Измеритель напряженности электростатического поля Советский патент 1993 года по МПК G01R29/12 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для непрерывного измерения напряженности электростатического поля; может быть использовано во всех отраслях промышленности где имеет место электризация среды, например при пересыпании порошков, гравия, транспортировке нефти и других -диэлектрических жидкостей по трубопроводу, а также для измерений в разреженных плазменных средах.

Целью изобретения является повышение чувствительности и расширение функциональных возможностей измерителя.

Измеритель напряженности электростатического поля (см. чертеж) содержит емкостный датчик, выполненный в виде плоского конденсатора постоянной емкости

1 в диэлектрическом корпусе 2, соединенный через RC-цепочку З с электрометрическим усилителем 4 и вольтметром 5, которые помещены в экранированный корпус 6.

Под воздействием измеряемого электростатического поля на электродах датчика индуцируется наведенный электростатический заряд. Внешняя оболочка датчика, выполненная из диэлектрического материала с низкой остаточной поляризацией и диэлектрической проницаемостью позволяет электростатическому полю проникать к конденсатору, обеспечивая его заряд, пропорциональный тангенциальной составляющей напряженности поля. В цепи, состоящей из емкостного датчика, резистора и конденсатора RC-цепочки, формируется сигнал, который усиливается электрометрическим

00

о ю

W

ю XI

усилителем и регистрируется вольтметром. Измеритель обеспечивает линейную зависимость регистрируемого сигнала от напряженности внешнего поля, которая практически ограничена параметрами элек- трометрического усилителя и вольтметра.

Предложенная схема измерений ранее имела ограниченное применение или не могла быть применена из-за медленной релаксации зарядов емкостного датчика в том случае, если входное сопротивление усилителя высокое, или вследствие низкой чувствительности,, если сопротивление на входе усилителя низкое. Чтобы обеспечить возможность измерений полевых воздействий сравнительно невысоких напряженностей () использовали различные способы модуляции первичного сигнала. .

Сопоставление предложенного измерителя и устройства для измерения напряжен- ности электрического поля, принятого за прототип, показывает, что в последнем использована схема емкостной модуляции с регистрацией падения напряжения на рези

сторе или конденсаторе цепи емкостного

модулятора. Использованная схема модуляции первичного информационного сигнала, снимаемого с датчика, с помощью нелинейной (сегнетоэлектрической) емкости, требует высокой напряженности реги- стрируемого поля, так как сопротивление цепи, в которую входят датчик и емкостный модулятор,оказывается низким. Это приводит одной стороны, к искажению поля, а в случае контакта твердых тел с датчиком - к разряду через датчик внешних действующих электростатических зарядов. Таким образом, при измерениях в твердых и жидких диэлектрических средах с невысокими нэ- пряженностями поля явления стекания зарядов и искажения поля приводят к практической неработоспособности прибора.

В предложенном измерителе стекание заряда с обкладок датчика определяется параметрами RC-цепочки и свойствами диэ- лектрической среды датчика (конденсатора и корпуса), которые обеспечивают сопро

5

0

5

0 5 0

5

тивление по току на 5-6 порядков выше, чем в известной схеме. С другой стороны, применение специального материала на основе оксидов алюминия, бора и кальция с низкими диэлектрической проницаемостью и остаточной поляризацией для изготовления конденсатора и диэлектрического корпуса датчика, обеспечивает практическое отсутствие ре лаксационных явлений. При сопротивлении входного RC-фильтра 109 Ом, сопротивлении датчика 10 Ом и номинальной емкости конденсатора датчика 15-20 pF. стекание заряда происходит за 0,2 с и менее.

Сравнительные испытания собранного по приведенной выше схеме измерителя и устройства по авт.св.СССР № 930162 показали, что в области низких значений напряженности внешнего электростатического поля 1-2 В/см последнее не работает, в области 2-10 В/см - дает заниженные значения. В то же время, предложенный измеритель обеспечивает линейную зависимость значений напряженности поля выходного сигнала от напряженности поля.

Формула изобретения

1. Измеритель напряженности электростатического поля, содержащий емкостный датчик, выполненный в виде конденсатора постоянной емкости, соединенный с регистратором, находящимся в экранированном корпусе, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и расширения функциональных возможностей, емкостный датчик помещен в диэлектрический корпус, изготовленный из материала с малой диэлектрической проницаемостью и остаточной поляризацией, плотно прилегающий к электродам датчика, а регистратор выполнен в виде высокоомного вольтметра с интегрирующей RC-цепочкой и усилителем на входе.

2. Измеритель по п,1, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что корпус и плоский конденсатор емкостного датчика выполнены из керамики на основе оксидов алюминия, бора и кальция.

Использование: изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано во всех отраслях промышленности, где имеет место электризация среды, например при пересыпании порошков, гравия, транспортировке нефти и других диэлектрических жидкостей по трубопроводу, а также для измерений в разреженных плазменных средах. Сущность изобретения: измеритель содержит емкостный датчик, выполненный в виде конденсатора постоянной емкости в диэлектрическом корпусе, соединенный через RC-цепочку с электрометрическим усилителем и вольтметром, которые помещены в экранированный корпус. Под воздействием измеряемого электростатического поля на электродах датчика индуцируется наведенный заряд. Внешняя оболочка пропускает поле к конденсатору, но при снятии воздействия не имеет остаточной поляризации. Для обеспечения требуемых свойств материал выполнен из керамики на основе системы алюминий-кальций-бор. 1 з.п.ф-лы, 1 ил. 1Л С