; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений на элементах устройства,

Устройство для измерения электрк- ческого потенциала состоит из зонда 1, помещаемого вблизи от заряда создающего измеряемый потенциал, двух вакуумных диодов 2 и 3 с заост- рейными автоэмиссионными катодами, со единенных один (2) анодом, а другой (3) катодом друг с другом и с зондом ;, формирователей 4 и 5 импульсов, включенных своими входными цепями последовательно с диодами 2 и 3 соот- ветственно и соединенных вторыми входами друг с другом, регулируемого источника 6 компенсирующего напряженияj выход 7 которого соединен с общей точкой входов формирователей 4 и Sj реверсивного счетчика 8 импульсов,, вход 9 прямого счета которого с-оеди- нен с выходом формирователя 4, а вход 10 обратного счета - с выходом формирователя 5, цифроаналогового преоб- разователя 11 знаковые 12 и 13 и разрядные 14 входы которого соединены с информационными знаковыми 15 .и 16 и разрядными 17. выходами счетчика 8, которые являются цифровыми выходами устройства; выход 18 цифроаналогового преобразователя 11 соединен с регулирующим входом регулируемого источника 6 компенсирующего напряжения и является аналоговьп выходом устройст- ва.

Работа устройства иллюстрируется - диаграммами на фиг,2а-д, где V, - возможное изменение потенциала зонда 1; Vjj; - соответствующее изменение ком- пенсирующего напряжения (потенциала) на выходе 7 источника б, пропорциональное напряжению на выходе 18 цифроаналогового преобразователя П и значению числа в счетчике 8; - фиг о 26 и 2в показаны импульсы на выходах формирователей 4 и 5; на фиг,, 2г и 2д напряжения на знаковых выходах 15 и 16 счетчика 8,

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии при V, 0 число в счетчике равно нулю, отсутствуют сигналы на выводах 15, 16 и 17 счетчика и напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 11 и на выходе 7 источника 6. Это состояние сохраняется и в интервале времени t t t, когда измеряемый потенциал V, нарастая, еще не достиг значения напряжения между зондом 1 и выходом 7 источника 6, при котором срабатывает формирователь 4, При это диод 3 закрыт, а ток эмиссии диода 2 медленно нарастает, оставаясь очень малым. При приближении значенияЛ к значению U, достаточно малому, благодаря заостренности катода .ток эмисии диода 2, быстро нарастая, вызывает срабатывание формирователя 4 (.), который формирует импульс и (фиг,2б), обуславливающий запись в счетчик единицы, появление сигнала положительного знака измеряемого потенциала на выходе 15 счетчика 8 и возбуждение цифроанапогового преобра зо вателя II и источника 6, на выходе которого с незначительной задержкой относительно момента t (определяемой скоростью срабатывания электронных логических схем и ключей появляется положительная ступенька компенсирующего потенциала с высотой, равной И. В результате напряжение на диодах становится равным нулю, эмиссия с катода 2 прекращается. Вследствие малости тока эмиссии (обеспечиваемой соответствующей конструкцией диодов) и кратковременност протекания относителгзно повьщзенного тока через диод потенциал зонда заметно не изменяется. Описанный процесс повторяется в моменты t и t,

После изменения знака производной измеряемого потендиала начинает нарастать (с момента t.) отсасьгоаю- щее электроны из катода напряжение на диода 3 и когда оно достигает значения ,Ijc, происходит сраба- тьгоание формирователя 5 (момент tg) из содержимого счетчика вычитается единица, уменьшается на одну ступеньку (цена младшего разряда) выходное напряжение цифроаналогового преобразователя и компенсирующий потенциал VY .

, ..1504628

При изменении измеряемого потенциала (фиг,2а) в момент t содержимое счетчика становится равным нулю и сигнал на его знаковом выходе 15 также равен нулю. Когда отрицательный потенциал V( достигает

Q п . н

значения - U, (в выходе 16 счетчика нал отрицательного

счетчике, на разрядном выходе 17 счечика - единица, в результате чего цифроаналоговый преобразователь формирует отрицательную ступеньку, истоник 6 сформирует отрицательную сту- пеньку потенциала V- и напряжение на диодах в этот момент становится равным нулю.

Если устройство включается при /V / I и,./, то ступеньки компенси- рующего потенциала V следуют одна з другой с интервалом, определяемым лишь быстродействием всгх электрон-- ных схем устройства, пока разность

не станет rip модулю меньше значения U

V, -V

J, после чего устанавливается описанный выше процесс отслеживания потенциала V компенсирующим потенциалом V.

Диоды 2 и 3 выполнены вакуумными автоэмиссионными для обеспечения малых допороговых токов при /Vj-V / .11(4. и резкого возрастания их токов при /V -V-; f Ug , а разная геометрия электродов диодов (заостренность только катода) - для резкого различия напряжений прямого и обратного пробоя (прямой соответствует , а обратный не должен возникать в устройстве).

Применение чувствительного элемента на автоэмиссионных диодах в сочетании с реверсивным вьтолнейием счетчика обеспечивает возможность ,. одинаково правильно измерять увеличе- ние и уменьшение (положительные и отрицательные приращения) измеряемого потенциала и измерять потенциалы разных заранее неизвестных: знаков, Причем при отсутствии необходимости измерения потенциалов.разных знаков реверсивной счетчик 8, цифроаналого- вый преобразоват ель 1 1 и источник 6 i компенсирующего напряжения выполняются одноканальными.

Ч

Безынерционность автоэмиссионных диодов (постоянная времени Ю пс) обес

печивает быстродействие устройства, ограничиваемое при любых скоростях изменения измеряемого потенциала лишь электронными схемами счетчика 8 источ -шка 6 и преобразователя 1 I (которые имеют быстродействие порядка долей и единиц микросекунд с учетом не циклического, а отслеживающего принципа аналогоцифрового преобразова- ния в предлагаемом устройстве) . До- - полнительным достоинством такого преобразования является постоянное присутствие измерительной информации на выходах устройства (без ее циклического формирования и сброса в конце каждого цикла).

Формула изобр.е-тения

Устройство для измерения электрического потенциала, включающее зонд, регулируемый источник компенси- рующего напряжения, счетчик импуль- . сов, цифроаналоговый преобразователь, входы которого подключены к соответ-- ствующим информационным выходам сч тт- чикаа которые также являются цифр -- выми выходами устройства, а выход

цифроаналогового преобразователя подсоединен к входу регулируемого истС Ч-- ника компенсирующего напряжения к является аналоговым выходом устройства, отличающееся тем, что что, с целью повышения быстродействия и увеличения максимальной напряженности измеряемого электрического поля, в него введены два формирователя импульсов и два вакуумных диода с заостренными автоэмисснонными катодами, причем анод первого вакуумного диода подключен к-катоду,.второ- го вакузтмного диода и к зонду, катод первого вакузТ Шого диода подсоединен к первому входу первого формирователя импульсов, второй вход которого подключен к второму входу второго форми-- рователя импульсов и к выходу .регулируемого источника напряжения, пер- вый вход второго формирователя импульсов подк лючен к аноду, второго вакуумного диода, выход первого и второго формирователей и fflyльcoв подсоединен к выходу прямого и обратного счета счетчика импульсов соответственно, который выполнен реверсивным.

6f

8)tf5

Ш М

fc