Измеритель напряженности электрического поля Советский патент 1982 года по МПК G01R29/12 

, Индуцирует ий на электродах заряд по амплитуде пропорционален измеряемому полю. Высокая добротность модулирунядего электрода, выполненного в виде струны, позволяет достичь высокой стабильности амплитуды и частоты колебаний, что поло- жительно сказывается на точности измерений Г2. Однако воздействия температуры и давления приводят к снижению точности измерения. Целью изобретения является повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем что в измеритель напряженности элект рического поля, содержащий измерительный электрод, соединенйый с усилителем тока, возбудитель механических колебаний.с генератором опорного напряжения, выход которого соединен с управляющим входом синхронного детектора, и регистрирующий прибор, соединенный с выходом синхронного детектора, дополнительновведены последовательно соединенные синхронный фильтр и усилитель напряжения, элект род обратной связи, датчик температу ры, электроподогреватеэль и блок термостабилизации, причем возбудитель механических колебаний выполнен в виде катушки.возбуждения, подключенной к выходу генератора опорного напряжения и расположенной на магнитопроводе, образующем совместно с изме рительным электродом замкнутый магнитный контур, а между катушкой воз буждения и измерительным электродом расположен экран, при этом выход дат чика температуры соединен с входом блока термостабилизации, выход кото рого подключен к электроподогревате лю, основной вход синхронного фильт ра соединен с выходом усилителя ток его управляющий вход - с выходом ге нератора опорного напряжения, а выход усилителя напряжения соединен с входом синхронного детектора, котор соединен с электродом обратной связи. На чертеже изображена схема изме рителя напряженности электрического поля. Измеритель состоит из магнитопро вода.1 с обмоткой 2 возбуждения, ко торая соединена с выходом генератора 3 опорного напряжения, возбуждаю щим переменное магнитное поле в электроде 4, электрода 5 обратной связи, изолированного совместно с измерительным электродом 4 от магни то.проврда 1 посредством ферритЬвых прокладок б, а от электрического полк обмотки 2 возбуждения - экраном 7. Измерительный электрод 4 сое динен с входом усилителя 8 тока, выхгщ которого соединен с входом синхронного фильтра 9, Выход последнего присоединен к неинвертирующему входу усилителя 10 напряжения. В измеритель входят также синхронный детектор 11, управляющий вход которого, а также управляющий вход синхронного фильтра 9 соединены с выходом генератора 3 опорного напряжения . Выход синхронного детектора 11 соединен с электродом 5 обратной связи и регистратором 12. В непосредственной близости от измерительного электрода 4 расположей электроподогреватель 13. Кроме того, в состав измерителя входит также датчик температуры, содержащий диод 14,соединенный с блоком 15 термостабилизации, выход которого соединен с злектроподогревателем 13, представляющим собой спираль, закрепленную на измерительном электроде 4. Магнитопровод 1 выполнен из магнитомягкого материала. Измерительный электрод 4 выполнен из магнитострикционного материала в виде пластины, ширина которой чуть больше ширины магнитопровода 1. У поверхности измерительного электрода 4 расположен электрод 5 обратной связи, выполненный также в виде пластины, размеры которой чуть больше размеров измерительного электрода 4. Измеритель напряженности электрического поля работает следующим образом. Переменное напряжение генератора 3 опорного напряжения возбуткдает в магнитопроводе 1 переменное магнитное поле, которое замыкается через измерительный электрод 4, Под воздействием магнитного поля измерительный электрод 4 удлиняется, увеличивая тем самым экспонированную в электрическом поле площадь. На .измерительном электроде 4 индуцируется заряд , пропорциональ- ный изменению его площади As и напряженности электрического поля Е. При изменении площади ДЗ A-f-b, где Ь - экспонируемая в поле ширина измерительного электрода;дР - изменение его длины, величина изменения заряда равна ДЧ 6о-д5-Е, где о - диэлектрическая проницаемость воздуха (среды). При этом входной ток. усилителя тока , обусловленный изменением заряда uq, равен i Ц fo-iSE .u/.cosuW;, (1) где и) - угловая частота изменения длины Е измерительного электрода. Усилитель 8 тока усиливает этот сигнал, а также шумовые напряжения и наводку от сигнала возбуждения. Синхронный фильтр 9, настроенный на усиление только сигнала (1), подавляет- все наводки, не совпадающие с сигналом по фазе и по частоте, Отфильтрованный таким образом сигнал .усиливается усилителем 10 на пряжения и детектируется синхронным детектором 11. Сигнал с выхода синхронного детектора 11 и to-AS- E.(UR«K,: где R - резистор обратной связи уси - теля 8 тока; К - коэффициент усиления усилителя 10 напряжения, подается на электрод 5 обратной свя зи. Напряженнос ь электрического по ля, создаваемого электродом 5 обрат Holj связи. Е 1о- 5-Е-Ш-Н-.К . 0 3 где d - расстояние между измеритель ным электродом 4 и 31лектродом 5 обратной связи, за счет соответствующего выбора величин Д8, ьи, R, К и d на 2-3 порядка превосходит напряженность измеряемого электрического поля, т.е. EQC-S: ()-Е. Вследст вие наипичия обратной отрицательной связи по электрическому полю измери тель работает как нуль-орган, при- чем его точность тем,выше, чем больше напряженность поля обратной связи по отношению, к напряженности измеряемого электрического поля. Относительное изменение длины измерительного электрода при измене нии температуЕял в диапазоне от -50 до +200с вследствие зависимости коэффициента магнитострикции от тем пературы, может приводить (при отсутствии термостабилизации) к погрешности измерения -до 10%. Для уме шения указанной погрешности и повышенй я точности измерения напряженйо ти электрического поля при пониженных температурах в измерителе предусмотрен подогрев измерительного электрода 4 посредством электроподогревателя 13 от блока 15 термостабилизации по сигнгшу датчика 14 температуры. При снижении темпера- : туры измерительного электрода 4 ниже определенного порога датчйк 14 температуры выдает в блок 15 термо,стабилизации сигнал на включение электроподогревателя 13, что позволяет поддержать температуру измернтельного электрода в заданных пределах и за счет этого повысить точность измерения. Выполнение возбудителя механических колебаний в виде магнитопровода с катушкой возбуждения, питаемой от генератора опорн ого напряже.ния, и выполнение измерительного электрода из магнитострикционного материала позволяет на основе явления магнитострикции, т.е. удлинения измерительного электрода под действием магнитного поля, создать измерительный электрод переменной площади, при этом отсутствуют элементы, работающие на изгиб, кручение или трение. Введение электрода обратной связи, соединенного с выходом синхронного детектора и входом регистратора, позволяет ввести « 100%-ную отрицательную обратную связь по электрическому полю и охватить ею не тйлько усилительные элементы,но и измерительные элементы, что позволяет обеспечить высокую точность {1-2% погрешности измерения) измерителя напряженности электрического поля. Введение электроподогревателя, блока термостабилизации и датчика температурил позволяет исключить влйя ние уменьшения магнитострикции при отрицательных температурах на точность измерения. Формула изобретения Измеритель напряженности электрического поля., содержащий измерительный электрод, соединенный с усилителем тока, возбудитель механических колебаний с генератором опорного напряжения, выход соединен с управляющим входом синхронного детектора, и регистрирующий прибор, соединенный с выходом синхронного детектора отличающийся тем, что, с целью повьааения точности, дополнительно введены последовательно соединенные синхронный фильтр и усилитель нгшряжения, электрод обратной связи, датчик температуры, электроподогреватель и блок термостабилизации, причем возбудитель механических колебаний выполнен в виде катушки возбуждения, подключенной к выходу генератора опорного напряжения и расположенной на магнитопроводе, образующем совместно с измерительным электроде замкнутый магнитный контур, а между катушкой возбуж-, дения и измерительньм электродом расположен экран, при этом выход датчика температурил соединен с входом блока термостабилизации, выход . которого подключен к электроподогревателю, основной вход синхронного фильтра соединен с выходом уси-; лителя тока, его управляющий вход с выходом генератора опорного напряжения, а выход усилителя.напряжения соединен с входом синхронного SfeTSkropa, который соединен с электродом обратной связи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США 3611127, кл. 3-24-72, опублик. 1977.

2.Авторское свидетельство СССР № 830256, кл. G 01 R 29/12, 1979

(прототип)..

5 - Т 7 /« б