Датчик электрического поля атмосферы

 

Изобретение относится к электроизмерениям . Цель изобретения - повытаение точности и чувствительности. Датчик содержит электродвигатель 1, генератор 2 опорного напряжения, измерительный электрод (Э) 3, на котором вьтолнены металлические выступы 4, экранирующий Э5, градуировочный Э 6 и металлический цилиндрический корпус 7, в котором размещены соосно Э 5, 6 и 3 в виде металлических дисков . Цель достигается за счет обеспечения практически полного подавления синфазной помехи, создаваемой посторонними потенциалами измерительного Э 3, и получения на выходе датчика неискаженного полезного сигнала,- создаваемого электрическим полем атмосферы . 1 ил. о (С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (б1) 4 С О1 R 29/12

4::

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ, -, ц

Н ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4054322/24-09 (22) 09.04.86 (46) 23.03.88. Бюл. К 11 (71) Главная геофизическая обсерватория им. А.И.Воейкова (72) К.С.Жупахин и С.К.Жупахин (53) 621.317.328 (088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 653583, кл. G 01 R 29/12., 1977..

Авторское свидетельство СССР

У 1288631, кл. G 01 R 29/12, 1984. (54) ДАТЧИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ АТМОСФЕРЫ (57) Изобретение относится к электроизмерениям. Цель изобретения — повыяение точности и чувствительности.

„„Я0„„1383228 А1

Датчик содержит электродвигатель 1, генератор 2 опорного напряжения, измерительный электрод (Э) 3, на котором выполнены металлические выступы

4, экранирующий Э 5, градуировочный

Э 6 и металлический цилиндрический корпус 7, в котором размещены соосно

Э 5, 6 и 3 в виде металлических дисков. Цель достигается sa счет обеспечения практически полного подавления синфазной помехи, создаваемой посторонними потенциалами измерительного

Э 3, и получения на выходе датчика неискаженного полезного сигнала, ° соз даваемого электрическим полем атмосферы. 1 ил.

1383228

Изобретение относится к технике измерений электростатического поля атмосферы и может использоваться при проведении как самолетных, так и наземных метеорологических и других исследований в составе измерителей электрического поля атмосферы.

Цель изобретения — повьппение точности и чувствительности.

На чертеже приведена конструкция датчика электрического поля атмосферы.

d 8 i h 7i

О cr, К, (1) 50 г2= г, R /(1 h), 2 2 где d — расстояние между градуиро1. вочным 6 и измерительным 3 электродами;

d 2 — расстояние между экранирующим 5 и измерительным 3 электродами;

55 датчик электрического поля атмосферы содержит электродвигатель 1, генератор 2 опорного напряжения (например, электромагнитного типа с двумя парами магнитных полюсов), связанный с осью электродвигателя 1, измерительный электрод З,.на котором выполнены металлические выступы 4, укрепленный на оси электродвигателя 1 экранирующий электрод 5, градуировочный электрод 6. Экранирующий 5, градуировочный 6 и измерительньпЪ 3 элек- троды выполнены в виде:металлических дисков радиуса К и размещены соосно в металлическом цилиндрическом корпусе 7, а экранирующий 5 и градуировоч- 30 ный 6 электроды выполнены идентичными с секториальными отверстиями, измерительный электрод 3 изолирован от металлического цилиндрического корпуса 7 и от оси электродвигателя 1..

Металлические выступы 4 ограничены плоскостью, параллельной плоскости измерительного электрода 3, и двумя плоскостями,.проходящими через радиальные границы секториальных отвер- 40 стий градуировочного электрода 6 перпендикулярно ему, а также двумя цилиндрическими поверхностями, соосными с осью электродвигателя 1, при этом высота металлических выступов 4 h и радиусы цилиндрических поверхностей

r„ r 2 определяются соотношениями

U "- V ——

n AC 9

Вх (2) здесь

t (1- )1

d q dg-h pd „.)

ЕьБ

dC — ——

2 где 3С вариационная составляющая емкости измерительного электрода 3 относительно корпуса датчика (земли); соответственно диэлектрическая постоянная воздуха и эффективная площадь измерительного электрода 3; емкость на входе УНЧ измерителя поля;, 2 2 г I 2 .1

R2 отношение площади выступов

Ъ измерительного электрода к площади секторов градуировочного и экранирующего электродов; расстояние между градуировочным и измерительным и между экранирующим и изме„У 42

d — минимально допустимое расстояние от металлических выступов 4 измерительного электрода 3 до экранирующего электрода 5 (определяется допуском изготовления) .

Металлические выступы 4 выполнены накладными, измерительный электрод

3 соединен с выходом датчика электрического поля, т.е. с входом УНЧ измерителя поля.

Датчик электрического поля атмосферы работает следующим образом.

При наличии поля и вращении экранирующего электрода 5 в результате модуляции поля на измерительном электроде 3 и на выходе датчИка электрического поля атмосферы образуется переменное напряжение U, амплитуда которого пропорциональна напряженности поля Е, а фаза зависит от знака поля. Переменное напряжение U явля ется полезным сигналоя на выходе датчика электрического поля. При отсутствии поля Е и вращении экранирующего электрода 5 в случае, когда измерительный электрод 3 находится под посторонним (паразитного происхождения) потенциалом V величина переменного напряжения U „ синфазной помехи на выходе датчика электрического поля может быть оценена с помощью соотношения

1383228 рительным электродами соответственно;

r» r — радиусы цилиндрических поверхностей, ограничивающих. металлические выступы 4

5 измерительного электрода 3;

h — - высота выступов 4;

R — радиус окружности, ограничивающей измерительный 3,. экранирующий 5 и градуировочный 6 электроды, Поясним вывод соотношения (2).

Вариация лС емкости С измерительного электрода 3 датчика поля относитель5 но его корпуса 7 возникает при вращении экранирующего электрода 5, закрепленного на соединенной с корпусом 7 и заземленной оси датчика, относительно неподвижных измеритель- 2 ного 3 и градуировочного 6 электродов. При вращении экранирующего электрода 5 емкость С измерительного электрода 3 попеременно принимает максимальное (C„ „,) и минимальное 25 (С „„) значения. Очевидно, что при заданной конструкции электродов датчики минимальное значение емкости С измерительного электрода 3 датчика относительно его корпуса будет в мо- 3О мент движения, изображенный йа чертеже, т.е. тогда, когда секторные лопасти экранирующего электрода 5 будут находиться точно под секторными лопастями градуировочного электрода 6..Нетрудно видеть, что при за35 данной конструкции электродов датчика и секторно-кольцевой форме металлических выступов 4, когда величина р определяет по существу относи- 40 тельную часть эффективной площади измерительного электрода 3, занятую металлическими выступами 4,. величина

С „„ определяется соотношением

11-р P

С = SI- — + — —.

2 м =o (а2 d-h.

Максимальное значение емкость С примет в момент движения-, когда секторные лопасти экранирующего электро-50 да 5 окажутся точно под секторными отверстиями градуировочного электрода 6, и будет. равна

С.,= 8 а + а-Ь+ а (4) 55

11 d2

Отсуда и получаем искомое соотношение для значения вариационной составляющей дС емкости С

С -С макс MIAH Яа 1 1

Z С- — — — — — — — — (+

2 2 d„-Ь d, 1 1-р — — — + — -)

d h pd„

Нетрудно показать, что если величины параметров выступов 4 (h,r„,r

R ) измерительного электрода 3 выполнены в соответствии с соотношением (1), то вариационная составляющая емоксти (ЛС) измерительного электрода

3 в этом случае равна нулю.и, следовательно, практически подавленным оказывается переменное напряжение

U „ синфазной помехи на выходе датчика поля (см. соотношения (1) и (2)).

Таким образом, датчик электрического поля атмосферы обеспечивает по" лучение на своем выходе неискаженного полезного сигнала, создаваемого электрическим полем атмосферы, и практически полное подавление синфазной помехи, создаваемой посторонними потенциалами (зарядами) измерительного электрода 3. При этом существенно повышается точность и реальная чувствительность датчика поля по сравнению с известным датчиком.

Соотношение минимизации А С для известного датчика может быть записано в виде

1 1 - 1

1 „+ „=О. (5)

1 2

Соотношение минимизации С для данного датчика поля выражается соотношением

1 1 1 1-/ — — -+ — -- — -+ — = О. (6)

d,-h d d h р1, Анализ. соотношений (5) и (6) показывает, что минимизация DC по соотношению (5) практически менее эффек1тивна, чем по соотношению (6) . Это связано с тем, что минимизация ВС по соотношению (6) может осуществляться с помощью трех варьируемых параметров (h, г„ и r2), в то время как минимизация 8С по соотношению (5) осуществляется лишь с помощью одного варьируемого (практически с большими трудностями) параметра (h).

Формула и з о б р е т е н и я

Датчик электрического поля атмосферы, содержащий электродвигатель, генератор опорного напряжения, связанный с осью электродвигателя, экранирующий электрод, закрепленный на

1383228 полнены накладными и дополнительно ограничены двумя цилиндрическими поверхностями, соосными с осью приводного электродвигателя, при этом высота металлических выступов h u радиусы цилиндрических поверхностей

r и r определяются соотношениями

1 оси электродвигателя перпендикулярно ей и размещенный между градуировочным электродом и измерительным электродом параллельно им, экранирующий, градуировочный и измерительный электроды выполнены в виде металлических диодов радиуса R и размещены соосно в металлическом цилиндрическом корпусе, а экранирующий и градуировочный 10 электроды выполнены иденТичными с секторными отверстиями, измерительный электрод изолирован от металлического цилиндрического корпуса и от оси электродвигателя и на нем выполнены металлические выступы, каждый из которых ограничен плоскостью, параллельной плоскости измерительного электрода, и двумя плоскостями, проходящими через радиальные границы 20 секториальных отверстий градуировочного электрода перпендикулярно ему, экранирующий электрод соединен с металлическим цилиндрическим корпусом, отличающийся тем, что, 25 с целью повышения точности и Чувствительности, металлические выступы выd <+d a,— d 1(h1

0- r, (К, где d, расстояние между градуировочным и измерительным электродами; расстояние между экранирующим и измерительным электродами; минимально допустимое рас« стояние от металлических выступов измерительного электрода до экранирующего электрода (определяется допуском изготовления), d

Составитель П.Савельев

Редактор С. Пекарь Техред А. Кравчук

Корректор 0 Кундрик

Заказ 1290/41 Тираж 772 .ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 l3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул, Проектная, 4