Датчик электростатического поля

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения - повышение точности и чувствительности. Датчик содержит неподвижный экранный электрод (Э) 1, измерительный Э 2 компенсирующий Э 4, вал 5 колебательного приводного механизма 6, коммутатор 7 и блок обработки сигнала (БОС) 8, состоящий из сумматора 9, блока 10 деления, блока 11 умножения, ячейки 13 памяти и блоков 12 и 14 вычитания. Цель достигается за счет введения автоматической оперативной калибровки в процессе измерения в полевых условиях для компенсации приращения сигнала с датчика в зависимости от влажности и газового состава среды. 1 ил. Q S СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А1 (5D4 G 0l 29 12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4138636/24-09 (22) 24.10.87 (46) 15.08.88. Бюл. № 30 (71) Научно-исследовательский институт интроскопии (72) В. А. Бакушев, В. Н. Таисов, А. А. Родин и В. 10. Малиновкин (53) 621.317.328 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 808991, кл. G 01 R 29/12, 1981.

Авторское свидетельство СССР № 1193606, кл. G 01 R 29/14, 1985. (54) ДАТЧИК ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО

ПОЛЯ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения повышение точности и чувствительности.

Датчик содержит неподвижный экранный электрод (Э) 1, измерительный Э 2 компенсирующий Э 4, вал 5 колебательного приводного механизма 6, коммутатор 7 и блок обработки сигнала (БОС) 8, состоящий из сумматора 9, блока 10 деления, блока 11 умножения, ячейки 13 памяти и блоков 12 и 14 вычитания. Цель достигается за счет введения автоматической оперативной калибровки в процессе измерения в полевых условиях для компенсации приращения сигнала с датчика в зависимости от влажности и газового состава среды. 1 ил.

141

Изобретение относится к электроизме рительной технике и может быть использовано для измерения напряженности электростатического поля.

Цель изобретения — повышение точности и чувствительности.

На чертеже приведена структурная электрическая схема датчика электростатического поля.

Датчик электростатического поля со держит цилиндрический корпус (не показан), неподвижный экранный электрод l, измерительный элекрод 2, неподвижный калибровочный электрод 3, компенсирующий электрод 4, вал 5 колебательного приводного механизма 6, коммутатор 7, первый вход которого соединен с измерительным электродром 2, а второй вход соединен с источником управляющего сигнала (He показан), блок 8 обработки сигнала (БОС), содержащий включенные сумматор 9, блок 10 деления, блок 1 умножения, выход которого подсоединен к второму входу первого блока 12 вычитания, первый вход которого соединен с выходом сумматора 9, ячейку 13 памяти, выход которой соединен с вторым входом второго блока 14 вычитания, первый вход второго блока 14 вычитания соединен с первым входом сумматора 9, с первым входом ячейки 13 памяти и с вторым входом блока 10 деления, а выход подключен к второму входу блока 11 умножения. Первый вход сумматора 9 подключен к компенсирующему электроду 4, второй вход сумматора 9 и второй вход ячейки 13 памяти подключены к первому и второму выходам коммутатора 7 соответственно. При этом первый и второй входы сумматора 9 и второй вход ячейки 13 памяти являются первым, вторым и третьим входами БОС 8 соответственно.

Датчик электростатического поля работает следующим образом.

При включении датчика приводной механизм 6 заставляет колебаться измерительный 2 и компенсирующий 4 электроды, закрепленные на валу 5. На калибровочный электрод 3 поступает опорное напряжение. Перед проведением измерений датчик калибрустся при нормальных атмосферных условиях, для чего коммутатор 7 подключает второй и третий входы БОС 8 к корпусу, при этом ячейка 13 памяти переводится в режим запоминания сигнала, приходящего на первый вход БОС 8 с компенсирующего электрода 4 и пропорционального напряженности поля между калибровочным 3 и компенсирующим 4 электродами F„.

После проведения калибровки коммутатор 7 подключает второй вход БОС 8 к измерительному электроду 2, »а третий вход БОС 8 поступает сигнал управ.пения, переводящий ячейку 13 памяти в ре6922

5 !

О

55 жим хранения сигнала Е, а датчик работает в режиме измерения внешнего электростатического поля. При этом на второй вход БОС 8 с измерительного электрода 2 поступает сигнал, пропорциональный разности напряженностей внешнего электростатического поля Е. и поля между калибровочным 3 и измерительным 2 электродами Е., причем

Еи=Е„. +ЛЕи, (1)

Ек=Е», +ЛЕ; (2) где Е„- — напряженность внешнего поля при нормальных условиях;

ЛЕ, ЛЕ» — изменение напряженности соответственно внешнего поля и поля между калибровочным 3 и измерительным 2 электродами при изменении внешних условий.

Выражения для Е. и Е» можно представить в виде

Еи=Е „. (1+a); (3)

Ек=Ем, (1+0); (4) где а — коэффициент, зависящий от состояния окружающей среды..Из (3) и (4) следует: — — —— 1 — "- — К (5) где К вЂ” коэффициент пропорциональности.

С компенсирующего электрода 4 на первый вход БОС 8 поступает сигнал, пропорциональный напряженности поля между калибровочным 3 и компенсирующим 4 электродами Е., равный по величине сигналу, пропорциональному напряженности поля между калибровочным 3 и измерительным 2 электродами, вследствие идентичности измерительного 2 и компенсирующего 4 электродов н симметричности их относительно калибровочного электрода 3.

Благодаря тому что сектора калибровочного 3 и экранного 1 электродов перекрываются, действие внешнего электростатического поля на ка.пибровочный электрод 3 экранируется секторами экранного электрода 1. Сигналы, поступающие на первый и второй входы БОС 8, пропорциональные соответственно Еи — Ек и Е», складываются в сумматоре 9, с выхода которого сигнал поступает на первый вход блока 10 деления, где делится на Ек.

Сигнал с компенсирующего электрода 4 поступает также на второй блок !4 вычитания где из него вычитается величина

E»., занесенная в ячейку 13 памяти. С выхода второго блока !4 вычитания сигнал, пропорциональный ЛЕ„, поступает на блок

11 умножения, где умножается на величину К= - снятую с выхода блока 10 к деления. . выхода блока 11 умножения сигнал, пропорциональный ЛЕ, поступает на первый блок 12 вычитания, где вычитается из Е„. На выходе первого блока 12 вычитания имеем сигнал E„., не зависящий от внешних условий.

14

Таким образом, обеспечивается значительное улучшение метрологических и эксплуатационных характеристик датчика электростатического поля за счет введения автоматической оперативной калибровки в процессе измерения в полевых условиях для компенсации приращения сигнала с датчика в зависимости от влажности и газового состава среды, снижение погрешности измерения, повышение чувствительности (т. е. возможность измерения с заданной погрешностью значительно более низких уровней напряженности электростатического поля) .

Формула изобретения

Датчик электростатического поля, содержащий цилиндрический корпус, в торце которого закреплен неподвижный экранный электрод, выполненный в виде секторных лопастей и соединенный с цилиндрическим корпусом, расположенный внутри цилиндрического корпуса измерительный электрод, идентичный по форме неподвижному экранному электроду, закрепленный на валу колебательного приводного механизма на расстоянии d от неподвижного экранного электрода, причем плоскости измерительного и неподвижного экранного электродов перпендикулярны оси вала колебательного приводного механизма, а центр окружности, ограничивающей секторы измерительного и неподвижного экранного электродов, расположен на оси вала колебательного приводного механизма, которая совпадает с осью цилиндрического корпуса, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности, введены расположенные внутри цилиндрического кор16922 пуса неподвижный калибровочный электрод и компенсирующий электрод, закрепленный на оси вала колебательного приводного механизма, причем форма неподвижного калибровочного и компенсирующего электродов идентична форме неподвижного экранного элекрода, неподвижный калибровочный и компенсирующий электроды размещены на расстоянии d и 2d от измерительного электрода соответственно по другую сторону от него относительно неподвижного экранного электрода, неподвижный калибровочный электрод размещен в цилиндрическом корпусе идентично неподвижному экранному электроду, а компенсирующий элекрод закреплен на оси,вала колебательного приводного механизма идентично измерительному электроду, коммутатор, первый вход которого подсоединен и измерительному электроду, а второй вход — к источнику управляющего сигнала, последо20 вательно соединенные сумматор, блок деления, блок умножения, выход которого подключен к второму входу введенного первого блока вычитания, выход которого является выходом датчика. а первый вход подсоединен к выходу сумматора, первый вход последнего подключен к компенсирующему электроду, а второй вход сумматора подсоединен к первому выходу коммутатора, первые входы введенных ячейки памяти и второго блока вычитания, а также

3Q второй вход блока деления подключены к первому входу сумматора, второй вход второго блока вычитания подсоединен к выходу ячейки памяти, второй вход которой подсоединен к второму выходу коммутатора, а выход второго блока вычитания подключен к второму входу блока умножения.

Составитель П. Савельев

Редактор М. Пяткина Техред И. Верес Корректор М. Пожо

Заказ 406! /43 Тираж?72 Подписное

ВНИИГ!И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытии

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4 5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. 1!роектная, 4