Устройство для измерения напряженности электрического поля Советский патент 1982 года по МПК G01R29/08 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

1

Изобретение относится к технической .физике,в частности к измерению электрических величин.

Известны электрометрические преобразователи, основанные на использовании вакуумной камеры, в которую помещен датчик электрического поля, которые могут служить устройствами для измерения напряженности электрического поля i

Недостатками данных устройств - низ-,ц кая чувствительность, изменение ее со временем и зависимость от температуры.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения напряженности 5 электрического поля, основанное на измерении заряда, наводимого в , содержащее на входе электрометрическую лампу, включакдцую вакуумную камеру, в которую помещен источник заряженных 20 частиц и усилитель постоянного тока .

Недостаток известных устройств - их невысокая чувствительность на частотах О - 1О Гц (порядка 10 В при входном сопротивлении порядка , Ом и входной емкостн 20 пФ), что позволяет с использованием зонда разумных размеров измерять напряженности постоянного и низкочастотного электрического поля велитной всего 10 - .

Цель изобретения - повыщение чувствительности.

Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения напряженности электрического поля, содержащее вакуумную камеру, в которую помещен источник заряженных частиц, снабжено расэмещенными в вакуумной камере электродами для удержания заряженных частиц в рабочем объеме камеры, и кольцевым регистром, в центре которого расположен источник заряженных частиц, при этом вакуумная камера установлена между полюсами постоянного магнутта магнитное поле которого направлено по оси камеры и перпендикулярно электродам для удержания заряженных частиц 3& На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства, вид сбоку; на фиг. 2 - схема кольцевого регистра; на фиг. 3 - направление дрейфа заряжен ных частиц при заданном направлении электрического и магнитного полей. Устройство содержит (фит: 1) цилинд рическую вакуумную камеру 1, выполнен ную из диэлектрика с высоким удельным сопротивлением (например, кварцевое стекло), магнит 2, расположенный так,, что его магнитное поле направлено по оси цилиндрической камеры, дисковые электроды 3,4 и 3,1 - 4,1, расположен ные в торцовык частях камеры (электр ды 4 и 4 - металлические пластины, а 3 и 3 - из металлической сетки, источник 5 заряженных частиц кольцевой jbeгистр 6-6 , состоящий из большого числа одинаковых независимых датчиков 7-1 - 7 -И , электронное ; устройство 8, обеспечивающее питание и работу всего устройства. Устройство работает следующим образом. Перед измерением величины напряжетшости электрического поля все устройство помещается в измеряемое поле так, чтобы его направление было перпендик лярно направлению магнитного поля устрой ства. После этого в течение 1 МКС источник 5 заряженных частиц впрыскивает заряды в пространство ме.жду электродами 4 и 4:. .-Сразу после этого на электроды 3-4 и 3 - 4 подается постоянная разность потенюталов для того, чтобы заставить заряды колебаться между пласти нами 4-4 . Вместо указанных электро можно использовать магнитные зеркала. Цель подобных устройств - в течение нескольких секунд удерживать заряды в рабочем обьеме камеры.i В скрещенных электрическом и магнитном полях частицы будут дрейфовать, как показано на фиг. 3. Скорость дрейla определяется по формуле (в единицах ., V- где С - скорость света; , . - напряженность электрического И - напряженность магнитного поля. Поскольку частицы впрыскиваются вдол оси цилиндрической камеры, то дрейф будет происходить по ее радиусу и через некоторое время частицы достигнут одного из элементов кольцевого регист14pfaTopa 6. По тому, какой элемент регистратора сработал, можно судить о направлении измеряемого поля, а по тому, сколько времени дрейфовали частицы, можно определить скорость дрейфа, а значит и напряженность поля , потому что поле И известно. Дистанционные измерения производятся с помошью зонда. Для этого устройство располагают между плоскопараллельными проводящими пластинами и подают на них заряд, наведенный в зоне измеряемым полем. Подобная конструкция может служить вольтметром, потому что между напряжением и напряженностью поля имеется известное отношение. В этом случае пластины выгоднее разместить внутри вакуумной камеры на минимальном расстоянии друг от друга, не больще 10 ларморовских радиусов, так как при том же напряжении увеличивается поле f . 9 значит повышается чувствительность устройства. Прецельная чувствительность зависит главным образом от времени удержания зарядов в рабочем объеме уЬтройства. Основные помехи, ограничивающие время удержания зарядов - диффузия и рассеяние на сетках 3 и 3. При давлерии внутри камеры f атм и при использовании в качестве заряженных частиц электронов с температурой 300 К и концентрацией 1/см время свободного пробега электронов порядка 1О с, поэтому диффузия буде: оказывать существенное влия1 1е только при времени удержания много большем 1О с. Если рассеяние на сетках 3 и 3 будет сказываться сильнее, чем диффузия, то тогда можно применить магнитные зеркала или заменить сетки 3 и З-дисками с прорезью параллельной пластинам, создающим поле Е ( в случае их использования) . Величина магнитного поля Н должна выбираться таким образом, чтобы ларморовский радиус заряженных частиц был много меньше радиуса кольцевого регистратора, иначе будет ухудшаться точность измерения. Предлагаемым устройством можно измерять также и переменные величины , HO, поскольку время измерения должно быть меньше половины периода колебания, чувствительность падает в зависимости от частоты по закону l|{ и на частотах

Выше 10 Гц его применение становится нецелесообразным.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить чувствительность измерителей квазистационаркых электрических полей на 3-4 и более порядков.

Предлагаемое устройство может быть использовано в медицине, экспериментальл ной биологии, в экспериментальной физике и широких областях измерительной техники для измерения сигналов от маломошных источников.

Формула изобретения

Уст ойзтво для измерения напряженности электрического поля, содержащее вакуумную камеру;, в которую помешен источник заряженных частиц, отличающееся тем, что с целью повышения чувствительности, оно снабжено

размещенными в вакумной камере электродами для удержания заряженных частиц в рабочем объеме камеры и кольцевым регистратором, в центре которого, расположен источник заряженных частиц, при этом вакуумная камера установлена между полюсами постоянного магнита, магнитное поле которого направлено по оси камеры и перпендикулярно электродам для удержания заряженных частиц.

Источники информации, принятые во Внимание при экспертизе:

1.Разин Г. И. и др. Е есконтактное измерение электрических токов. Атомиздат, 1974, с. 127-139.

2.Полевые транзисторы. Физика, технология, применение. М., Сов. радио 1971, с. 176-190, 289-291.

л

н

Мдр