Устройство для измерения электростатических величин Советский патент 1982 года по МПК G01R5/28 G01R29/12 

Изобретение относится к : лектроиэмерительной технике и предназначено для использования при контроле заряда плоских поверхностей, в т.ч. диэлектрических,: потенциала, напряженности электрического поля, степени электризуемости материалов и др.

Известно злектростатическое измерительное устройство, содержащее две неподвижные пластины, между которыми подвешена на растяжке по.цвижная пластина, электрически связанная с одной из неподвижных пластин и механически - со стрелочным регистрирующим прибором 1.

. Недостаток этого устройства заключается в ограниченной области его практического использования, обусловленной пространственной совмещенностью составных конструктивных элементов. Кроме того, такое устройство характеризуется низкой точностью вследствие стрелочного отсчета результатов измерения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения электростатических величин, содержащее горизонтальную балку, подвешенную на плоской пружине с возможностью поворота относительно точки подвеса, компенсационный и измерительный воздушные конденсаторы, у которых первые пластины закреплены по краям балки и заземлены, одна из вторых пластин жестко связана с основанием, пара.ллельным балке, а в качестве другой использована контролируемая заряженная поверхность, двухзвенную фотоэлектрическую систему регистрации разбаланса зарядов конденсаторов, снабженную индивидуальными усилителями и общим индикатором, фиксирующим равновесие зарядов конденсаторов 2.

Однако в указанном устройстве не предусмотрена автоматическая обработка разбаланса зарядов конденсаторов. В связи с этим точность измерения оказывается невысокой, а сам измерительный процесс весьма трудоемким. Кроме того, известное устройство не позволяет регистрировать динамические характеристики контролируемой величины.

Целью изобретения является повышение точности подобного измерительного устройства и расширение его функциональных возможностей за счет регистрации характера изменения контролируемой величины во времени.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения электростатических величин, содержащее горизонтальную балку, подвешенную на плоской пружине с возможностью поворота относительно точки подвеса, компенсационный и измерительный воздушные конденсаторы,: у которых первые пластины укреплены tio краям балки и заземлены, одна из вторых пластин жестко связана с основанием, параллельным балке, а в качестве другой использована контролируемая заряженная поверхность, двухзвенную фотоэлектрическую систем регистрации разбаланса зарядов конденсаторов, снабженную индивидуальными усилителями и общим индикатором, введены блок, отработки разбаланса зарядов конденсаторов и автоматический потенциометр, а звенья фотоэлектрической системы регистрации выполнены чувствительными к расхождению пластин конденсаторов в строго определенных направлениях, причем входы блока отработки разбаланса зарядов конденсаторов сое- динены с выходами усилителей, а выход - с входом автоматического потенциометра, выход которого подключен к неподвижной пластине компенсационного конденсатора и к входу индикатора.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения электростатических величин.

Устройство содержит горизонтальную балку 1, подвешенную на плоской пружине 2, по краям которой укреплен пластины 3 и 4 измерительного 5 и компенсационного б воздушных конденсаторов, вторые пластины 7 и 8 которых, жестко связаны с основанием (не показано), параллельным балке, источники 9 и 10 света,фотоприемники -1 и 12, усилители 13 и 14, блок 15 отработки разбаланса зарядов конденсаторов, автоматический потенциометр 16 и индикатор 17. В качестве неподвижной пластины измерительного конденсатора 5 контролируемая заряженная поверхность,- например, диэлектрическая (при измерениях электризуемости различных материсшов эта пластина выполняется электропроводящей и электрически соединяется с чувствительным элементом, соприкасающимся с вращающимся телом).

Устройство для измерения электростатических величин работаем следующим образом.

При измерении электростатических величин плоских заряженных поверхностей, например диэлектрических, вследствие электростатической индукции на подвижной пластине 3 измерительного конденсатора 5 наводится

индуцированный заряд, разный по величине или заряженной другим путем диэлектрической пластины 7. В результате электростатического взаимодействия зарядов пластин 7 и 3 последняя притягивается к неподвижной диэлектрической пластине 7. Равновеное состояние балки 1 нарушается, зазор между пластиной 3 и пластино 7 уменьшается (соответственно между пластинами 4 и 8 увеличивается). При этом свет от источника 10 света попадает на вход фотоприемника 12, преобразуется в электрический сигнал, усиливается с помощью усилителя 14 и поступает на вход блока 15 отработки разбаланса зарядов конденсаторов, например, реверсивного двигателя, вал которого кинематичес связан с движком реохорда потенциометра 16, питаемого от стабилизированного источника напряжения. Движок потенциометра 16 перемещается в положение, соответствующее равновесию балки 1, при котором сигнал на выходе фотоприемника 12 равен нулю. Напряжение, снимаемое с потенциометра 16, равно по величине измеряемому. Шкала индикатора 17 проградуирована в единицах контролируемой величины (заряда, потен;циометра или напряженности). Можно использовать выход потенциометра на самописец или-аналого-цифровой преобразователь.

Левая часть схемы преобразования сигнала (источник 9 света, фотоприемник 11 и усилитель 13) работае при уменьшении заряда на диэлектрической поверхности 7, когда электростатическое взаимодействие -пластин и 8 компенсационного конденсатора 6 преобладает над электростатическим взаимодействием между пластиной 3 и пластиной 7. Из этого следует, что предлагаемое устройство можно использовать для контроля изменения электростатического заряжения поверностей, например, при исследовании электризации или при контроле технологических процессов, сопровождающися электризацией, когда по степени (интенсивности) электризации можно судить о характере протекания процесса.

В случае определения степени &лектризуемости материалов при контактном взаимодействии тел устройст работает аналогично. Пластина 7 в этсм случае служит в качестве элемента накопления заряда.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет производить измерение электростатических величин с повышенной .точностью и контролировать их изменение во времени.

Формула изобретения

Устройство для измерения электростатических величин, содержащее горизонтальную бсшку, подвешенную на плоской пружине с возможностью поворота относительно точки подвеса, компенсационный и измерительный воздушные конденсаторы, у которых первые пластины закреплены по краям балки и заземлены, одна из вторых пластин жестко связана с основанием параллельным балке, а в качестве другой использована контролируемая заряженная поверхность, двухзвенную фотоэлектрическую систему регистрации разбаланса зарядов конденсаторов снабженную индивидуальными усилителями и общим индикатором, о т л ичающеес я тем, что, с .целью повышения точности измерения.и расширения функциональных возможностей устройства,за счет регистрации характера изменения контролируемой

величины во времени, в него введены ,блок отработки разбаланса зарядов конденсаторов и автоматический потенциометр, а звенья фотозлектрйческой систег-ш регистрации выполнены чувствительными к расхождению пластин конденсаторов в строго определеннЕлх направлениях, причем входы блока отработки разбаланса зарядов конденсаторов соединены с выходами усилителей, а выход - с входом автоматического потенциометра, выход которого подключен к неподвижной пластине компенсационного конденсатора и к входу индикатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертиз.е

1. Туричин A.M. Электрические измерения.М,, Госэнергоиздат, 1961, с. 38-39.

Z.Yamazaki Tor,Kobayashi Minqri: Дэнси сидзюцу сочо кэнкюсе Electrotech. , Lab,1976, 40, № 6, 481-486.