Электростатический зонд Советский патент 1978 года по МПК G01R19/00 

(54) ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ЗОНД

Изобретение относи гея к области измв ригельной техники и может использоваться при разработке, производстве и эксплуатации самолетов в качестве регистрирук щего элемента в системе ранней диагност ки неисправностей двигателя. Известны электростатические зонды для определения параметров потоков заряженных частиц в плазме. Однако применение таких зондов для измерения малых зар5 доЕР частиц, движущихся в потоке газа, неэффективно. Наиболее близким к предложенному является электростатический зонд, содержащий цилиндрический измерительный электрод, экран и регистрирующее устройств. Он также не обеспечивает достаточной чувствительности иточности при иамер&нии малого заряда мелких частиц при боль щой плотности потока. Этот недостаток не позволяет использовать известный зонд в условиях, когда полезный сигнал сравним с амплитудой внешних и внутренних шумов всей измерительной системы. Цель изобрэтения - повышение чувствительности и .шающей способности по выделению сигнала отдельных частиц при большой плотности потока. Это достигается тем, что указанный Экран выполнен в виде сетчатого электрода, охватывающего измерительный элект род, причем размеры ячейки экрана не превышают расстояния от экрана до измерительного электрода. На фиг. 1 изображена схема электростатического зонда без экрана; на фиг. 2 - то же, с заземленным экраном и входными параметрами регистрирующего устройств ва (R - сопротивление входа усилителя, С - емкость); на фиг. 3 - осциллограммы сигнала движущейся заряженной частицы, снятые с электростатического зонда без экрана и с заземленным-экраном;.-на фиг.4 - осциллограммы сигнала с зонда без экрана и с экраном в газодинамическом потоке с плотностью заржЕженных частиц К 20 ч/см. Зонд работает следующим образом. .35 Заряясенная зарядом Q Q частица гх зиа-ег вокруг оебя электрическое поле, которое приводит к появлению на зазек-шенных окружающих частицу поверхностях, заряда обратно1х знака - QQ . Приближаясь к аоиду, частица возбуждает на его поверхности возрастающий зарядО( для которого выполняется условие Освобождающийся при разделении зарядов на зонде заряд Q(t).-Q-(t) определяет измеряемый на сопротивлении входа Т и емкости входа С измеритепьпого устройства погенциал (.р (t) , slovi: yojMiioDKe зааемленногю экрана, на aoiuo инд,ущфуе1ся заряд только тогда, . когда odpK/Keuiitia частица проходит через ячейку экрана в промежуток ft между экраиом It зондом, При этом характерное EspoMii наведения варкдп аа зонде, определяемое соотноше- ние;,5 i и H/V , существенно уменьшает ся при умоцьшеипн Н . 1у1ств ггельг ость зонда определяется соотношением времени наведения заряда и времени отекания заряда Qi (i) чероо сопропшлецие Т , которое равно t ft 1 С , Если безразмерный па рамсф X -h/2 . едпнищзг, то максимальная величина регистрируемого падения потенциала ,Q реальных условиях X 1, при этом иэмеряемый потенциал обратнонропорциона лен X ) то есть Ч Цо/ХС. Установка зазехшенного Я еистого экрана и приближение его к поверхности зон да cjTJiecTseHHO увеличивает величину сип нала (f в момент касания частицей зонда при работе зонда в режиме минимальгного входного имнедеиса, когда и сопрогивленгге входа R и емкость С выбираю ся мин11к-шльными {например, 1 5О Ом, С 10 ф ). Сигнал в этом случае пронорцлоноленf, 0 де 06 - размер частиц; К -зазор межу экраном и зондом. На фиг. 3 приведены сигналы а - с еэкранированного зонда, когда V 1О, и - с экранированного зонда, когда , 1. идно, что установка экрана существенно величивает чувствительность зонда. Разрешающая способность зонда опрееляется условием Яб1, где безразмерный параметр Я Ц h 5 (Здесь rl -плотность заряженных частиц в единице объема, 3 -эффективная площадь зонда, 1 расстояние между зондом и заземленной поверхностью). Установка заземленного экрана на малом расстоянии ог зонда увеличивает его разрушающую способность. Из фиг. 4 видно, что установка экрана (б) позволила разрешить сигналы огдельных заряженных частиц при значительной их плотности в потоке. Без сетки (а) датчик позволяет измерить лишь суммарный элекгрический ток, который в paccivioTOeH- ном случае оказался на уровне 4.. Использование заземленного ячеистого экрана, размещенного вблигм поверхности электростатического зонда, существенно увеличивает чувствительность и разрешающую способность зонда. Увеличение разрешающей способности зонда расширяет диапазон допустимых плотностей заряженных частиц при иссяедо ваниях электрогазОдинамйческих течений двухфазных сред с твердыми частицами. Экранированный зонд может использоваться при подсчете мелких заряженных частиц в струе реактивного двигателя необходимом при ранней диагностике неисправностей для предотвращения аварийных ситуаций. Формула изобретения Эпектросгатический зонд для регисграции заряженных часгиц в потоке газа, содержащий цилиндрический измерительный электрод, экран и регистрирующее устройство, о гличающийся гем, что, с целью повышения чувсгвигеттьносгн и разрешающей способности по выделению сигнала отдельных часгиц при большой плотности потока, экран выполнен в виде сетчатого электрода, охватывающего измерительный электрод, а разыеры ячейки экрана не превышают расстояния от э1фана до измерительного электрода.

Q Q

К

М1ВВМ

f

g ф/УПУ

(Pt/f.f

.

2

5

,4 ffff t ficetf

//e.J

tfo

so t, ficefc

us,