Устройство для измерения напряженности электрического поля

 

О П И С А Н И Е,980021

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социапистических республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву—

3 (22)Заявлено10.10.80 (21)3215891/18 21 (51)Щ Кл с присоединением заявки РЙ—

Ci 01 К 29/08

3ЬеударственыИ кем итет

СССР ио дмам кмбретекик и вткрыткв (23) ПриорнтетОпубликовано07.12.82. Бюллетень № 45 (53) УДКЯ21;317, .7 (088.8) Дата опубликования описания 07.12.82 (72) Автор изобретения

E. Я. Володин

l.. >;;> >

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьско Революцйи и ордена (71) Заявитель

Трудового Красного Знамени госуда твенйвФ университет им. М. В. Ломоносова (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Изобретение относится к технической .физике>в частности к измерению электрических величин.

Известны электрометрические преоб- разователи, основанные на использовании

5 вакуумной камеры, в которую помещен датчик электрического поля, которые могут служить устройствами для измерения напряженности электрического поля (1) .

Недостатками данных устройств — низ-10 кая чувствительность, изменение ее со временем и зависимость от температуры.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения напряженности электрического поля, основанное на измерении заряда, наводимого в зонде, содержащее на входе электрометрическую лампу, включающую вакуумную камеру, в которую помещен источник заряженных 20 частиц и усилитель постоянного тока P2).

Недостаток известных устройств — Mx невысокая чувствительность на частотах

0 — 10 Гц (порядка 10 B при вход2 ном сопротивлении порядка 10 " - ..

10 11 Ом и входной емкости-20 пФ), что п6зволяет с использованием зонда разумных размеров измерять напряженности постоянного и низкочастотного электрического поля вели >иной всего

10 — 10 > В/м.

Herb изобретения — повышение чувствительности.

Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения напряженности электрического поля, содержащее вакуумную камеру, в которую помещен источник заряженных частиц, снабжено размещенными в вакуумной камере электродами для удержания заряженных частиц в рабочем обьеме камеры, и кольцевым регистром, в центре которого расположен источник заряженных частиц, при этом вакуумная камера установлена между полюсами постоянного магнита, магнитное поле которого направлено по оси камеры и перпендикулярно электродам для удержания заряженных частиц

3 9800

На фиг. l представлена принципиальная схема устройства, вид сбоку; на фиг. 2 — схема кольцевого регистра; на фиг. 3 — направление дрейфа заряженных частиц при заданном направлении S электрического и магнитного полей.

Устройство содержит (фиг. 1) цилиндрическую вакуумную камеру 1, выполненную из диэлектрика с высоким удельным сопротивлением (например, кварцевое l0 стекло), магнит 2, расположенный так,. что его магнитное поле направлено по оси цилиндрической камеры, дисковые электроды 3,4 и 3,1 — 4,1, расположенные в торцовых частях камеры (электроды 4 и 4 — металлические пластины, а

1

3 и 3 — из металлической сетки, источник 5 заряженных частиц кольцевой 1 егистр 6-6", состоящий из большого числа одинаковых независимых датчиков 20

7-1 — 7 — И, электронное; устройство

8, обеспечивающее питание и работу всего устройства.

Устройство работает следующим образом.

Перед измерением величины напряженнос.ти электрического поля все устройство помещается в измеряемое поле так, чтобы его направление было перпендикулярно направлению магнитного поля устрой- 30 ства. После этого в течение 1 мкс источник

5 заряженных частиц впрыскивает заря— ды в пространство между электродами

4и4...Сразу после этого на электроды

3-4 и 3 — 4 подается постоянная раз1 ность потенциалов для того, чтобы заставить заряды колебаться между пластинами 4-4 . Вместо указанных электродов

1 можно использовать магнитные зеркала.

11ель подобных устройств — в течение нескольких секунд удерживать заряды в рабочем обьеме камеры. !

В скрещенных электрическом и магнитном полях частицы будут дрейфовать, 45 как показано на фиг. 3, Скорость дрейа определяется по формуле(в единицах ЕЙ)

v =c —, АР ич где С вЂ” скорость света; — напряженность электрического

50 поля;

Н вЂ” напряженность магнитного поля.

Поскольку частицы впрыскиваются вдоль оси цилиндрической камеры, то дрейф будет происходить по ее радиусу и через некоторое время частицы достигнут одного из элементов кольцевого регист1 4 ратора 6. I Io тому, какой элемент регисгратора сработал, можно судить о направлении измеряемого поля, а по тому, сколько времени дрейфовали частицы, можно определить скорость дрейфа, а значит и напряженность поля E., потому что поле H известно.

Дистанционные измерения производятся с помощью зонда. Для этого устройство располагают между плоскопараллельными проводящими пластинами и подают на них заряд, наведенный в зоне измеряемым полем.

Г1одобная конструкция может служить вольтметром, потому что между напряжением и напряженностью поля имеется известное отношение. В этом случае пластины выгоднее разместить внутри вакуумной камеры на минимальном расстоянии друг от друга, не больше 10 лармороВскнх радиусов, TBK как при том же напряжении увеличивается лоле f, а значит повышается чувствительность устройства.

Предельная; чувствительность зависит главным образом от времени удержания зарядов в рабочем объеме устройства.

Основные помехи, ограничивающие время удержания зарядов — диффузия и

l рассеяние на сетках 3 и 3. При давлении внутри камеры P < 10 " атм и при использовании в качестве заряжен-. ных частиц электронов с температурой

Т - 300 К и концентрацией И с40

З е

1/см время свободного пробега электронов порядка 10 с, поэтому диффузия буде оказывать существенное влияьц е только при времени удержания много большем

10 с. Если рассеяние на сетках 3 и 3 будет сказываться сильнее, чем диффузия, то тогда можно применить магнитные зеркала или заменить сетки 3 и 3 дисками с прорезью параллельной пластинам, создающим поле E (в случае их использования) .

Величина магнитного поля Н должна выбираться таким образом, чтобы ларморовский радиус заряженных частиц был много меньше радиуса кольцевого регистратора, иначе будет ухудшаться точность измерения.

Предлагаемым устройством можно измерять также и переменные величины, Но, поскольку время измерения должно быть меньше половины периода колебания, чувствительность падает в зависимости от частоты по закону 1 и на частотах

5 980021 6 выше 10 Гц его применение становится размешенными в вакумной камере элекнецелесообразным. тродами для удержания заряженных часТаким образом, предлагаемое устройство гиц в рабочем объеме камеры и кольцепозволяет повысить чувствительность из- вым регистратором, в центре которого, мерителей квазистационарных электричес- > расположен источник заряженных частиц, ких полей на 3-4 и более порядков. при этом вакуумная камера установлена

Предлагаемое устройство может быть между полюсами постоянного магнита, использовано в медицине, экспериментальм магнитное поле которого направлено по ной биологии, в экспериментальной физи- оси камеры и перпендикулярно электродам ке и широких областях измерительной щ для удержания заряженных частиц. техники для измерения сигналов от маломощных источников.

Ис гочники информации, принятые во внимание при экспертизе:

Формула изобретения усч ройство для измерения напряженно- 11 сти электрического поля, содержащее вакуумную камеру, в которую помешен источник заряженных частиц, о т л и ч a— ю ш е е с я тем, что с целью повы- шения чувствительности, оно снабжено

1. Разин Г. И. и др. Бесконтактное измерение электрических токов.

Атомиздат, 1974, с. 127-139.

2. Полевые транзисторы. Физика, технология, применение. М., Сов. радио, 1971, с. 176-190, 289-291. иг.

9&0021

Тираж 717. П одписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 9352/35

Филиал ППП Патент . г. Ужгород, ул, Проектная, 4

Составитель Т. И. Веремейкина

Редактор И. Ковальчук Техред N.Ãåðãåëü Корректор А. Дзятко