Измеритель поверхностной плотности заряда диэлектриков

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцналнстнческнх

Рйспублнк (i»966626 л . г фа

"г (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 240980 (21) 2984321/18-21 с присоедимением заявки ¹(23) Приоритет—

Опубликовано 151082. Бюллетень ¹ 38

Дата опубликования описания 151082.

f$)) Кл 3

G 01 R 29/24

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (З) УДК 621, 317. .7(088.8) (72) Авторы изобретения

Б.К.Сушко, Р.Ç.Бахтизин и С.С,Гоц

Башкирский государственный университет им. 40-летия

Октября (71) Заявитель (54 ) ИЗМЕРИТЕЛЬ ПОВЕРХНОСТНОЙ ПЛОТНОСТИ ЗЛРЯДА

ДИЭЛЕКТРИКОВ

Изобретение относится к измери.тельной технике и может быть использовано в системах автоматического контроля величин потенциалов электростатических полей, в частности для

:измерения поверхностной плотности зарядов диэлектриков.

Известно устройство дпя измерения потенциалов электростатических полей, использующее явления электростатической индукции, в котором .чувствительный элемент датчика (зонд) постоянно открыт и неподвижен. При внесении его в контролируемую точку исследуемого поля зонд приобретает потенциал контролируемой точки(1).

Однако на показания устройства сильно влияет утечка заряда по входным цепям электрометра, и для по тучения достоверных показаний необ ходимо время от времени повторять операцию внесения зонда в исследуемое поле.

Известно также устройство для из" мерения потенциалов электростатических полей, в котором заряд, индуцированный на чувствительном элементе датчика при неизменной плотнос- ти заряда на исследуемом диэлектриР ке, периодически изменяется .,gocTHгается это за счет периодического экранирования датчика с помощью вращающейся заземленной крыльчат- ки(2 .

Недостаток данного устройства наличие косвенного шума входных цепей измерителя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является иэ» меритель поверхностной плотности зарядов диэлектриков, содержащий металлический приемный электрод, помещенный в электростатическое поле, 15 создаваемое заряженным диэлектриком (электретом), модулятор упомянутого поля, выполненный в виде металлического диска с прорезями, насаженного на ось электродвигателя, yew

20 литель переменного тока или селектинный усилитель, вход которого подключен к упомянутому приемному электроду, а выход подключен к детектору средневыпрямленного значе25 ния напряжения. К выходу упомянутого детектора подключен регистрирующий прибор постоянного напряжения.

На металлическом приемном электроде в результате воздействия на него

30 поля зарядов диэлектрика индуцирует966620

30 ся заряд, поверхностная плотность которого однозначно связана с поверх- ностной плотностью заряда диэлектрика..За. счет модуляции электростатического поля у поверхности приемного электрода получают в электри- 5 ческой цепи, связанной с приемным, электродом, переменный ток, амплитуда которого однозначно для данного устройства caaaaha с поверхност.ной плотностью заряда диэлектрика. ð

Данный ток затем усиливается, детектируется и регистрируется 3 .

Недостатком этого измерителя поверхностной плотности заряда диэлектриков, ограничивающим его чувствительность, является наличие косвенного шума входных цепей измерителя. Частотный спектр этого шума лежит ниже частоты модуляции электростатического поля, шум модулируется с частотой модуляции Поля, передается на выход усилителя переменного тока и регистрирующим прибором отмечается та его .часть, частотный спектр которой лежит в полосе пропускания измерителя в целом.

Цель изобретения - повышение чувствительности измерителя поверхностной плотности заряда диэлектриков за счет снижения уровня шумов.

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель поверхностной плотности заряда диэлектриков, содержащий приемный электрод, помещенный в электРостатическое поле 35 диэлектрика, электрометрический усилитель, например балансный > к одному входу которого подключен упомянутый приемный электрод, модулятор поля диэлектрика, выполнен- 40 ный в виде металлического диска спрорезями, соединенного с валом двигателя, и регистрирующий прибор, введен подключЕнный к одному из входов упомянутого балансного электрометрического усилителя дополнительный приемный электрод, установленный с обеспечением противофазного периодического экранирования площади каж-. дого из пары упомянутых приемных электродов при .вращении модулятора поля 50 диэлектрика.

Пары чередующихся основного и дополнительного электродов установлены с образованием кругового кольца, соосного с металлическим диском 55 модулятора, при этом угловые .Размеры каждого приемного электрода равны у и, где И вЂ” число пар электродов (и = 1,2 ...).

На чертеже представлена блок-схе- 60 ма измерителя поверхностной плотности заряда диэлектриков.

Измеритель содержит заземленный металлический диск 1 с выполненными в виде секторов прорезями 2, насаженный на ось синхронного электродвигателя 3. Каждый из пары упомянутых приемных электродов 4 выполнен ,в виде плоской металлической пластины, расположенной вблизи поверхности диэлектрика 5 параллельно последнему. Отверстия 6 в крышке 7 выносного датчика расположены напротив приемных электродов 4 и повторяют форму последних. Приемные электроды 4 подключены ко входу балансного электрометрического усилителя 8, к выходу которого подключен регистрирующий прибор 9.

Все датчики, площадь которых э <ранируется вращающимся модулятором поля синфазно, присоединены к одному входу балансного электрометрического усилителя.

Устройство работает следующим образом.

При вращении диска 1 с прорезями

2 происходит периодическое прерывание, т.е. обтюрация снловых линий электростатического поля диэлектрика 5 у поверхностей приемных электродов 4, которые установлены относительно друг друга так, что при вращении диска 1 обеспечивается их противофазное периодическое экранирование от поля диэлектрика 5. При этом входные емкости измерителя С и С; изменяются в противофазе

C<(<)=Co(<+vn Со9ЮО;

C <(t>= Со(- m cos uu6), где Yn — коэффициент преобразования, — амплитудное . значение емо кости.

Суммарная емкость на входе балансного электрометрического усилителя 8 остается неизменной С„)iC (+)=2C поэтому косвенные шумы входйых цепей не модулируются и,не присутствуют на выходе измерителя.

3а счет модуляции входного сигнала во внешней цепи каждого приемного электрода появляются периодические импульсы, форма которых для прорезей

2 при равномерном распределении заряда на поверхности диэлектрика 5 будет прямоугольной. Изменение выходного сигнала приемного электрода несет информацию об изменении поверхностного заряда диэлектрика 5.

Противофазные сигналы с приемных электродов, усиливаясь балансир электрометрическим усилителем 8, регистрируется прибором 9. ,Использование подключенного к одному из входов балансного электрометрического усилителя дополнительного приемного. электрода, установленного с обеспечением противофазного периодического экранирования площади каждого иэ пары приемных электродов при вращении модулятора

966626

А-А поля диэлектрика, выгодно отличает предлагаемый измеритель поверхностной плотности заряда диэлектрика от прототипа, так как за счет снижения уровня шумов повышается отношение сигнал — шум усиленного сигнала и возрастает чувствительность измерителя. Кроме того, при том же относительном изменении Входной емкости по сравнению с прототипом, в два раза. повышается коэффициент преобразования полезного сигнала. Все это дает Возможность расширить ди. апазон измеряемых поверхностных плотностей зарядов диэлектриков, особенно гцэи осуществлении фазочувствительного выпрямления выходного сигнала балансного электрометрического усилителя.

Формула изобретения

1. Измеритель поверхностной плот1 ности заряда диэлектриков, содер.жащий приемный электрод, помещенный в .электростатическое поле диэлектрика, электрометрический усилитель, например, балансный, к одному входу которого подключен упомянутый при- емный электрод, модулятор поля ди- ,электрика, выполненный в виде металлического диска с прорезями, соединенного с валом двигателя и регист- рирующйй прибор, о т л и ч а ю щ и- Й с я тем, что, с целью повышения чув- .ствительности за счет снижения шумов, 6 — и к одному и3 ВходоВ упомянутого лансного электрометрического усилителя подключен дополнительный приемный электрод, установленный с обеспечением противофаэного периодического экранирования площади каждого из пары упомянутых приемных электродов при вращении модулятора поля диэлектрика.

2. Измеритель по п.1, о т л и—

10 ч а ю шийся тем, что пары чередующихся основного и дополнитель-. ного электродов установлены с о6разованием кругового кольца, ооосного с металлическим диском модулятора, 15 при этом угловые Размеры каждого приемного электрода равны Ж и, где и — число пар электродов (и Ig2g ° ° ° ) °

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Захарченко В.В. Электризация жидкостей и ее предотвращение. М., 1975, с. 104-110.

2. Губкин A.Н., Иитронина B.C., 25 Сергиенко В.Ф. и Субботин N.È.

Методы измерения заряда электретов. -"Приборы и техника эксперимента", 1959, 9 4, с. 113-116, (ппототип1.

30, 3. Илюкович AN. Техника электрометрии. М., "Энергий", 1976, с. 176, (прототип).

ВНИИПИ Заказ 7837/63

ТМР 717 ПодПисное

Филиал ППП "Патент", ужгород, ул.ПРоектная,4