Параметрический преобразователь электрического поля
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советскни
Социалистических
Республик
Опубликовано 230282.Бюллетень ¹ 7 Дата опубликования описания (И) М. Кл. С 01 В 29/12 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий 153) УДК .3 /088.8) (72) Авторы изобретения В.Г.Селятицкий, A.Ï.Ñûïêî и В.Ф.Ереьыин 1 Сибирский государственный научно-исследовательский институт метрологии F (71) Заявитель (54) ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЦОЛЯ Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при контроле напряженности постоянных или медленно меняющихся электрических полей в морях и океанах. Известно устройство для измерения параметров электрического поля в морской воде, содержащее измерительные электроды, установленные по обеим сторонам диэлектрической пластины, выполняющей роль измерительной базы (11 . Недостаток известного устройства связан с ограниченными функциональными воэможностями, распространяющимися только на измерение плотности тока в воде и не охватывающими эффективный контроль напряженности электрического поля. Наиболее близким техническим решением к изобретению является преобразователь электрического поля, содержащий полый диелектрический корпус, в электродных камерах которого размещены измерительные электроды, подключенные к информационному входу вторичного преобразователя, генератор опорного напряжения, модулятор (гидроключ), активная часть которого выполнена в виде тела вращения, имеющего рабочую поверхность, со стороны которой размещены полости, заполняемые проводящей средой, и прижатого пружиной к пассивной части, представляющей собой поверхность участка корпуса, на которой расположены отверстия гидроканалов и электродных камер (2) . Недостаток указанного устройства заключается в механической реализации модулятора с подвижными элементами, что обуславливает низкую надежность работы преобразователя в сложных условиях его эксплуатации. Цель изобретения — повышение надежности работы измерительного устройства. Поставленная цель достигается тем, что в параметрический преобразователь электрического поля, содержащий полый диэлектрический корпус, в котором размещены измеритель ные электроды, подключенные к информационному входу вторичного преобразователя, генератор опорного напряжения, модулятор, состоящий из активной и пассивной частей, введен фазовращатель, активная часть модулятора выполнена в виде металличес907469 кой мембраны, РМсположенной между измерительными электродами в центральном поперечном сечении диэлектрического корпуса, а пассивная часть — в виде дополнительного электрода, установленного с вн ешн ей стороны корпуса напротив мембраны, приt0 ля осуществляется следующим образом, При помещении преобразователя в проводящую среду, в которой существует электрическое поле, между полостями A и В диэлектрического корпуса 1 образуется разность потенциаловЧ А- g>, пропорциональная напряженности электрического по-, 60 ля Е и размеру измерительной базы 0: д-Чу= Под воздейстнием разности потенциалов К - g происходит практичесВ 65 чем вход фазонращателя соединен с выходом генератора опорного напряжения, а выход — с управляющим входом вторичного преобразователя. На чертеже представлена функциональная схема параметрического преобразователя электрического поля. Устройство содержит полый диэлектрический корпус 1, разделяющую его пополам металлическую мембрану 2, дополнительный электрод 3, установленный с внешней стороны корпуса и соединенный с мембрамой 2 через выходное сопротивление генератора 4 опорного напряжения, измерительные электроды 5 и б, установленные по обеим сторонам мембраны 2 но внутреннем пространстве корпуса 1,вторичный преобразователь 7 с дифференциальным усилителем 8 и синхронным детектором 9, фазовращатель 10. Принцип действия устройства основан на изменении параметров двойного слоя перехода металл — среды под воздействием приложенного к не- 30 му внешнего потенциала. При погружении металлического электрода в проводящую среду на границе перехода электрод — среда образуется скачок потенциала, обусловленный наличием З5 противоположно заряженных .поверхности электрода и приэлектродного слоя ионов раствора. Образующийся при этом двойной электрический слой может быть упо- 40 доблен р-и переходу н полупроводниковых приборах (диодах). При различных значениях и полярности прикладываемого к переходу внешнего потенциала емкость И сопРотивление 45 двойного слоя могут меняться в значительных пределах. Для некоторых металлов (например, никеля, титана, платины) изменение сопротивления перехода достигает нескольких порядков. Работа данного параметрического преобразователя электрического поки мгновенная поляризация металлической мембраны 2, которая в случае невысокой частоты и малых значений амплитуды исследуемого сигнала выполняет роль изолирующей перегородки с последовательным включением сопротивлений двух переходов металл среда общим значением около 100 ком для никелевой мембраны. Ток но внутреннем пространстве диэлектрического корпуса 1 отсутствует и потенциалы ЧА и V< распространяются во всем объеме полостей A и В соответственно. Периодически с частотой uJ< на металлическую мембрану 2 относитЕльно дополнительного электрода 3 поступают однополярные импульсы от генератора 4 опорного напряжения. Происходит смещение р-и переходов мембраны 2, последовательное сопротивление которых н этом случае составляет несколько десятков Ом. При соответствующем выборе внутреннего диаметра дизлектического корпуса 1 сопротивления проводящей среды н полостях A и В во много раз превосходят указанное значение, полости замкнуты между собой и во внутреннем пространстве диэлектического корпуса 1 протекает ток, обеспечивающий падение разности потенциалов М -Чб на сопротивлениях среды. Таким образом, использование металлической мембраны 2 и дополнительного электрода 3 в качестве модулятора (прерынателя) позноляет осуществить однополупериодное модулиронание исследуемого сигнала без применения подвижных механических средстн. Переменное напряжение, пропорциональное напряженности электрического поля, воспринимается измерительными электродами 5,6 и поступает на вторичный преобразователь 7 последующего усиления и обработки. Дифференциальный усилитель 8, входящий н состав вторичного преобразователя 7, обеспечивает подавление синфазной помехи, возникающей на измерительных электродах 5 и 6 относительно дополнительного электрода 3 от управляющего напряжения генератора 4 опорной частоты. Синхронный детектор 9 служит для ныпрямления усиленного сигнала и формирования частотной характеристики устройства в целом. С его выхода снимается выходное напряжение U вых. При поступлении на металлическуюмембрану 2 управляющего напряжения противоположной полярности резко увеличивается емкость двойного слоя переходов металл - среда, что практически сглаживает образующийся в данный лолупериод полезный сигнал. Поэтому при использовании н качестве управляющего синусоидального налря907469 Формула изобретения Составитель Л,Морозов Техред С.Мигунова Корректор А.Лзятко Редактор И.Тушненкова Эаказ 583/54 Тираж 719 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Подписное Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 жения формирование полезного сигнала на измерительных электродах 5,6 происходит только один раз за период частоты опорного напряжения при переходе его полярности на металлической мембране 2 относительно дополнительного электрода 3 от плюса к минусу. Возникает фазовый сдвиг сформированного сигнала на 90 относительно остаточного напряжения помехи, в связи с этим в состав (параметрического преобразователя электрического поля введен дополнительный фазовращатель 10, управляющий работой синхронного детектора 9 со сдвигом на 90с При этом коэффициент передачи устройства оказывается меньшим, поскольку длительность полезного сигнала составляет величину, меньшую половины периода частоты опорного напряжения. Однако при данном синхронном детектировании резко повышается чувствительность аппаратуры за счет подавления квадратурной составляющей, Частотный диапазон предложенного параметрического преобразователя электрического поля ограничен сверху из-за наличия начальной емкости двойного слоя перехода металлическая мембрана — среда и определяется соотношением этой емкости и сопротивления проводящей среды в полостях диэлектрического корпуса. Параметрический преобразователь электрического поля, содержащий полый диэлектрический корпус,в котором размещены измерительные электроды, подключенные к информационному входу вторичного преобразователя, генератор опорного напряжения, модулятор, состоящий из активной и пассивной частей, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе, в него введен фазовращатель, активная часть модулятора выполнена в виде металлической мем15 браны, расположенной между измери тельными электродами в центральном поперечном сечении диэлектрического корпуса, а пассивная часть — в виде дополнительного электрода, установленного с внешней стороны корпуса 20 напротив мембраны, причем вход фазовращателя соединен с выходом генератора опорного напряжения,.а выход — с управляющим входом вторичного преобразователя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 3О Р 316018, кл. G 01 R 1/00, 1970. 2. Авторское свидетельство СССР Р 581518, кл. Н 01 G 9/22, 1975.
