Способ измерения напряженности электрического поля Советский патент 1993 года по МПК G01R29/12 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения квазизлектростатического поля, создаваемого заряженными объектами.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Цель достигается тем, что в способе измерения напряженности электрического поля, согласно которому к измерительной пластине подключают нагрузку, помещают ее в электрическое поле, периодически ее экспонируют и экранируют и измеряют колебательное напряжение на нагрузке, в качестве нагрузки используют затвор МДП-транзистора с индуцированным каналом, при этом время экспонирования поддерживают равным времени индуцирова- ния ка измерительном электроде полного электрического заряда, а время экранирования поддерживают равным постоянной времени считывания сигнала.

Вследствие того, что в предложенном способе в качестве нагрузки используют затвор с индуцированным каналом, время зкс- понирования поддерживают равным времени индуцирования на измерительном электроде полного электрического заряда, а время экранирования поддерживают равным постоянной времени считывания сигнала, достигается поставленная цель. Погрешность измерения снижается более

00 СП

о ю

31818599 А

чем в пять раз с 30% у прототипа до 5% у ствляя периодическое экспонирование -эк- заявляемого способа.ранирование измерительного электрода, на

Измерение напряженности электриче- нем формируется переменный электрического поля посредством предложенного ский сигнал, представляющий переменное способа осуществляется следующим обра- 5 напряжение от Umax Q/C при экспониро- зом, В зону действия электрического (элек- вании до нуля при экранировании. Пере- тростатического) поля помещают менное напряжение на измерительном измерительный электрод (пластину), выпол- электроде создает ток в нагрузке - во вход- ненный из электропроводного материала ной цепи МДП-триодной структуры обычно дисковой формы, а перед ним, со Ю

стороны действующего электрического по- I dQ/dt Ca SdE/dt U/ZB5r;A Q/At, (3) ля, размещают второй электрод, площадь

которого не меньше площади измеритель- а напряжение во входной цепи UBx I ZBX, ного электрода, также выполненный из где Ц - мгновенное значение напряжения электропроводного материала. Измери- 15 на измерительном электроде, ZBX полное тельный электрод гальванически соединяют входное сопротивление МДП-триодной с нагрузкой-управляющим электродом (за- структуры.

твором) МДП-триодной структуры, а такжеИзменение заряда A Q включает его посредством контактной группы электрод- возрастание на измерительном электроде ного коммутатора соединяют с землей. Так- 20 на стадии экспонирования - AQ+ и спад же посредством другой контактной группы индуцированного на измерительном элект- того же электронного коммутатора среди- роде заряда - ДО- на стадии экранирова- няют экранирующий электрод с землей. В ния, т.е. AQ-AQ++ AQ- (4). неинвертирующую выходную цепь МДГЬ . Ток, создаваемый в нагрузке - входной триодной структуры включают нагрузку, 25 цепи МДП-триодной структуры, в результа- обычно резистивную, которую соединяют те периодического экранирования и экспо- электрически с измерительным прибором, нирования измерительного электрода I - содержащим усилитель. -ДО+/Д AQ-/A tz, (5) где Ati tea г:

Осуществляют периодическое экспони- время экспонирования измерительного рование и экранирование измерительного 30 электрода; время экранирований электрода..измерительного электрода.

На стадии экспонирования, когда кон-Для повышения точности измерений ве- тактные группы электронного коммутатора личины электрического поля необходимо отключают экранирующий и измеритель- добиваться максимально возможного зна- ный электроды от земли, экранирующий 35 чения тока во входной цепи МДП-триодной электрод является прозрачным для внешне- структуры, поскольку напряжение на ее зато электрического поля Е, создаваемого ис- творе Us - GBX. Это достигается выбором точником постоянного напряжения и тока, времени экспонирования измерительного т.е. не влияет на величину действующего на . электрода, равного постоянной времени т измерительный электрод поля Е, и на нем 40 ИНДуцИр0вания на измерительном электро- возникает наведенный заряд Q - % ES (1), дв полного (максимального возможного) за- который создает потенциал «а ЕС (2), ряда Q, то есть tes п , и выбором времени где еа - абсолютная диэлектрическая про- экранирования измерительного электрода, ницаемость среды; Е-напряженность элек- равного времени считывания сигнала tek трического поля источника постоянного At Г2, соответствующего времени стекания напряжения, действующая на экранирую- полного индуцированного на измеритель- щий электрод; С - суммарная емкость иэме- ном электроде заряда через входное сопро- рительного электрода и МДП-триодной тивление МДП-триодной структуры. Это структуры. время определяется величиной импеданса

При подключении экранирующего элек- &и цепи коммутации измерительного электро- трода с помощью контактной группы элект- да на землю (стадия экранирования), и в ронного коммутатора на землю, т.е. на соответствии с выражением 0пт - стадии экранирования, этот электрод пол- „до +/ Г1 + д T2 должно быть минимальностью изолирует измерительный электрод но возможным для данного типа элоктоон- от внешнего поля Е и накопленный на нем °° ного коммутатора ( с), заряд стекает через входное сопротивление ( с)

МДП-триодной структуры, выполненной с Напряжение на нагрузке-затворе МДП- изрлированным затвором и обладающей триодной структуры, соответствующее раз- высоким входным сопротивлением. Осуще- ности потв„циалов корпус-измерительный

электрод Uo, пропорционально напряженности электрического поля Е

. (6) При использовании линейной области сток-затворной характеристики МДП-тран- зистора в выходной его цепи протекает ток, пропорциональный напряжённости изме- ряемого электрического поля, т.е.

lw«-SUo KiSE,(7) где Ki-коэффициент пропорциональности; S - крутизна сток-затворной характеристики МДП-транзистора.

Протекающий ток Вых создает в истоко- вой цепи выходной сигнал, пропорциональ- ный контролируемой напряженности электрического поля. Цвых - вых RH KiSRHE - К2Е. (8) Выходной сигнал поступает на вход измерительного прибора, где усиливается и регистрируется стрелочным измер итель- ным устройством, либо на цифровом табло.

Изложенный способ измерения напряженности электрического поля реализуется устройством, структурная схема которого . изображена на фиг.1.

На стадии экспонирования электрическим полем Е воздействуют на измеритель- ный электрод (пластину) 1 через отключенный от земли контактной группой коммутатора 2, например герконовым реле типа РЭС 55А, экранирующий электрод 3. Длительностьстадии экспонирования для системы измерительный электрод 1 - МДП- транзистор 4 с суммарной емкостью 10-100 п Ф составляет ri 10 с.

Путем подачи управляющего импульса напряжения, длительность которого соответствует постоянной времени цепи отекания заряда с измерительного электрода 1 тг, замыкают контактной группой коммутатора 2 на землю экранирующий электрод

3. При этом электрод 3 экранирует от внешнего поля Е измерительный электрод 1 и накопленный на нем на стадии экспонирования максимальный заряд AQ стекает на землю. Длительность стадии экранирования для данной входной системы электрод 1 - МДП-транзистор 4 составляет TZ 10-10 с.

На коммутатор 2 подают управляющее напряжение, обладающее длительностью импульса 1и с, длительностью паузы 10 с и амплитудой Dm - 15 В. В результате в выходной цепи МДП-транзи- стора 4 формируется переменное напряжение, временная диаграмма изменения которого показана на фиг.2.

Переменным напряжением, формируемым в выходной цепи МДП-транзистора 4, воздействуют на измерительный прибор 5, содержащий усилитель б и измерительную головку 7. Измерительный прибор 5 на своей измерительной головке 7 отображает истинное значение измеряемой напряженности электрического поля.

Результирующая погрешность измерения не превышает ±5%.

Формула изобретения

Способ измерения напряженности, электрического поля, согласно которому к измерительной пластине подключают нагрузку, помещают ее в электрическое поле, периодически ее экспонируют и экранируют и измеряют колебательное напряжение на нагрузке, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в качестве нагрузки используют затвор МДП- транзистора с индуцированным каналом, при этом время экспонирования поддерживают равным времени индуцирования на из- мерительном электроде полного электрического заряда, а время экранирования поддерживают равным постоянной времени считывания сигнала.

Использование: изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения квазистатического поля, создаваемого заряженными объектами. Сущность изобретения: целью изобретения является повышение точности измерений напряженности электрического поля. Контроль электрических полей посредством данного способа осуществляют путем подключения к измерительной пластине нагрузки, периодического ее экспонирования и экранирования и измерения колебательного напряжения на негрузке. Новым является то, что в качестве нагрузки используют затвор МДП-транзистора с индуцированным каналом, причем время экспонирования поддерживают равным времени индуциро- еания на измерительном электроде полного электрического заряда, а время экранирования поддерживают равным постоянной времени считывания сигнала. 2 ил.

Фиг./

AtZ tw

r,

Фиг. 2