Параметрический преобразователь электрического поля Советский патент 1982 года по МПК G01R29/12 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при контроле напряженности постоянных или медленно меняющихся электрических полей в морях и океанах.

Известно устройство для измерения параметров электрического поля в морской воде, содержащее измерительные электроды, установленные по обеим сторонам диэлектрической пластины, выполняющей роль измерительной базы 1.

Недостаток известного устройства связан с ограниченными функциональными возможностями, распространяющимися только на измерение плотности тока в воде и не охватывающими эффективный контроль напряженности электрического поля.

Наиболее близким техническим решением к изобре±ению является преобразователь электрического поля, содержащий полый диелектрический корпус, в электродных камерах которого размещены измерительные электрода, подключенные к информационному входу вторичного преобразователя, генератор опорного напряжения, модулятор (гидроключ), активная часть которого выполнена в виде тела вращения, имеющего рабочую поверхность, со стороны которой размещены полости, заполняемые проводящей средой, и прижатого пружиной к пассивной части, представляющей собой поверхность участка корпуса, на которой расположены отверстия гидроканалов и электродных камер 2.

10

Недостаток указанного устройства заключается в механической реализации модулятора с подвижными элементами, что обуславливает низкую надежность работы преобразователя в

15 сложных условиях его эксплуатации.

Цель изобретения - повышение надежности работы измерительного устройства.

Поставленная цель достигается

20 тем, что в параметрический преобразователь электрического поля, содержащий полый диэлектрический корпус, в котором размещены измерительные электроды, подключенные к информационному входу вторичного преобразователя, генератор опорного напряжения, модулятор, состоящий из активной и пассивной частей, введен фазовращатель, активная часть моду30лятора выполнена в виде металл ческой мембраны, рг(сположенной между измерительными электродами в центральном поперечном сечении диэлек трического корпуса, а пассивная часть - в виде дополнительного эле трода, установленного с внешней ст роны корпуса напротив мембраны, пр чем вход фазовращателя со1адинен с выходом генератора опорного напряжения, а выход - с управляющим вхо дом вторичного преобразователя. На чертеже представлена функцио нальная схема параметрического пре образователя электрического поля. Устройство содержит полый диэле трический корпус 1, разделяющую ег пополам металлическую мембоану 2, дополнительный электрод 3, установленный с внешней стороны корпуса и соединенный с мембрамой 2 через вы ходное сопротивление генератора 4 опорного напряжения, измерительные электроды 5 и б, установленные по обеим сторонам мембраны 2 во внутреннем пространстве корпуса 1,вторичный преобразователь 7 с дифференциальным усилителем 8 и синхронным детектором 9, фазовргидатель 10 Принцип действия устройства основан на изменении параметров двой ного слоя перехода металл - среды под воздействием приложенного к не му внешнего потенциала. При погруже нии металлического электрода в проводящую среду на границе перехода электрод - среда образуется скачок потенциала, обусловленный наличием противоположно заряженных поверхности электрода и приэлектродного слоя ионов раЬтвора. Образующийся при этом двойной электрический слой может быть уподоблен р-п переходу в полупроводниковых приборах (диодах). При различных значениях и полярности приклащываемого к переходу внешнего по тенциала емкость и сопротивление двойного слоя могут меняться в значительных пределах. Для некоторых металлов (например, никеля, титана платины) изменение сопротивления перехода достигает нескольких порядков . Работа данного параметрического преобразователя электрического поля осуществляется следующим образом При помещении преобразователя в проводящую среду, в которой существует электрическое поле, между полостями .А и В диэлектрического корпуса 1образуется разность потенциаловЧ д-4g , пропорциональная напряженности электрического по ля Е и размеру измерительной базы С ч,-,Е-е Под воздействием разности потенциалов происходит практически мгновенная поляризация металлической мембраны 2, которая в случае невысокой частоты и малых значений амплитуды исследуемого сигнала выполняет роль изолирующей перегородки с последовательным включением сопротивлений двух переходов металл среда общим значением около 100 ком для никелевой мембраны. Ток во внутреннем пространстве диэлектрического корпуса 1 отсутствует и потенциалы Уд распространяются во всем объеме полостей А и В соответственно. Периодически с частотой tu, на металлическую мембрану 2 относительно дополнительного электрода 3 поступают однополярные импульсы от генератора 4 опорного напряжения. Происходит смещение р-п переходов мембраны 2, последовательное сопротивление которых в этом случае составляет несколько десятков Ом. При со-ответствующем выборе внутреннего диаметра диалектического корпуса 1 сопротивления проводящей среды в полостях А и В во много раз превосходят указанное значение, полости замкнуты между собой и во внутреннем пространстве диэлектического корпуса 1 протекает ток, обеспечивающий падение разности потенциалов , на сопротивлениях среды. Таким образом, использование металлической мембраны 2 и дополнительного электрода 3 в качестве модулятора (прерывателя) позволяет осуществить однополупериодное модулирование исследуемого сигнала без применения подвижных механических средств. Переменное напряжение, пропорционсшьное напряженности электрического поля, воспринимается измерительными электродами 5,6 и поступает на вто- ричный преобразователь 7 последующего усиления и обработки. Дифференциальный усилитель 8, входящий в состав вторичного преобразователя 7, обеспечивает подавление синфазной помехи, возникающей на измерительных электродах 5 и 6 относительно дополнительного электрода 3 от управляющего напряжения генератора 4 опорной частоты. Синхронный детектор 9 служит для выпрямления усиленного сигнала и формирования частотной характеристики устройства в целом. С его выхода снимается выходное напряжение U вых. При Поступлении на металлическуюмембрану 2 управляющего напряжения противоположной полярности резко увеличивается емкость двой«ого слоя переходов металл - среда, что практически сглаживает образующийся в данный полупериод полезный сигнал,Поэтому при использовании в качестве управляющего синусоидального напряжения формирование полезного сигнала на измерительных электродах 5,6 происходит только один раз за период частоты опорного напряжения при переходе его полярности на металлической мембране 2 относительно дополнительного электрода 3 от плюса к минусу. Возникает фазовый сдвиг сформированного сигнала на 90 относительно остаточного напряжения помехи, в связи с этим в состав (параметрического преобразователя электрического поля введен дополнительный фазовращатель 10, управляющий работой синхронного детектора 9 со сдвигом на 90° .

При этом кoэфф циeнт передачи устройства оказывается меньшим, поскольку длительность полезного сигнала составляет величину,меньшую половины периода частоты опорного напряжения. Однако при данном синхронном детектировании резко повышается чувствительность аппаратуры за счет подавления квадратурной составляющей

Частотный диапазон предложенного параметрического преобразователя электрического поля ограничен сверху из-за наличия начальной емкости двойного слоя перехода металлическая мембрана - среда и определяется соотношением этой емкости и сопротивления проводящей среды в полостях диэлектрического корпуса.

Формула изобретения

Параметрический преобразователь электрического поля,содержащий полый диэлектрический корпус,в котором размещены измерительные электроды, подключенные к информационному входу вторичного преобразователя, генератор опорного напряжения,модулятор, состоящий из активной и пассивной частей, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе, в него введен фазовращатель, активная часть модулятора выполнена в виде металлической мембраны, расположенной между измерительными электродами в центральном поперечном сечении диэлектрического корпуса, а пассивная часть - в виде дополнительного электрода, установленного с внешней стороны корпуса 0 напротив мембраны, причем вход фазовращателя соединен с выходом генератора опорного напряжения,.а выход - с управляющим входом вторичного преобразователя.

Источники информсщии, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 2 № 316018, кл. G 01 R 1/00, 1970.

2.Авторское свидетельство СССР № 581518, кл. Н 01 G 9/22, 1975.