Устройство для измерения электрического потенциала

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения - повышение быстродействия и увеличение максимальной напряженности измеряемого электрического поля. Устройство содержит зонд 1, вакуумные диоды 2 и 3 с заостренными автоэмиссионными катодами, формирователи 4 и 5 импульсов, регулируемый источник 6 компенсирующего напряжения, реверсивный счетчик 8 импульсов и ЦАП 11. Безинерционность автоэмиссионных диодов 2 и 3 обеспечивает быстродействие устройства, ограничиваемое при любых скоростях измерения измеряемого потенциала лишь электронными схемами источника 6, счетчика 8 и ЦАП 11. Использование чувствительного элемента на диодах 2 и 3 в сочетании с реверсивным выполнением счетчика 8 обеспечивает устройству возможность одинаково правильно измерять увеличение и уменьшение /положительные и отрицательные приращения/ измеряемого потенциала и измерять потенциалы разных, заранее неизвестных, знаков. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК тл. ил

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4293164/24-09 (22) 03,08,87 (46) 30,08,89, Бюл, й- 32 (71) Московский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) В.П.Булеков, В,Л.Головкин, С.Б.Резников и Е,C.Øåì÷óê (53) 621.317.328(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11р 900221, кл. С 01 Е 31!00, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1237999, кл. G 01 R 29/12, 1986, (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА (57) Изобретение относится к электрЬизмерительной технике. Цель изобретения — повышение быстродействия и увеличение максимальной напряженности измеряемого электрического поля. Устр-во содержит зонд 1, вакуумaw S ци 5О 628

2 ные диоды 2 и 3 с заостренными автоэмиссионными катодами, формирователи 4 и 5 импульсов„ регулируемый источник 6 компенсирующего..напряжения, реверсивный сче-чик 8.импульсов и ПАП ll, Безынерционность автоэмиссиснных диодов 2 и 3 обеспечивает ™ быстродействие устр-аа, ограчичиваемое при любых скоростях изменения измеряемого потенциал". лишь электронными схемами источника 6, счетчика

8 и ЦАП 11, Использование чувствительного эл-та нг диодах 2 и 3 в (о четании с реверсивным выполнением счетчика 8 обеспечивает устр воз можность одинаково правильно измерять уиелиленио и уменьшение полоиительные и отрицательные приращение) измеряемого потенциала и измерять потенциалы разных заранее неизвестных знамем ков, ил, 3 1504628

Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может быть использовано при измерении электрического потенциала зарядов, Цель изобретения — повьппение быстродействия и увеличение максимальной напряженности измеряемого электрического поля.

На фиг.l приведена электрическая структурная схема устройства для измерения электрического потенциала; на фиг, 2 — временные циаграммы напряжений на элементах устройства.

Устройство для измерения электри- 15 ческого потенциала состоит из зонда

1, помещаемого вблизи от заряда, создающего измеряемый потенциал, двух вакуумных диодов 2 и 3 с заостренными автоэмиссионными катодами, со-20 единенных один (2) анодом, а другой (3). катодом друг с другом и с зондом

1, формирователей 4 и 5 импульсов, включенных своими входными цепями последовательно с диодами 2 и 3 соот- 25

Нетстненно и соединенных вторыми входами друг с другом, регулируемого источника 6 компенсирующего напряжения, выхоц 7 которого соединен с общей точкой входов формирователей 4 и 5, 30 реверсивного счетчика 8 импульсов, вход 9 прямого счета которого соединен с выходом формирователя 4, а вход

10 обратного счета — с выходом формирователя 5, цифроаналогового преобразователя 11, знаковые 12 и 13 и разрядные 14 входы которого соединены с информационными знаковыми 15 и 16 и разрядными 17. выходами счетчика 8, которые являются цифровыми выходами 40 устройства; выход 18 цифроаналогового преобразователя 11 соединен с регулирующим входом регулируемого источника б компенсирующего напряжения и является аналоговьп выходом устройства.

Работа устройсTBà иллюстрируется; диаграммами на фиг,2а-д, где V — возможное изменение потенциала зонда 1;

V . — соответствующее изменение ком50 пенсирующего напряжения (потенциала) на выходе 7 источника 6„ пропорциональное напряжению на выходе 18 цифроаналогового преобразователя ll u значению числа н счетчике 8; фиг.26 и 2н показаны импульсы на выхо. дах формирователей 4 и 5; на фиг„2г и 2д — напряжечия на знаковых выходах

15 и 16 счетчика 8, Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии при V =0 чис" ( ло в счетчике равно нулю, отсутствуют сигналы на выводах 15, 16 и 17 счетчика и напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя ll u на выходе 7 источника 6, Это состояние сохраняется и в интервале времени t < (t 1, когда измеряемый потенциал V„, нарастая, еще не достиг значения напряжения между зондом 1 и выходом 7 источника 6, при котором срабатывает формирователь 4, При этом диод 3 закрыт, а ток эмиссии диода 2 медленно нарастает, оставаясь очень малым. При приближении значения 1 к значению П достаточно малому, благодаря заостренности катода . ток эмиссии диода 2, быстро нарастая, вызывает срабатывание формирователя 4 (г.=t ), который формирует импульс

П, (фиг.26), обуславливающий запись н счетчик единицы, появление сигнала положительного знака измеряемого потенциала на выходе 15 счетчика 8 и возбуждение цифроаналогового преобразователя 11 и источника 6, на выходе которого с незначительной задержкой относительно момента t (определяемой скоростью срабатывания электронных логических схем и ключей появляется положительная ступенькакомпенсирующего потенциала с высоTGH равной U . В результате напряжение на диодах становится равным нулю, эмиссия с катода 2 прекращается, Вследствие малости тока эмиссии (обеспечив аемой с остн етс тнующей конструкцией диодов) и кратковременности протекания относительно повьппенного тока через диод потенциал зонда заметно не изменяется, Описанный процесс повторяется в моменты С э и 1

После изменения знака производной измеряемого потенциала начинает нарастать (с момента С ) отсасывающее электроны из катода напряжение на диода 3 и когда оно достигает значения V„-Ч,=П, происходит срабатывание формирователя 5 (момент t<) из содержимого счетчика вычитается единица, уменьшается на одну ступеньку (цена младшего разряда) выходное напряжение цифроаналогового преобразователя и компенсирующий потенциал пт.

5 150462

При изменении измеряемого потенциала (фиг,2а) в момент с . содержи7 мое счетчика становится равным нулю и сигнал на его знаковом выходе 15 также равен нулю, Когда отри5 цательный потенциал V< достигает значения — U, {в момент t ), на выходе 16 счетчика 8 появляется сйгнал отрицательного знака числа в 10 счетчике, на разрядном выходе 17 счетчика — единица, в результате чего цифроаналоговый преобразователь формирует отрицательную ступеньку, источник 6 сформирует отрицательную ступеньку потенциала V и напряжение на диодах в этот момент становится равным нулю.

Если устройство включается при

/V /.ъ> (Б !, то ступеньки компенси- 20 рующего потенциала V следуют одна за другой с интервалом, определяемым лишь быстродействием всех электрон» ных схем устройства, пока разность

Ъ, -7 не станет по модулю меньше 25 значения U, после чего устанавливается описанный вьппе процесс отслеживания потенциала V< компенсирующим потенциалом V7.

Диоды 2 и 3 выполнены вакуумными 30 автоэмиссионными для обеспечения малых "допороговых" токов при /7 -7 /+ с !!и и резкого возрастания их токов при /V; -7 =Б, а разная геометрия электродов диодов (заостренность только катода) — для резкого разли35 чия напряжений прямого и обратного

"пробоя" (прямой соответствует V<-Ч„/ =Ь, а обратный не должен воз- . никать в устройстве), 40

Применение чувствительного элемента на автоэмиссионных диодах в саче тании с реверсивным выполнейием счетчика обеспечивает возможность,.одинаково правильно измерять увеличе- „.

45 ние и уменьшение (положительные и отрицательные приращения) измеряемоА го потенциала и измерять потенциалы разных заранее неизвестных знаков, Причем при отсутствии необходимости измерения потенциалов. разных знаков реверсивной счетчик 8, цифроаналого ф вый преобразователь 11 и источник 6 компенсирующего напряжения выполняются одноканальными. 55

Безынерционность автоэмиссионных диодов (постоянная времени 10 пс) обес-1

8 6 печивает быстродействие устройства, ограничиваемое при любых скоростях изменения измеряемого потенциа- . ла лишь электронными схемами счетчи" ка 8 источника 6 и преобразователя 11 (которые имеют быстродействие порядка долей и единиц микросекунд с учетом не циклического, а отслеживающего принципа аналогоцифрового преобразования в предлагаемом устройстве). Дополнительным достоинством такого преобразования является постоянное присут твие измерительной информации на выходах устройства (без ее циклического формирования и сброса в конце каждого цикла}.

Ф о р м у л а изобретения

Устройство для измерения электрического потенциала, вк;почающее зонд, регулируемый источник компенсирующего напряжения, счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь, входы которого подключены к соответствующим информационным выходам сч .тчика, которые также являются цифр-выми выходами устройства, а выход цифроаналогового преобразователя подсоединен к входу регулируемого источника компенсирующего напряжения и является аналоговым выходом устройства, отличающееся тем, что что, с целью повьппения быстродействия и увеличения максимальной напряженности измеряемого электрического паля, в него введены два формирователя импульеов и два вакуумных диода с заостренными автоэмиссионными катодами, причем анод первого вакуумного диода подключен к катоду,второго вакуумного диода и к зонду, катод первого вакуумного диода подсоединен к первому входу первого формирователя импульсов, второй вход которого подключен к второму входу второго форин рователя импульсов и к выходу .регулируемого источника напряжения, пер- ° вый вход второго формирователя импульсов подключен к аноду второго вакуумного диода, выход первого и второго формирователей импульсов подсоединен к выходу прямого и обратного счета счетчика импульсов соответственно, который вьп|олнен реверсивным, 1504628 () v

s)v, З)Ц

3) У„

Составитель П,Савельев

Редактор И.Рыбченко ТехредИ.Дидык Корректор О.Кравцова

Заказ 5249/47 Тираж ?14 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101