Способ определения распределения потенциалов электростатического поля

 

Изобретение относится к области эл. измерений и повьнпает их точность . Устр-во реализующее сп-б, включает область 1 исследуемого электростатич. поля (ЭСП), электроды 2 и 3, создающие ЭСП, источник 4 постоянного тока, вольтметр 5, капилляр 6, сборный электрод 7, амперметр 8, оптич, систему 9, источник 10 света, светофильтр П. В качестве зонда используют струю заряженной жидкости (ЗЖ), измеряют объемный расход ЗЖ, эл. ток, переносимый струей ЗЖ, и определяют распределение потенциала ЭСП вдоль оси Z. 1 ил., 1 табл.

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 G 01 R 29 12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

М

С

Ю

Ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4063101/24-09 (22) 25.04.86 (46) 07.01.88. Бюл. В 1 (72) Н.Н.Супрун и А.А.Шутов (53) 621.317.328 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 447626, кл. G 01 R 28/121 1974.

Авторское свидетельство СССР

У 1019370, кл. G 01 R 28/12. 1982. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛОВ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО

ПОЛЯ (57) Изобретение относится к области эл. измерений и повышает их точ„„SU„, 1365000 А1 ность. Устр-во реализующее сп-б, включает область 1 исследуемого электростатич. поля (ЭСП), электроды 2 и 3, создающие ЭСП, источник 4 постоянного тока, вольтметр, 5, капилляр 6, сборный электрод 7, амперметр 8, оптич, систему 9, источник 10 света, светофильтр 11. В качестве зонда используют струю заряженной жидкости (ЗЖ), измеряют обьемный расход ЗЖ, эл. ток, переносимый струей

ЗЖ, и определяют распределение потенциала ЭСП вдоль оси Z. 1 ил., 1 табл.

13

Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано для исследования и контроля постоянных электрических полей в различных отраслях промьппленности, например в производстве нетканых волокнистых материалов электростатическим способом, в электроокраске.

Цель изобретения — повьппение точности измерений.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ, Устройство включает область 1 исследуемого электростатического поля, электроды 2 и 3, создан)щие электростатическое поле, источник 4 постоянного тока, вольтметр 5, капилляр

6, сборный электрод 7, амперметр 8, оптическую систему 9, источник 10 света, светофильтр 11.

Устройство работает следующим образом, Исследуемая область 1 электростатического поля ограничена электродами 2 и 3 ° Напряжение от источника 4 контролируется вольтметром 5. Через капилляр 6, вмонтированный в электрод 2 по нормали к его поверхности, подается жидкость с фиксированным расходом. Заряжаясь на верхнем электроде, струя проходит междуэлектродное пространство и через отверстие в нижнем электроде (нижний электрод может быть сетчатым) попадает на сборный электрод 7, заземленный через амперметр 8, Форма струи регистрируется длиннофокусной оптической системой 9 (например, фотоаппарат или телекамера с длиннофокусным объективом) на фоне освещенного источника 10 света рассеивающего светофильтра 11.

Способ определения распределения потенциалов электростатического поля реализуется следующим образом.

Дифференциальная связь между изменением потока импульса, переносимого жидкость в тонкой струе вдоль ее оси и касательными натяжениями на поверхности струи для касательных натяжений, обусловленных взаимодействием электрического поля с поверхностным зарядом на осесимметричной струе, имеет вид — (S(pV -3 p — - )) -irT — -27ГгЬЕ=О, (I ) рЦ ТЦ d — (-.— -, + — )-Зк -dz т r r с z

1 dV, v, а

dU(z ) (4) =IE(z) †-I

Интегрируя (4 ) и учитывая, что в тонкой струе энергия электрического поля расходуется на разгон струи и на преодоление сил поверхностного натяжения, получают расчетную формулу для распределения потенциала электростатического поля вдоль траектории струи щ о (5)

40 r Т r),z) где U(z) — потенциал поля в точке z

U(z) — потенциал опорного электрода; — плотность жидкости; расход;

I — ток;

r(z) — радиус струи

r =r(z,); коэффициент поверхностно50 го натяжения.

Пример. В плоскопараллельный конденсатор, состоящий из двух расположенных на расстоянии Н=40 мм один от другого горизонтальных метал лических дисков диаметром 150 мм, через отверстие диаметром 0,58 мм в центре верхнего диска впрыскивается диметилфталат плотность 1)=1,19 "

65000 2 где Б= г — площадь поперечного сечения струи;

V. — осевая скорость; вязкость;

6 —.) поверхностная плотность зарядя;

E(z) — напряженность электрического поля на границе

10 струи.

Кроме уравнения движения (11, в движущейся жидкости выполняются законы сохранения массы и заряда, которые для жидкости с постоянной плотностью соответственно имеют вид

8=Q (2)

I=.-2 г Y (3) где I — электрический ток поверхност20 ных зарядов, переносимых струей.

Из (1)-(3) имеем

Формула

10 кг/м-", вязкость ><=0,17 П, поверхностное натяжение T=66 дик/см с объемным расходом Ц=6,6 10 м /с, На верхний диск подается положитель5 ное напряжение U, =24 кВ от высоковольтного источника, отрицательный вывод источника и нижняя плоскость эаземляются. Заряжаясь на верхнем электроде, струя диметилфталата про- 10 ходит межэлектродное пространство и через соосное отверстие диаметром

3 мм в нижнем диске попадает на сборный электрод, заземленный через амперметр. Ток, переносимый струей, -1 составляет I=1 5 10 А. Струя фотографируется на светлом фоне с помощью длиннофокусной оптической системы, результирующая кратность увеличения струи составляет 230. По фотограммам иэображения струи определяется зависимость ее радиуса r от продольной координаты z. Результирующая аппаратурная погрешность не превышает 5Х. 25

В. таблице приведены вычисленные по формуле (5) значения потенциалов

V(z), где г отсчитывается от верхнего электрода.

В качестве опорного электрода взята нижняя плоскость, имеющая координату z =40 мм. Кроме того, приведены теоретические значения U,(z)=

=Б,/Н-к//„, соответствующие однородному полю плоского конденсатора, и относительные отклонения расчетных и

35 вычисленных значений. изобретения

Способ определения распределения потенциалов электростатического поля, включающий перемещение в исследуемом электростатическом поле зонда, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в качестве зонда используют струю заряженной жидкости, измеряют объемный расход заряженной жидкости, электрический ток, переносимый струей заряженной жидкости, и определяют распределение потенциала электростатического поля вдоль оси z по формуле

Г Т ? г где U(z„)

Г потенциал точки отсчета; плотность струи заряженной жидкости объемный расход заряженной жидкости; ток в струе заряженной жидкости радиус струи заряженной жидкости продольная координата;

); коэффициент поверхностного натяжения струи заряженной жидкости.

r(z) z

r,=r(Т

Параметры

40 38 36

28 24

34

z мм

r(z), мкм

U(z), кВ

U (z), кВ (V-U,)/Vr, X

46,9 47,55 48,2 48,95 49,47 50,5 51,1 53,3

0 1,28 2,47 3,76 4,59 6,12 6,93 9,56

0 1,2 2,4 3,6

6,7 2,9 4,4

6,0 7,2 9 6

2 3,8 0,4

4,8

4,4

Составитель В.Ежов

Редактор А.Козориэ Техред ;1.Ходанич

Корректор В.Бутяга

Заказ 6603/38 Тираж 772 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