Устройство для измерения напряженности статического и квазистатического электрического поля

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для непрерывного длительного измерения напряженности электростатического и квазистатического поля. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство содержит выполненный в виде плоского конденсатора датчик 1 электрического поля, через коммутатор 2 подключенный к разрядному сопротивлению 3, усилитель 4 постоянного тока, пиковый детектор 5, сумматор 6, запоминающий блок 7, регистратор 8 и блок 9 управления. При периодическом кратковременном подключении датчика 1 к разрядному сопротивлению 3 на последнем формируются импульсы, амплитуда которых пропорциональна приращению напряженности электрического поля за период коммутации, последовательно суммируется, формируя на входе регистратора 8 ступенчато изменяющееся напряжение, отображающее изменяющееся значение напряженности измеряемого электрического поля. Повышение точности измерений достигается за счет исключения влияния саморазряда датчика 1 при длительных измерениях. 5 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для непрерывного длительного измерения напряженности электростатического и квазистатического поля.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 график изменения квазистатического поля; на фиг. 3 временные диаграммы срабатывания электронного коммутатора; на фиг. 4 временные диаграммы приращения выходного напряжения на выходе пикового детектора; на фиг. 5 результирующая последовательного суммирования приращений напряжений с учетом знака (на выходе регистрирующего блока).

Устройство (см. фиг. 1) содержит выполненный в виде плоского конденсатора датчик 1 электрического поля, через коммутатор 2 подключенный к разрядному сопротивлению 3. Разрядное сопротивление 3, в свою очередь, подключено к входу усилителя 4, выход которого через пиковый детектор 5 подключен к первому входу сумматора 6, выход которого через запоминающий блок 7 соединен с входом регистратора 8 и с вторым входом сумматора 6. Блок 9 управления соединен первым выходом с управляющим входом коммутатора 2, вторым выходом с входом сброса пикового детектора 5, третьим выходом с управляющим входом запоминающего блока 7.

Устройство работает следующим образом.

При разомкнутом коммутаторе 2 разность потенциалов Δϕ между пластинами датчика 1 соответствует напряженности Е электрического поля, в котором находится датчик: Dv=E·d, где d расстояние между пластинами датчика.

Пусть, например, в момент времени t₄ (фиг. 3) по команде блока 9 происходит кратковременное замыкание коммутатора 2, в результате чего происходит разряд конденсатора через сопротивление 3 с формированием на последнем экспоненциального разрядного импульса напряжения. Усиленный усилителем 4 разрядный импульс поступает на вход пикового детектора 5, где его амплитуда преобразуется в постоянное напряжение U₄, поступающее на первый вход сумматора 6. В первом цикле устройства напряжение на втором входе сумматора равно нулю, следовательно, на выходе сумматора тоже равно U₄. По команде блока 9 происходит запоминание этого напряжения в блоке 7. Регистратор 8 при этом регистрирует значение напряженности поля Е₄ (фиг. 2). Блок 9 управления вырабатывает управляющие импульсы с тактовой частотой f_т, согласованной с верхней границей частотного спектра F_b напряженности электрического поля по теореме Котельникова: f_т ≥ 2F_b.

Перед следующим срабатыванием коммутатора 2 по команде блока 9 происходит сброс напряжения на пиковом детекторе 5. В момент времени t₅ происходит следующее кратковременное замыкание коммутатора 2. Разность потенциалов между пластинами датчика к этому моменту достигает значения Δϕ₅=ΔE₅·d, где ΔE₅ приращение напряженности электрического поля за интервал времени t₄-t₅. Так же, как и в предыдущем случае формируется разрядный импульс напряжения на сопротивлении 3, а на выходе пикового детектора 5 формируется новое значение напряжения ΔU₅ (фиг. 4), пропорциональное разности потенциалов Δϕ₅ и соответственно приращению напряженности ΔE₅. К этому времени на втором входе сумматора 6 имеется напряжение ΔU₄, соответствующее измеренному в предыдущем цикле значению напряженности поля E₄, поэтому на выходе сумматора напряжение равно сумме ΔU₄+ΔU₅. Эта сумма и запоминается в блоке 7 по очередной команде блока 9, после чего напряжение на пиковом детекторе снова обнуляется. Тем самым пиковый детектор подготавливается к новому циклу работы.

Регистратор 8 регистрирует новое значение напряжения электрического поля, соответствующее моменту времени t₅: E₅=E₄+ΔE₅. В дальнейшем происходит последовательное алгебраическое сложение приращений напряженности поля ΔE, в результате чего в момент времени t_n показание регистратора формируется в виде E_n=E₄+ΔE₅+ ... +ΔE_n-1+ΔE_n..

При этом величина и знак приращений ΔE зависят от характера изменения напряженности исследуемого поля во времени. Поскольку непрерывно изменяющаяся функции E(t) отображается на входе регистратора ступенчатой функцией U(t) (фиг. 5), то возникает ошибка дискретизации, которая может быть уменьшена до требуемого значения путем выбора тактовой частоты f_т, как уже говорилось, в соответствии с верхней границей частотного спектра функции Е(t)_o.

Благодаря периодическому разряду датчика 1 через сопротивление 3, при длительных непрерывных измерениях точность измерения напряженности электростатического поля Е, по сравнению с прототипом, повышена за счет исключения влияния саморазряда датчика через сопротивление изоляции между его пластинами.

Формула изобретения

Устройство для измерения напряженности статического и квазистатического электрического поля, содержащее датчик электрического поля, выполненный в виде плоского конденсатора, через коммутатор подключенный к входам усилителя постоянного тока, регистратор и блок управления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены разрядное сопротивление, пиковый детектор, сумматор и запоминающий блок, причем разрядное сопротивление включено параллельно входу усилителя постоянного тока, выход которого через пиковый детектор соединен с первым входом сумматора, выход которого через запоминающий блок соединен с регистратором и с вторым входом сумматора, при этом первый выход блока управления соединен с управляющим входом коммутатора, второй выход с входом "сброс" пикового детектора, а третий выход с управляющим входом запоминающего блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5