Устройство для измерения составляющих электрического поля

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКЬМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соаетскик

Сециапистичесиик

Республик

fiii920569 (6l ) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 100780 (21) 2954934/18-21 с присоеаиненнем заявки М (23 ) П риоритет (51) М. Кл.

С 01 R 29/08

5ЬрударстввнныФ квинтет

СССР ре девам нзавретеннй н аткрытнй

Опубликовано 150482, Бюллетень М 14 (53) УДК 621. 317. .7(088.8) Дата опубликования описания 1 0482 (72) Автор изобретения

И.В.Хахамов (71) Заявитель (4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТЛВЛЯЮЦИХ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при контроле параметров естественных электромагнитных полей, например при географических исследованиях.

Известно устройство для .измерения составляющих электрического поля, содержащее измерительные электроды, первый иэ которых помещен в контролируемую проводящую среду, гидроключ, три входа которого подключены к выходам трех взаимно ортогональных гидроканалов, а четвертый вход расположен в месте установки первого измерительного электрода, блок выделения разности потенциалов, входы которого соединены с обоими иэмери" тельными электродами (11.

Недостатки известного устройства связаны с ограниченной областью практического использования и низкой эксплуатационной надежностью, обусловленной несовершенством гидравли" ческих составных элементов.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения составляющих электрического поля, содержащее корпус, .выполненный в форме куба, шесть изолированных друг от друга измерительных квадратных электродов, ю образующих грани куба, три трансформатора тока, первичные обмотки которых связаны с парами параллельных измерительных электродов, а вторичные обмотки подключены к соответствующим усилителям с шунтирующи15 ми резисторами на входах (21.

При обработке результатов измерений с помощью указанного устройства, исходят из того, что при равенстве

20 входного сопротивления каждого измерительного канала, состоящего из трансформатора тока, резистора и угилителя, сопротивление куба вытес. ненной среды, в которой размещается

0569

10

3$

4$

3 92 устройство, последнее не искажает контролируемое поле, и напряжения на выходах трех усилителей строго пропорциональны трем составляющим напряженности электрического поля, т.е. использование этого устройства основано на предложении о неискажаемости им контролируемого поля при условии равенства сопротивления каждого измерительного канала сопротивлению куба вытесненной среды.

Р действительности металлические электроды заметно искажают контролируемое поле. Каждая составляющая измеряемая одной парой электродов, искажается двумя другими парами электродов, особенно при наклоне вектора плотности тока к ребрам куба. Кроме того, сопротивление ка- нала изменяется с частотой вследствие зависимости от частоты импеданса двойного слоя на границе раздела электрод-среда. Следовательно, равенство сопротивлений куба вытесненной среды сопротивление канала, достигнутое на одной частоте, наруша ется для другой частоты, В связи с

Этим при контроле с помощью известного устройства сигналов сложной формы имеет место существенная дополнительная погрешность измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерительного устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения составляющих электрического поля, содержащем корпус с измерительными электродами, связанными с первичными обмотками трех трансформаторов тока, вторичные обмотки которых подключены к входам соответствующих усилителей, корпус выполнен сферическим, измерительные электродыв виде восьми конгруентных сферических треугольников, а число первичных обмоток у каждого трансформатора тока. доведено до четырех, причем каждая группа первичных обмоток свя зана с двумя соответствующими группами из четырех измерительных электродов, образующими две противоположные полусферы одной из трех осей пространственной ортогональной системы кбординат.

На фиг. 1 представлено предложенное устройство для измерения составляющих электрического поля, общий вид, на фиг. 2 - его принципиальная электрическая схема.

Основу устройства составляет полый сферический корпус (фиг,l) иэ изоляционного материала, на поверхности которого размещены восемь проводящих измерительных электродов

2-9, выполненных в виде конгруентных равносторонних сферических треугольников (электроды 6 и 8 на фиг. 1 не просматриваются). В состав устройства входят также трансформаторы

10 тока (фиг.2) с первичными обмотками 11-14 и вторичной ббмоткой 15, >$ трансформатор 16 тока с первичными обмотками 17-20 и вторйчной обмоткой 2 1, трансформатор 22 тока с первичными обмотками 23-26 и вторичной обмоткой 27, а также усилители

28-30, к выходам которых подключаются в процессе измерения регистрирующие приборы (не показаны).

Каждая первичная обмотка каждого трансформатора тока подключена к определенной паре смежных измерительных электродов. Первичные обмотки 11-14 трансформатора тока 10 соединяют четыре верхних электрода

2, 3, 6 и 7, образующих на фиг. верхнюю полусферу, с четырьмя нижними электродами 4, 5, 8 и 9, образующими нижнюю полусферу, первичные обмотки 17-20 трансформатора тока 16 соединяют четыре электрода 2, 4, 6 и

8, расположенных на фиг. 1 слева и образующих левую полусферу, с четырьмя, электродами 3, 5, 7 и 9, расположенными справа и образующими правую полусферу, первичные обмотки 23-26 трансформатора тока 22 соединяют четыре электрода 2-5, расположенных на фиг. 1 спереди и образующих переднюю полусферу, с четырьмя электродами

6-9, расположенными сзади и образующими заднюю полусферу. Таким образом, все устройство в целом представляет собой пространственную ортогональную систему координат.

8 данном устройстве все смежные электроды соединены между собой низкоомными первичными обмотками трансформатора тока. В связи с этим электродная система устройства эквивалентна сфере со сплошной проводящей поверхностью. Удельная электрическая проводимость материалов, применяемых для изготовления электродов, значительно (на семь-десять порядков) превосходит удельную элект920569

3% 0

1 = †т †. Bg cQsv

Формула изобретения

Устройство для измерения составляющих электрического поля, содержащее корпус с измерительными электрорическую проводимость исследуемых . сред (грунт, вода, плазма),поэтому при любых реальных габаритах устройства и толщинах измерительных электродов распределение тока в них бу- 5 дет таким же, как и для сплошного металлического шара, у которого . сила тока (в А) через любое диаметральное сечение определяется формулой 1О где D - диаметр шара, м, о - модуль вектора плотности тока невозмущенного электрического поля (т.е. до . помещения устройства в среду) Ам

V — угол между вектором плотнос- 20 ти тока и нормалью к диаметральному сечению, рад.

Устройство работает следующим образом.

При помещении устройства в среду д с контролируемым электоическим полем пои частотах, для которых сопоотивпение растекания электродов превышает модуль импеданса двойного слоя,, устройство концентрирует ток, который распределяется в соответст- вии с,формулой (1). Если совместить плоскость диаметрального сечения с диэлектрической границей, разделяющей устройство на две полусферы, то ток, протекающий из одной полу-. сФеры в другую (через пеовичные обмотки одного из тоансфооматоров тока), согласно (1) пропорционален произведению модуля плотности тока

0О на косинус угла между вектором плотности тока и нормалью к поверхности диаметрального сечения, т.е. отобоажает соответствуюшую .состарля" ющую плотности тока. Сконцентрирован45 ный устройством электрический ток распредепяется по первичным.с1бмоткам тоансфооматоров 10 16 и 22 тока таким образом, что на выходе усилителей 28-30, подключенных ко вторичным обмоткам трансформаторов тока, 50 формируются сигналы, пропорциональные трем составляющим плотности электрического тока. Следовательно, устройство работает как концентратор тока с нормируемыми, метрологическими характеристиками, которые могут быть оценены по формуле (1).

Пои этом обеспечивается одноеременное измерение всех тоех составляющих плотности тока.

Напоимер, если для фиг. 1 ось 7. направлена вертикально ось Х вЂ” слеl ва напоаво, а ось У - перпенаикчляоно к ним и если вектор плотности тока имеет только составляющую 6z, то ток, концентрированный полусфе рой, состоящей из электродов 2, 3, 6 и 7, протекает к электродам 4, 5, 8 и 9 через первичные обмотки

11-14 трансформатора тока 10 и сигнал вырабатывается только на выходе усилителя 28. Аналогично, если вектор, плотности тока имеет только составляющую д <, то ток, концентрированный полусферой, состоящей из электродов 3, 5, 7 и 9, протекает к электродам 2, 4, 6 и 8 через первичные обмотки 17-20 трансформатора тока 16 и сигнал формируется только на выходе усилителя 29. Если, наконец, вектор плотности тока имеет только составляющую 5, то ток, концентрированный полусферой, состоящей из электродов 2, 3, 4 и 5, про1текает к электродам 6, 7, 8 и 9 через первичные обмотки 23-26 трансформатора тока 22 и сигнал появляет-. ся только на выходе усилителя 30.

В случае, когда вектор плотности тока имеет все составляющие, т.е. наклонен к осям координат, то сигналы образуются на выходах всех усилителей 28-30. Их информационные параметры оказываются пропорциональными .произведениям измеряемой плотности тока 80 на косинус угла между вектором плотности тока и соответствую- . щей осью„ т.е. отображают соответствующие составляющие плотности тока электрического поля.

Точность измерения, обеспечиваемая предложенным устройством, определяется только точностью изготовления корпуса, измерительных электродов и регистрирующих приборов, в то вреMH .как в известных устройствах аналогичного назначения погрешность измерения зависит от модуля импеданса двойного слоя, который может изменяться на один-два порядка.

7 920569 8 дами, связанными с первичными обмот- первичных обмоток связана с двумя ками трех трансформаторов тока, вто- соответствующими группами из четырех ричные обмотки которых подключены к измерительных электродов, образующивходам соответствующих усилителей, ми две противоположные полусферы о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, c одной из трех осей пространственной целью повышения точности, в нем ортогональной системы координат. корпус выполнен сферическим, из- Источники информации, мерительные электроды - в виде вось- принятые во внимание при экспертизе ми конгруентных сферических треуголь- 1. Авторское свидетельство СССР ников, а число первичных обмоток 1е Ю718808, кл. G 01 R 29/08, 1978. у каждого трансформатора тока доведе 2. Патент ClllA У 3.641.427, но до четырех, причем каждая группа кл. 324-9, 1972.

920569 ЬгР .

Составитель Л. Иорозов

Редактор М.Недолуженко Техред А. Ач Корректор А.Дзятко

Заказ 2330/48 Тираж 719 Подлисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4