Способ измерения напряженности электрического поля

 

Использование: изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения квазистатического поля, создаваемого заряженными объектами. Сущность изобретения: целью изобретения является повышение точности измерений напряженности электрического поля. Контроль электрических полей посредством данного способа осуществляют путем подключения к измерительной пластине нагрузки, периодического ее экспонирования и экранирования и измерения колебательного напряжения на негрузке. Новым является то, что в качестве нагрузки используют затвор МДП-транзистора с индуцированным каналом, причем время экспонирования поддерживают равным времени индуцироеания на измерительном электроде полного электрического заряда, а время экранирования поддерживают равным постоянной времени считывания сигнала. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)я 6 01 8 29/12

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К .АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4862204/21 (22) 29.08.90 (46) 30.05.93. Бюл. М 20 (71) Белорусский политехнический институт (72) В.П.Сычик, В.А.Воробьев и А.В.Бреднев (56) Авторское свидетельство СССР

М 483631, кл. G Oi R 29/12, 1975.

Авторское свидетельство СССР

bh 691785, кл. 6 01 R 29/12, 1979.

Авторское свидетельство СССР

% 340977, кл. 6 01 R 19/10, 1972. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ (57) Использование: изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в устройствах для изме-. рения квазистатического поля, создаваемого заряженными объектами. Сущность

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения квазиэлектростатического поля, создаваемого заряженными объектами.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Цель достигается тем, что в способе измерения напряженности электрического Iloля, согласно которому к измерительной пластине подключают нагрузку, помещают ее s электрическое поле, периодически ее экспонируют и экранируют и измеряют колебательное напряжение на нагрузке, в качестве нагрузки используют затвор

МДП-транзистора с индуцированным кана<„>5M„„18 18599 А1 изобретения: целью изобретения является повышение точности измерений напряженности электрического поля. Контроль электрических полей посредством данного способа осуществляют путем подключения к измерительной пластине нагрузки, периодического ее экспонирования и экранирования и измерения колебательного напряжения на нагрузке. Новым является то, что в качестве нагрузки используют затвор МДП-транзистора с индуцированным каналом, причем время экспонирования поддерживают равным времени индуцирования на измерительном электроде полного электрического заряда, а время экранирования поддерживают равным постоянной времени считывания сигнала. 2 ил. лом, при этом время экспонирования поддерживают равным времени индуцирования на измерительном электроде полного электрического заряда, а время экранирования поддерживают равным постоянной времени считывания сигнала.

Вследствие того, что в предложенном способе в качестве нагрузки используют затвор с индуцирова иным каналом, время экспонирования поддерживают равным времени индуцирования на измерительном электроде полного электрического заряда, а время экранирования поддерживают равным постоянной времени считывания сигнала, достигается поставленная цель.

Погрешность измерения снижается более

1818599 чем в пять раз с 30 (, у прототипа до 5О у заявляемого способа.

Измерение напряженности электрического поля посредством предложенного способа осуществляется следующим образом. В зону действия электрического (электростатического) поля помещают измерительный электрод (пластину), выполненный из электропроводного материала обычно дисковой формы, а перед ним, со стороны действующего электрического поля, размещают второй электрод, площадь которого не меньше площади измерительного электрода, также выполненный из электропроводного материала. Измерительный электрод гальванически соединяют с нагрузкой — управляющим электродом (затвором) МДП-триодной структуры, а также посредством контактной группы электродного коммутатора соединяют с землей. Также посредством другой контактной группы того же электронного коммутатора соединяют экранирующий электрод с землей. В неинвертирующую выходную цепь МДП;триодной структуры включают нагрузку, обычно резистивную, которую соединяют электрически с измерительным прибором, содержащим-усилитель.

Осуществляют периодическое экспонирование и экранирование измерительного электрода.

На стадии экспонирования, когда контактные группы электронного коммутатора отключают экранирующий и измерительный электроды от земли, экраиирующий электрод является прозрачнымдля внешнего электрического поля Е, создаваемого источником постоянного напряжения и тока, т.е. не влияет на величину действующего на измерительный электрод поля Е, и на нем возникает наведенный заряд О @jj FS (1), который создает потенциал rp=Q ЕС(2), где е — абсолютная диэлектрическая проницаемость среды; Š— напряженность электрического поля источника постоянного напряжения, действующая на зкранирующий электрод; С вЂ” суммарная емкость измерительного электрода и МДП-триодной структуры.

При подключении экранирующего электрода с помощью контактной группы электронного коммутатора на землю, т.е, на стадии экранирования, этот электрод полностью изолирует измерительный электрод от внешнего поля Е и накопленный на нем заряд стекает через входное сопротивление

МДП-триодной структуры, выполненной с изолированным затвором и обладающей высоким входным сопротивлением. Осуще5

10 ствляя периодическое экспонирование — экранирование измерительного электрода, на нем формируется переменный электрический сигнал, представляющий переменное напряжение от 0п з = Q/C при экспонировании до нуля при экранировании. Переменное напряжение на измерительном электроде создает ток в нагрузке — во входной цепи МДП-триодной структуры

1- dQ/dt-е, SdE/dt = U/2: — Ü О/Лс, (3) а напряжение во входной цепи Овх - I 2вх, где U — мгновенное значение напряжения

15 на измерительном электроде, Z>< — полное входное сопротивление МДП-триодной структуры.

Изменение заряда Ь Q включает его возрастание на измерительном электроде

20 на стадии экспонирования — ЬО+ и спад индуцированного на измерительном электроде заряда — ЬО- на стадии экранирования, т.е. ЬО - Ь О++ hG- (4).

Ток, создаваемый в нагрузке — входной 5 цепи МДП-триодной структуры, в результате периодического экранирования и экспонирования измерительного электрода i

-hG +/h, ц + hG -/Ь е, (6) где ht> - ьв.—, время экспонирования измерительного электрода; Ь - tek- время экранирования .измерительного электрода.

Для повышения точности измерений величины электрического поля необходимо добиваться максимально возможного зна 5 чения тока во входной цепи МДП-триодной структуры, поскольку напряжение на ее затворе 0з - Явх. Это достигается выбором времени экспонирования измерительного электрода, равного постоянной времени t> индуцирования на измерительном электроде полного (максимального возможного) заряда О, то есть a® tp, и выбором времени экранирования измерительного электрода, 45

5 равного времени считывания сигнала а к 2, соответствующего .времени стекания полного индуцированного на измерительном электроде заряда через входное сопротивление МДП-триодной структуры. Это время определяется величиной импеданса цепи коммутации измерительного электрода на землю (стадия экранирования), и в соответствии с выражением ioAT

ЬО+/т1 + ЬО-/г должно быть минималь9- но возможным для данного типа электронного коммутатора (й" — 10 -10 с), (а ЛО -10 c).

Напряжение на нагрузке-затворе МДПтриодной структуры, соответствующее разности потенциалов корпус-измерительный

1818599 электрод Uo, пропорционально напряженности электрического поля Е

Uo = К1Е. (б)

При использовании линейной области сток-затворной характеристики МДП-тран- 5 зистора в выходной его цепи протекает ток, пропорциональный напряженности изме ряемого электрического поля, т.е.

1вых = SUo = К1ЗЕ, (7) где К1 —; 10

$ — крутизна сток-затворной характеристики МДП-транзистора.

Протекающий ток }вых создает в истоковой цепи выходной сигнал; пропорциональный контролируемой напряженности 15 электрического поля язых = !вых Ин = К18йнЕ = IbE. (8)

Выходной сигнал поступает на вход из- . мерительного прибора, где усиливается и регистрируется стрелочным измеритель- 20 ным устройством, либо на цифровом табло.

Изложенный способ измерения. напряженности электрического поля реализуется устройством, структурная схема которого 25 изображена на фиг.1.

На стадии экспонирования электричеСким полем Е воздействуют на измерительный электрод (пластину) 1 через .. отключенный от земли койтактной группой 30 коммутатора 2, например герконовым реле типа РЭС 55А, экранирующий электрод 3..

Длительность с7адии экспонирования для системы измерительный электрод 1 — МДПтранзистор 4 с суммарной емкостью 10-100 35 и Ф составляет t1 =10 -10 с, Путем подачи управляющего импульса напряжения, длительность которого соответствует постоянной времени цепи стекания заряда с измерительного электрода 40

1 г, замыкают контактной группой коммутатора 2 на землю экранирующий электрод

3. При этом электрод 3 зкранирует от внешнего поля Е измерительный электрод 1. и накопленный на нем на стадии экспонирования максимальный заряд Ь0 стекает на землю. Длительность стадии экранирования для данной входной системы электоод 1—

МДП-транзистор 4 составляет = 10 -10 с.

На коммутатор 2 подают управляющее напряжение, обладающее длительностью импул ьсза тн = 10 -10 5 с, длительностью паузы 10 -10 с и амплитудой U 15 В. В результате в выходной цепи МДП-транзистора 4 формируется переменное напряжение, временная диаграмма изменения которого показана на фиг.2.

Переменным напряжением, формируемым в выходной цепи МДП-транзистора 4, воздействуют на измерительный прибор 5, содержащий усилитель 6 и измерительную головку 7. Измерительный прибор 5 на своей измерительной головке l отображает истинное значение измеряемой напряженности электрического поля.

Результирующая погрешность измерения не превышает и 5 .

Формула изобретения

Способ измерения напряженности, . электрического поля, согласно которому к измерительной пластине подключают нагрузку, помещают ее в электрическое поле, периодически ее экспонируюти экранирует и измеряют колебательное напряжение на нагрузке. отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в качестве нагрузки используют затвор МДПтранзистора с индуцированным каналом, при этом время экспонирования поддерживают равным времени индуцирования на измерительном электроде полного электрического заряда, s время экранирования поддерживают равным постоянной времени считывания сигнала.

1818599

8)»»feg-" 7g

Составитель А,Сычик

Редактор M.Кузнецова Техред M.Моргентал КоРРектоР П.Гереши

Заказ 1937 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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