Устройство для измерения импульсных электрических полей в естественных слабопроводящих средах

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ В ЕСТЕСТВЕННЫХ СЛАБОПРОВОДЯ1ЦИХ СРЕДАХ, содержащее двойной электрический зонд, состоящий из двух одинаковых одинарных зондов, разнесенных на базойое расстояние P и вьшолненных в виде контактирующих со средой сфер 0,38-10 (м), где с радиусом i е,с д(.(Гц) - верхняя граничная частота сигнала соответствующая длительности фронта импульса измеряемого электрического поля, измерительный прибор с дифференциальным входом, к которому подключены выходы кабельных линий свяэи отличающееся тем, что, с целью повьшения точности путем расширения частотного диапазона измерения, в каждый одинарный зонд введена внутренняя сфера с радиусом Г, Г, . -j7 , расположенная концентричI но с внешней сферой, разделенная с ней непроводящим слоем и подключен§ ная к входу соответствующей кабельной линии связи, a базовое расстояние 6j выбрано из соотношения ЮГ, .е ,1 (и). в.с

зсЮ 001 9

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР /

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛНРНТИЙ ф д, I

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ;"...,„:: - . Н kBIDPCKOMV CBHBEIEIlhCTBV (21) 3614901/18-21 (22) 30.06.83 (46) 07.11.84. Бюл. Р 41 (72) А.П.Марченко, А.К.Полилов и Л.Л.Синий (53) 621.317.7(088.8) (56) 1. Патент США 1Ф 3641427, кл. 324-9, 1У72.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 194985, кл..G 01 Ч 3/06, 1965 (прототип) . (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ В

ЕСТЕСТВЕННЫХ СЛАБОПРОВОДЯЩИХ СРЕДАХ, содержащее двойной электрический зонд, состоящий из двух одинаковых одинарных зондов, разнесенных на базоВое расстояние 8 и выполненных в виде контактирующих со средой сфер

038 10 с рвдиусом Р, 4 - —— — — (м), где в,с

1 с (Гц) — верхняя граничная частота сигнала, соответствующая длительности фронта импульса измеряемого электрического лоля, измерительный прибор с дифференциальным входом, к которому подключены выходы кабельных линий связи, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности путем расширения частотного диапазона измерения, в каждый одинарный зонд введена внутренняя сфера с радиусом

Гq

r c

1,71 расположенная концентрично с внешней Сферой, разделенная с ней непроводящим слоем и подключенная к входу соответствующей кабельной линии связи, а базовое расстоя. ние Og выбрано из соотношения

1ОГ, CÐ а ОД48 10 в.c

112298 дов 2) .

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при регистрации амплитудно-временных характеристик (формы) импульсов электрического поля от источников однократного действия в микросекундном диапазоне с верхней 1цс = 3,5 МГц и нижней

1 „ = О, 1 МГц границами частотного диапазона сигнала. f0

Известно устройство для измерения электрических полей, содержащее корпус„ выполненный в форме куба, шесть изолированных один от другого измерительных квадратных электродов, обра- 15 зующих грани куба, три трансформато,ра тока, первичные обмотки которых связаны с парами параллельных измерительных электродов, а вторичные обмотки подключены к соответствую- 2р щим усилителям с шунтирующими резисторами на входах (1).

Недостатки устройства заключаются в узкой области практического использования, ограниченной лишь ре- 25 гистрацией составляющих электрического поля в точке размещения зонда (корпуса г измерительными электро-, дами), и низкой точности при-импульсном характере изменения поля, обусловленной непостоянством импедан са двойного слоя на границе раздела электрод — среда с изменением частоты, Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения импульсноэлектрических полей в естественных слабопроводящих средах, .содержащее дзойной электрический зОнд. сОстоя- 4р щий из двух одинаковых одинарных зондов, разнесенных на базовое расстояние Bg и выполненных, в частном случае, в виде контактирующих со

О 38 10 средой сфер с радиусомг 6 (м а» а В.с где 1с(Гц) — верхняя граничная час тота сигнала, соответствующая длительности фронта импульса измеряемого электрического поля, измерительный прибор с дифференциальным входом, к которому подключены выходы кабельных линий связи, соединенных входом с выходами одинарных зонНедостаток известного устройства проявляется в невысокой точности вследствие значительного коэффициен1 2 та подавления спектра сигнала, предопределенного существенным превышением 1В над верхней частотной границей устройства. При практическом использовании известного устройства имеет место весьма ощутимое искажение формы регистрируемых импульсов.

Цель изобретения — повышение точности устройства путем расширения частотного диапазона измерения, т.е. увеличения его верхней граничной частоты.

Поставленная цель достигается тем, что в .устройстве для измерения импульсных электрических полей в естественных слабопроводящих средах, содержащем двойной электрический зонд, состоящий из двух одинаковых одинарных зондов, разнесенных на базовое расстояние 1 и выполненных в виде контактирующ гх со средой сфер с радиу0,38 ° 106 сом 1, а (м), где 5 в (Гц)" В.с верхняя граничная частота сигнала, соответствующая длительности фронта импульса измеряемого электрического поля, измерительный прибор с дифференциальным входом, к которому подключены выходы кабельных линий связи, в каждый одинарный зонд. введена внутренняя сфера с радиусом

Г»

cñ — расположенная концент2 1,71 рично с внешней средой, разделенная с ней непроводящим слоем и подключенная к входу соответствующей кабельной линии связи, а базовое расстояние выбрано из соотношения

t0r, Я .а — (M).

0,48 10

Эс

На чертеже представлен общий вид одного из одинарных зондов, испольщуемых в предлагаемом. устройстве для измерения импульсных электрических полей в естественных слабопроводящих средах.

Одинарный зонд состоит из двух сфер — металлических электродов 1 и

2 малой толщины по сравнению с их радиусами, расположенных концентрично и разделенных между собой воздушным промежутком. Внешний 1 и внутрен. ний 2 электроды механически соединены между собой стойками 3 из изоляционного материала. Внешняя поверхность электрода. 1 контактирует со

f22981

Составитель Л.Морозов

Редактор Р,Цицика Техред С.Легеза Корректор И.Муска

Заказ 8133/37 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений.и открытий

113035, Москва, И-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 средой, электрод 2 кабельной линией

4 связи соединен с соответствующими клеммами дифференциального входа измерительного прибора 5, например осциллографа, корпус которого заземлен. При этом жила кабельной линии в диэлектрической оболочке через технологическое отверстие в электроде 1 вводится вовнутрь этого электрода и соединяется с электродом 2.

Оплетка кабельной линии с одной стороны соединена с корпусом измерительного прибора 5, а со стороны зонда изолирована от среды и поверхности электрода 1.

В процессе работы устройства при использовании только одинарного зонда регистрируемое измерительным прибором 5 напряжение является пропорциональным потенциалу среды в области размещения зонда относительно потенциала точки заземления прибора

5. При измерении составляющих поля, характеризующих разности потенциалов в двух точках пространства, в последних устанавливаются два одинарных зонда, составляющих двойной зонд.

Разнесение одинарных зондов произво-! дится на базовое расстояние 3g в соответствии с условиями эксперимента.

Связь между радиусом 1 внешней сферы — электрода и частотой 1 определяется как

0,38 10

1

Ве

Следовательно, при 1, равной например 3,5 МГц, радиус г не дол4 жен превышать О, 1 м. Можно показать, что при соотношении г, 6 г»

1 71 лействующая емкость зонда

1 1 в среле превышает действующую емкость электрода 2 при относительной диэлектрической проницаемости среды как равной f так и больше ее. Б этом случае частотный диапазон измерения расширяется йочти до 3 МГц.

В результате аналитических расчетов и экспреиментальных исследований установлено, что при выборе базового, расстояния между зондами

1 . в пределах !

fOr„ C < 0.48 ° 10 /Х

Oc это расстояние не зависит от соотношения между радиусами сфер и расстоянием между зондами, что позволяет проводить измерения на возможно более высокой частоте с минимальными погрешностями.

В конкретном примере при

= О, 1 м, 4 = 3,5 МГц диапазон изменения базы составляет 1,0 Б Bg 4 13,5 м что позволяет преобразовывать электрические поля с напряженностью Е =

0,2ф2 кВ/м в напряжение до 50 В и

30 регистрировать его измерительным прибором > без предварительного усиления.

Таким образом, предлагаемое уст, ройство, благодаря расширенному

35 частотному диапазону измерения, обеспечивает регистрацию с минимально возможными искажениями формы импульсного электрического поля.