Устройство для измерения напряженности статических и квазистатических электрических полей

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ СТАТИЧЕСКИХ И КВАЗИСТАТИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ по авт. св. № 1020785, отличающеес я тем, что, с целью повьгаения чувствительности , в него введены два частотных детектора, выполненных по системе фазовой автоподстройки частоты , и двухканальный регистратор, при этом первый частотный детектор включен между выходом первого умножителя высокой частоты и одним из входов двухканального регистратора, а второй - между выходом второго умножителя вьюокой частоты и другим входом двухканального регистратора. 2. Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены калибровочный источник электрического поля с излучающим и экранирующим электродами, блок управления и термостат, при этом экранирующий электрод раслоложен над воспринимающими электродами со стороны источника исследуемого поля, излучающий электрод расположен под воспринимающими электродами со стороны, противоположной источнику исследуе (Л мого поля, блок управления соединен с экранирующим электродом, а полупроводниковые ji-n -переходы и управляемые по напряженно генераторы размещены в термостате. 4: СЛ QO

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГ(УЬЛИН (191 ((1) 4(5() G О1 R 29/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 1020785 (21) 3668031/24-21 (22) 29. 11. 83 (46) 15. 03.85. Бюл. В 10 (72) М.Л.Гапонов, В.С.Исмагилов, В. Г.Кобзев и О.М.Распопов (53) 621.317 ° 628(088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

1(- 1020785, кл. G 01 R 29/12, 1981 (прототип). (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ

НАПРЯЖЕННОСТИ СТАТИЧЕСКИХ И КВАЗИСТАТИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ по авт. св. В 1020785, отличающеес я тем, что, с целью повьппения чувствительности, в него введены два частотных детектора, выполненных по системе фазовой автоподстройки частоты, и двухканальный регистратор, при этом первый частотный детектор включен между выходом первого умножителя высокой частоты и одним из входов двухканального регистратора, а второй — между выходом второгоумножителя высокой частоты и другим входом двухканального регистратора.

2. Устройство по п. 1 о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены калибровочный источник электрического поля с излучающим и экранирующим электродами, блок управления и термостат, при этом экранирующий электрод расположен над воспринимающими электродами со стороны источника исследуемого поля, излучающий электрод расположен под воспринимающими электродами со стороны, противоположной источнику исследуемого поля, блок управления соединен с экранирующим электродом, а полупроводниковые р-и -переходы и управляемые по напряжению генераторы размещены в термостате.

1145304

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения напряженности статических и квазистатических электрических полей. S

Известно устройство для измерения напряженности статических и квазистатических электрических полей, со-держащее два управляемых по напряжению генератора, в цепях управления 10 частотой которых включены чувствительные элементы, состоящие из воспринимающих электродов, резисторов и полупроводниковых р-tl -переходов, два умножителя высокой частоты, 15 включенные между выходами генераторов и входами смесителя, между выходом которого и входом регистрато ра включен умножитель низкой частоты, а выходы умножителей высокой часто- 20 ты соединены с входами частотного дискриминатора P1), Однако для известного устройства характерны недостаточная чувствительность и точность измерений.

Цель изобретения — повышение чувствительности и точности измерения статических и квазистатических электрических полей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения напряженности статических и квазистатических электрических полей, содержащее два управляемых по напряжению генератора, в цепях управления частотой которых включены чувствительные элементы, состоящие из воспринимающих электродов, резисторов и полупроводниковых р-ь -переходов, два 40 умножителя высокой частоты, включенные между выходами генераторов и входами смесителя, между выходом которого и входом регистратора включен умножитель низкой частоты, а вы- 45 ходы умножителей высокой частоты соединены с входами частотного дискриминатора, введены два частотных детектора, выполненных по системе фазовой автоподстройки частоты, и 50 двухканальный регистратор, при этом первый частотный детектор включен между выходом первого умножителя высокой частоты и одним из входов двухканального регистратора, a вто- 55 рой — между выходом второго умножителя высокой частоты и другим входом двухканального регистратора.

Кроме того, в устройство введены калибровочный источник электрического поля с излучающим и экранирующим электродами, блок управления и термостат, при этом экранирующий электрод расположен над воспринимающими электродами со стороны источника исследуемого поля, излучающий электрод расположен под воспринимающими электродами со стороны, противоположной источнику исследуемого поля, блок управления соединен с экранирующим электродом, а полупроводниковые р-п -переходы и управляемые по напряжению генераторы размещены в термостате.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства.

Устройство для измерения напряженности статических и квазистатических электрических полей содержит управляемые по напряжению генераторы 1 и 2, чувствительные элементы 3 и 4, состояшие из полупроводниковых р-п-переходов 5 и 6, резисторов 7

8 и воспринимающих электродов 9 и 10, блок 11 управления, двухканальный регистратор 12, умножители 13 и 14 высокой частоты калибровочный источник 15 электрического поля, частотный дискриминатор 16, частотные детекторы 17 и 18, выполненные по системе фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), экранирующий электрод 19, излучающий электрод 20 и термостат 2 1, смеситель 22, умножитель 23 низкой частоты, регистратор 24, фазовые детекторы 25 и 26, вспомогательные генераторы 27 и 28 и усилители 29 и 30 постоянного тока, при этом чувствительные элементы 3 и 4 соединены с генераторами 1 и 2, выходы которых через умножители 13 и

14 подключены к входам частотного дискриминатора 16, смесителя 22 и к частотным детекторам 17 и 18. Выходы частотных детекторов 17 и 18 соединены с входами регистратора 12.

Выход смесителя 22 соединен через ,умножитель 23 с регистратором 24.

Блок 11 управления соединен с экраиирующим электродом 19, а полупроводниковые р-и-переходы и генераторы 1 и 2 размещены в термостате 21, Устройство работает следующим образом.

При отсутствии воздействия измеряемого электрического поля на чув1145304 4 лило н дна раза увеличить чувствительность предлагаемого устройства, т.е. довести ее до величины менее

0,025 В/м.

Для калибровки устройства экранируют от внешнего электрического поля электроды 9 и 10 и включают источник 15, излучающий электрод 20 которого создает постоянную величину напряженности поля в зазоре между электродами 9, 10 и 20. Напряжение, вырабатываемое источником 15, представляет собой по форме меандр с периодом порядка 1 с, со стабилизированной амплитудой, равной, например 0,01 В или 0,1 В.

При расстоянии между электродами 9, 10 и 20 1 см и амплитуде напряжения 0,01 В напряженность поля E н зазоре определяется из соотношения — )

0 01 Ь

001 М М

3 стнительные элементы 3 и 4 (например, при экранировании воспринимающих электродов 9 и 10 экранирующим электродом 19 за счет его поворота на -90О.) напряжение на выходе частотных детекторов 17 и 18 путем первоначальной подстройки частоты генераторов 1 и 2 устананлйвают равным нулю. При этом за счет срабатывания систем ФАПЧ частота генератора 27 постоянно поддерживается равной точно частоте генератора 1, умноженной умножителем 13, а частота генератора 28 равной точно частоте генератора 2, умноженной умножителем 14.

При неэкранированных электродах 9 и 10 (т.е. при повороте экранирующего электрода 19 на +90 ) и, например, положительной полярности измеряемого поля за счет воздействия электрического поля на чувствительный элемент 3 происходит увеличение частоты генератора 1 на величину, пропорциональную напряженности поля. 25

При этом система ФАПЧ частотного детектора 17 вырабатывает на выходе усилителя 29 напряжение, пропорциональное изменению частоты генератора 1, которое управляет частотой генератора 27, поддерживая ее равной (кратной) частоте генератора 1, и одновременно измеряется регистратором 12, например самописцем.

Таким образом, на выходе усили35 теля 29 действует напряжение, пропорциональное величине измеряемой напряженности поля.

При воздействии поля отрицатель-! ной полярности аналогично работает частотный детектор 18, в котором усилитель 30 постоянного тока управляет частотой генератора 28 синхронно с изменением частоты генератора 2, Напряжение пропорциональное напУ

45 ряженности электрического поля отрицательной полярности, действует на выходе усилителя 30.

Из описания работы устройства видно, что напряжение на выходе усили50 телей 29 и 30 постоянного тока, являющееся функцией напряженности электрического поля Е, пропорционально изменению hE частоты только одного из генераторов, так как они

55 не связаны между собой и работают независимо друг от друга, что позвогде — 9 — разность потенциалон меж2 ду пластинами;

d — расстояние между ними.

Повышение точности измерений стало возможным благодаря введению в устройство источника калиброванной напряженности поля, с величиной которого сравнивают последующие результаты измерений, и термостата с температурой +40 +1 С, который позволил исключить погрешности, обусловленную влиянием колебаний температуры на параметры чувствительных элементов Зи 4 и управляемых генера" торов 1 и 2.

Расположение излучающего электрода калибратора под воспринимающими позволило устранить вносимое им искажение измеряемого электрического поля, которое имело бы место в случае расположения его над воспринимающими электродами.

Кроме того, достигается упрощение эксплуатации прибора за счет введения ФАПЧ, устранение искажений формы кривой колебаний напряженности электрического поля, так как частотные детекторы, выполненные по системе ФАПЧ, имеют нысокую линейность характеристики, и обеспечение нормальной работы устройства в интервале температур от +40 до -56 С за счет введения термостата.

1145304

Составитель Г.Рассмотрова

Техред М. Кузьма Корректор А.Тяско

Редактор М.Циткина

Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная, 4

Заказ 1166/34 Тираж 748

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5