Способ измерения электростатического поля

 

Изобретение относится к области электрических измерений, в частности к способам измерения электрических полей,и может быть использовано для измерения величины напряженности и определения знака направления атмосферного электрического поля, осуществляемых с помощью флюксметров, устанавливаемых как на земле, так и на разного рода летательных аппара (Л с to СХ) 00 о: to со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (51)4 G 01 В. 29/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

8=- в в — =Ю вл

ll 1

mzxzzzs

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3786879/24-21 (22) 03.09.84 (46) 07;02.87. Бюл. Р 5 (71) Главная геофизическая обсерватория им. A.È.Âoåéêosà (72) К.С.Жупахин и С.А.Фефелов (53) 621.317.328(088.8) (56) Lane-Smith D.R. А new design

of à sign-discriminating field mill.—

Journal of Atmos. and Terrestrial

Physics, 1967, vol. 29, рр. 687-699.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1257567, кл. G 01 R 29/12,28.08.84. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ (57) Изобретение относится к области электрических измерений, в частности к способам измерения электрических полей„и может быть использовано для измерения величины напряженности и определения знака направления атмосферного электрического поля, осуществляемых с помощью флюксметров, устанавливаемых как на земле, так и

Ф на разного рода летательных аппара128862 тах, судах и т.п. Целью изобретения является повышение разрешающей спо.собности и чувствительности способа, который заключается в следующем. К измерительной пластине подключают нагрузку в виде параллельной RC-цепи и периодически экспонируют ее в измеряемое поле. Затем экранируют, измеряют параметры колебательного напряжения RC-цепи при определенном условии. По амплитуде и полярности первой полуволны определяют соответственно величину напряженности и знак направления электростатического

1 поля. Цель достигается эа счет выбо- ра оптимальных величин коэффициентов

9 временной и скоростной асимметрии модуляции поля, величины коэффициен-та инерционности нагрузки и коэффициента трансформации скоростей.

Устройство, реализующее данный способ, содержит вращающуюся и заземленную экранирующую пластину 1, выполненную в виде металлического круга, например, с секторно-ножевой формой отверстий, неподвижную изолированную заземленную пластину

2 с секторной формой лопастей, выполненных из металла, нагрузку 3, пиковые детекторы 5 и 6, ключевую схему 7, узел 8 селекции первой полуволны и усилитель 4. 2 ил.

Изобретение относится к электрическим измерениям, в частности к способам измерения электрических полей, и может быть использовано для измерения величины напряженности и определения знака направления 5 атмосферного электростатического поля, осуществляемых с помощью флюксметров, устанавливаемых как на земле, так и на разного рода летательных аппаратах, судах и т.п.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности и чувствительности способа измерения электростатического поля эа счет выбора величин коэффициентов временной и

15 скоростной асимметрии модуляции поля, величины коэффициента инерционности нагрузки, а также величины коэффициента трансформации скоростей,удовлетворяющих соответственно следующим соотношениям: а = at, /at< >i 1/3;

Ь = Ч,/Ч„,, 1; с = /Т <1/4;

d=V; y,Б>4, где а — коэффициент временной асимметрии модуляции поля;

Ь вЂ” коэффициент скоростной асим30 метрии модуляции поля, с — коэффициент инерционности нагрузки измерительной плас тины;

4 — коэффициент трансформации скоростей;

at ;V, — соответственно время и скорость экспонирования измерительной пластины в поле; ;Ч вЂ” соответственно время и скорость ее экранирования; — постоянная времени нагрузки измерительной пластины, например, i = RC;

T=at +

+ at2 — время одного цикла процесса периодической модуляции поля, V -" — — условная исходная скорость

Т изменения эффективной площади измерительной пластины, S, — общая площадь измерительной пластины;

T, — период вращения оси двигателя ротационного флюксметра, N= — — число лопастей (секторов) изТ мерительной (экранирующей) пластины.

На фиг. 1 представлены эпюры изменений во времени эффективной площади измерительной пластины S(t), тока в нагрузке i(t), напряжения на нагрузке U(t) и выходного продукта U для предлагаемого способа измерения электростатического ноля; на фиг. 2 функциональная схема ротационного флюксметра.

Схема содержит вращающуюся и заземленную экранирующую пластину, выполненную в виде металлического

3 12886 круга, например, с секторно-ножевой формой лопастей„ неподвижную изолированную измерительную пластину 2,например. с секторной формой лопастей, выполненных из металла, соединенную с нагрузкой 3, составленной, например, из параллельно соединенных резистора R и конденсатора С, .

Пластина 1 укреплена на валу электродвигателя. Измерительная пласти- 10 на 2 через усилитель 4 колебательного напряжения V(t) соединена с входами пиковых детекторов 5 и 6, выходы которых подключены к управляющим входам ключевой схемы 7 выбора по- 15 лярности.Выход усилителя 4 колебатель-" ного напряжения через узел 8 селекции первой полуволны на нагрузке 3 соединен с сигнальным входом ключе- вой схемы 7 выбора полярности. 20

Способ реализуется следующим образом.

К измерительной пластине 2 флюксметра, лопасти которой выполнены в виде металлических секторов с общей эффективной площадью So, подключают нагрузку, например, также в виде параллельной RC-цепи, помещают пластину в электростатическое поле и (фиг. 1) с помощью экранирующей плас- З0 тины, выполненной в виде металлического круга с секторно-ножевидными отверстиями, периодически кратковременно (в течение отрезка времени

Ж,) экспонируют ее в поле, а затем 35 экранируют (в течение отрезка времени at ). При этом постоянную времени нагрузки (= R C„) выбирают

Н н удовлетворяющей соотношению „ сТ/4, Отношение дС, / t выбирают равным или 40 больше 1/3. Отношение скоростей экспонирования и экранирования измерительной пластины V /V выбирают рав% ным или более единицы, а величину коэффициента трансформации скоростей 45

d = Ч, /Ч выбирают удовлетворяющей соотношению d = V /V « N ) 4. Последние требования могут быть обеспечены, например, отклонением формы пластин от традиционной секторной 50 формы. Характер изменения эффективной площади пластины S(t), тока в нагрузке i(t), напряжения на ней

U(t) и выходного результата И. соответствует эпюрам на фиг. 1.

В примере реализации способа (фиг. 2) вращающаяся и заземленная экранирующая пластина 1 выполнена в виде металлического круга с восемью

29 4 секторно-ножевыми отверстиями. Неподвижная и изолировгнная измерительная пластина 2 выполнена также металлической в виде узких восьмисекторных лопастеи.

Указанные формы экранирующей и.измерительной пластин. обеспечивают получение необходимых коэффициентов асимметрии полуволн тока (E.) и напряжения ) 1„) в нагрузке 3.

Измерительная пластина 2 соединена с нагрузкой 3, выполненной в данном случае из параллельно соединенных резистора R и конденсатора

С„.

Усилитель 4 предназначен для усиления переменного напряжения U(t) на нагрузке 3. Детекторы 5 и 6 выполнены в виде пиковых детекторов и предназначены для фиксации возможных как положительного, так и отрицательного амплитудных значений первой полуволны колебательного напряжения на нагрузке. Ключевая схема 7, уп равляемая узлом 8 селекции первой полуволны, служит для выбора соответственно положительного или отрицательного значений выходного напряжения Б

Узел 8 селекции первой полуволны служит для определения знака поля и управления ключевой схемой 7 и может быть выполнен (фиг. 2) управляемым колебательным напряжением с выхода усилителя 4. В этом случае он, автоматически анализируя структуру усиленного колебательного напряжения на нагрузке U(t), выраба- тывает управляющий сигнал на ключевую схему 7, который зависит от знака поля. Параметрами колебательного напряжения, которые могут в данном случае служить для целей селекции первой полуволны, могут быть взяты следующие: амплитуды и длительности полуволн колебательного напряжения на нагрузке, величина и число положительных и отрицательных перепадов этого напряжения и др. Кроме усилителя 4 узел 8 селекции может управляться, например, от оптрона, иодулируемого прорезями экранирующей пластины и т.п.

Ротационный флюксметр (фиг. 2) работает следующим образом.

Вращение экранирующей пластины

1, расположенной над измерительной пластиной 2, вызывает модуляцию измеряемого электростатического поля

1288629!

О формула изобретения

steal

U(t

Составитель F..Ïëóæíèêoâà

Редактор А.Шандор Техред М.Xоданич Корректор С.Шекмар

Заказ 7804/44 Тираж 752 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Е. Через измерительную пластину 2 и ее нагрузку 3 течет переменный ток

i(t) и на нагрузке 3 образуется переменное напряжение U(t), формы которых изображены на фиг. 1. Затем пе- 5 ременное напряжение U(t) усиливается усилителем 4. Амплитуда первой (U,) полуволны при положительном и отри— цательном поле Е фиксируется соответственно пиковыми детекторами 5 и 6. Ключевой схемой 7, управляемой узлом 8 селекции, производится выбор полярности выходного напряжения U

D соответствующего знаку поля Е, Способ измерения электростатического поля, согласно которому к измерительной пластине подключают нагруз- 20 ку в виде параллельной КС-цепи, помещают пластину в электростатическое поле, периодически экспонируют ее в поле, а затем экранируют и измеряют параметры колебательного напряжения на нагрузке, причем измерение производят при условии, что отношение постоянной времени нагрузки к времени одного цикла процесса периодической модуляции поля лежит в пределах 0-0,25, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности и чувствительности, измеряют амплитуду и определяют полярность первой полуволны колебательного напряжения на нагрузке и по ним определяют соответственно величину напряженности и знак направления электростатического поля, причем операции экспонирования и экранирования измерительной пластины производят таким образом, чтобы отношение времен экспонирования и зкранирования находилось в пределах

0,33-1, отношение скоростей экспонирования и экранирования лежало в пределах 1-10, а отношение скоростей экспонирования и условной исходной скорости изменения эффективной площади измерительной пластины было равно или больше числа лопастей-секторов измерительной и экранирующей пластин и находилось в пределах

4-50.