Способ измерения электростатического поля

 

Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано для измерения величины напряженности и определения знака направления атмосферного электрического поля, производимых с помощью флюксметров. Целью изобретения является повышение разрешающей способности и чувствительности способа измерения электростатического поля. Для достижения цели реализуется следующий способ, использующий ротационный (Л С ьо оо 00 05 со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 R 29 12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ..1б

1j,, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3789010/24-2! (22) 05.09.84 (46) 07.02.87. Бюл. N 5 (71) Главная геофизическая обсерватория им. А.И.Воейкова (72) К.С.Жупахин, В.С.Жупахин и Ю.П.Михайловский (53) 621 317.328(088.8) (56) Lane-Smith D.R. А new design

of à sign-discriminating field mi11Journal of Atmos. and Terrestrial

Physics, 1967, vol. 29, рр. 687-699.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1257567, кл. G 01 R 29/12, 1984.

„„SU,„, 1288630 А1 (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ (57) Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано для измерения величины напряженности и определения знака направления атмосферного электрического поля, производимых с помощью флюксметров. Целью изобретения является повышение разрешающей способности и чувствительности способа измерения электростатического поля. Для

Ф достижения цели реализуется следующий способ, использующий ротационный

1288630

Т-:ьс, +

+at

Ь с

d где а флюксметр. К измерительной пластине подключают нагрузку в виде параллельной RC-цепи и периодически экспонируют ее в электростатическом поле.

Затем экранируют и измеряют параметры колебательного напряжения на нагрузке при соблюдении отношения постоянной времени RC-цепи к времени одного цикла процесса модуляции поля в пределах 0-0,25. Цель достигается за счет того, что измеряют знак и величину приращения напряжения в размахе разноименных палуволн колебатель1

Изобретение относится к электрическим измерениям, в частности к способам измерения электрических полей, и может быть использовано для измерения величины напряженности и определения знака направления атмосферного электростатического поля, производимых с помощью флюксметров.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности и чувствительности способа измерения электростатического поля за счет выбора величин коэффициентов временной и скоростной асимметрии модуляции поля, величины коэффициента инерционности нагрузки, а также величины коэффициента трансформации скоростей, удовлетворяющих соответственно следующим соотношениям: коэффициент временной асимметрии модуляции поля; коэффициент скоростной асимметрии модуляции поля, коэффициент инерционности нагрузки измерительной пластины, коэффициент трансформации скоростей; соответственно время и скорость экспонирования измерительной пластины в поле, ного напряжения на нагрузке и по ним определяют знак и величину напряжен- * ности электростатического поля. Операции экспонирования и экранирования производят при заданных отношениях их времен и скоростей. Устройство, . реализующее данный способ, содержит заземленную экранирующую пластину неподвижную изолированную измерительную пластину 2, нагрузку 3, усилитель 4, пиковые детекторы 5 и 6, ключевую схему 7 выбора полярности, узел 8 определения знака. 2 ил.,V — соответственно время и скорость ее экранирования; — постоянная времени нагруз-. ки измерительной пластины, — время одного цикла процесса периодической модуляции поля, V = — — условная исходная скорость

10 изменения эффективной площади измерительной пластины, S, — общая площадь измерительной пластины, Т вЂ” период вращения двигателя роторного флюксметра, N = Т /Т- число лопастей (секторов) о измерительной (экранирующей пластины.

На фиг. 1 представлены эпюры изменения во времени эффективной поверхности измерительной пластины

S(t), тока в нагрузке i(t), напряже25 ния в нагрузке U(t), и выходного продукта U, для предлагаемого способа измерения электростатического поля,, на фиг. 2 — функциональная схема роторного флюксметра с плоским типом пластин.

Схема содержит заземленную экранирующую пластину, выполненную в виде металлического круга, например, с круглой формой отверстий, укрепленную на валу электродвигателя, не35 подвижную изолированную измеритель ную пластину 2, например, с круглой формой лопастей, выполцснных из метал3 12886 ла, соединенную с нагрузкой 3, измерительной пластины, состоящую, например, из параллельно соединенных резистора R и конденсатора С н н

Измерительная пластина 2 через усилитель 4 и пиковые детекторы 5 и

6 соединена с управляющими входами ключевой схемы 7 выбора полярности выходного напряжения, выход которой является выходом устройства. Выход tO усилителя 4 переменного напряжения через узел 8 определения знака приращения напряжения соединен с сигнальным входом ключевой схемы 7 выбора полярности выходного напряжения. !5

Способ измерения электростатического поля осуществляется с помощью ротационного флюксметра, к измерительной пластине, лопасти которой выполнены в виде металлических кру- 2() гов с общей эффективной площадью $,, подключают нагрузку, например, также в виде параллельной RC-цепи, помещают пластину в электростатическое поле (фиг. 1) и с помощью экрани- 25 рующей пластины, выполненной в виде металлического круга с круглыми отверстиями, периодически экспонируют (в течение отрезка времени dt ) ее

1 в поле, а затем экранируют (в тече- 30 ние отрезка времени а1 ). При этом постоянную времени нагрузки (= R„C, ) выбирают удовлетворяющей соотношению т„(Т/4. Отношение gt /gt

9. выбирают равным или больше единицы.

Отношение скоростей экспонирования и экранирования измерительной пласти-. ны выбирают равным единице, а величину коэффициента трансформации скоростей 4 выбирают удовлетворяющей 4О соотношению d = /Vo = 7 /Ч„ > М ) 4.

Последнее требование может быть обеспечено, например, отклонением формы пластин от традиционной секторной формы и приближением этой фор- 45 мы, например, к указанной на фпг. 2.

При этом характер изменения эффективной площади измерительной пластины $(t) тока в нагрузке i(t) напряжения на ней U(t) и выходного 5р продукта Б соответствует эпюрам на фиг. 1.

Вращающаяся и заземленная экрани.рующая пластина 1 выполнена в виде металлического круга с шестнадцатью круглыми отверстиями. Неподвижная и изолированная измерительная пласти— на 2 выполнена также металлической в виде шестнадцати круглых лопастей.

30 4

Указанные формы экранирующей и измерительной пластпчы обеспечивают получение необходимых коэффициентов асимметрии полуволн тока (1. ) и на1 пряжения (1„) в нагрузке 3.

Измерительная пластина 2 соединена с нагрузкой 3, выполненной в данном случае пз параллельно соединенных резистора К„ и конденсатора С . Усилитель 4 предназначен для н усиления переменного напряжения на нагрузке 3. Детекторы 5 и 6 выполнены в виде пиковых детекторов и предназначены для фиксации суммы амплитудных значений полуволн колебательного напряжения обоих знаков.

Ключевая схема 7, управляемая узлом определения знака приращения напряжения в размахе разноименных полуволн колебательного напряжения на нагрузке 3, служит для выбора соответственно положительного или отрицательного значения выходного напряжения U . Узел 8 определения знака служит для определения знака поля и управления ключевой схемой 7 и 8 может быть выполнен управляемым колебательным напряжением с выхода усилителя 4. В этом случае, он, автоматически анализируя структуру усиленного колебательного напряжения на нагрузке U(t), вырабатывает управляющий сигнал на ключевую схему 7, который зависит от знака поля.

Параметром колебательного напряжения, который используется в данном случае для определения знака поля, является знак приращения напряжения в размахе разноименных полуволн колебательного напряжения «а нагрузке, который в простейшем случае может быть определен по полярности импульсного напряжения, получаемого путем операции дифференцирования колебательного напряжения BU(t)/Bt.

Ротационный флюксметр работает следующим образом.

Вращение экранирующей пластины

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

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

i(t) и па нагрузке 3 образуется переменное напряжение П(г.), формы которых изображены на фиг. 2. Затем переменное напряжение Ь ((:) усиливается усилителем 4. Сумма амплитуд первой и второй полуволн колебательного на25 ир) и, Составитель Е.Плужникова

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

Заказ 7804/44 Тираж 752 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

5 12886 пряжения U(t) фиксируется пиковыми детекторами 5 и 6. Ключевой схемой

7, управляемой узлом 8 определения знака приращения напряжения в размахе разноименных полуволн колебательного напряжения, производится выбор полярности выходного напряжения (U,=

О,, + U ), соответствующего знаку поля Е.

f0

Формула изобретения

Способ измерения электростатического поля, согласно которому к измерительной пластине подключают нагруз- f5 ку в виде параллельной RC-.öåïè, помещают пластину в электростатическое поле, периодически экспонируют ее в поле, а затем экранируют и измеряют параметры колебательного напряжения 20 на нагрузке, причем измерение производят при условии, что отношение постоянной времени нагрузки к времени

Много цикла процесса периодической

30 6 модуляции поля лежит в пределах 00 25, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и чувствительности, измеряют знак и величину приращения напряжения в размахе разноименных полуволн колебательного напряжения на нагрузке и по ним определяют соответственно знак направления и величину напряженности электростатического поля, причем операции экспонирования и экранирования измерительной пластины производят таким образом, чтобы отношение времен экспонирования и экранирования находилось в пределах 1-10, отношение скоростей экспонирования и экранирования было равно 1, а отношение скоростей экспонирования и условной исходной скорости изменения эффективной площади измерительной пластины было равно или больше числа лопастей-секторов измерительной и экранирующей пластины и лежало в пределах 4-200.