Датчик электростатических потенциалов

 

Изобретение относится к технике измерений. Цель изобретения - повышение точности измерений, надежности работы, взрывобезопасности и электростатической безопасности. Устройство содержит диэлектрический колпачок 1 с раструбом, электростатический экран 2, металлический электрод 3, держатель 4, трубку 5, металлический диск, изоляционную диэлектричес-. кую втулку 7, металлическое кольцо 8, геркон 9, поворотную диэлектрическую втулку 1 О, магнитный элемент 11, среднюю диэлектрическую втулку 12, защитную крышку 13, стопорный винт 14, соединительньш проводник 15 и полевой транзистор 16. Введение металлического диска, держателя, металлического кольца, изоляционной диэлектрической втулки, поворотной диэлектрической втулки, средней диэлектрической втулки, магнитного элемента , геркона, трубки, стопорного винта и защитной крышки позволяет повысить точность измерений, надежностиработы, взрывобезопасности и электростатической безопасности. 3 ил, ю (/

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 5

ГОСУДАРСТВЕННЬ1Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21 ) 4178541/18-21 (22) 12.01.87 (46) 30. 12.88. Бюл, и 48 (71) Научно-исследовательский институт интроскопии при Томском политехническом институте им. С.И.Кирова (72) А.Г.Иванкин, А.А.Мисьник и Н.В.Седов (53) 621.317.729 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1182415, кл. G 01 R 19/00, 1984. (54) ДАТЧИК ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ПОТЕНЦИАЛОВ (57) Изобретение относится к технике измерений. Цель изобретения — повышение точности измерений, надежности работы, взрывобезопасности и электростатической безопасности. Устройство содержит диэлектрический кол-пачок 1 с раструбом, электростатичес(51)4 G 01 R 15/00 // G 01 R 29/12 кий экран ?, металлический электрод

3, держатель 4, трубку 5, металлический диск, изоляционную диэлектричес-, кую втулку 7, металлическое кольцо

8, геркон 9, поворотную диэлектрическую втулку 10 магнитный элемент Il среднюю диэлектрическую втулку 12, защитную крыщку 13, стопорный винт

1 4, соединительный проводник 1 5 и полевой транзистор 16. Введение металлического диска, держателя, металлического кольца, изоляционной диэлектрической втулки, поворотной диэлектрической втулки, средней диэлектрической втулки, магнитного элемента, геркона, трубки, стопорного винта и защитной крьнпки позволяет повысить точность измерений, надежности. работы, взрывобезопасности и электростатической безопасности. 3 ил.

1448285

Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для измерения электростатических потенциалов, возникающих при переработке электризующихся MBtepHRJIQB,Hàïример химических волокон, пластмасс, нефтепродуктов и т,п.

Цель "изобретения — повышение точности измерений, надежности работы, взрывобезопасности и электростатической безопасности.

На фиг.1 приведен предложенный датчик, разрез, на фиг.2 — емкостная схема замещения датчика; на фиг. 3— зависимость распределения потенциала в зависимости от расстояния до объекта измерений.

Датчик (фиг.!) содержит диэлектрический колпачек 1 с раструбом,элект-20 ростатический экран 2, металлический электрод 3, держатель 4 металлического электрода, трубку 5, металлический диск 6, изоляционную диэлектрическую втулку, металлическое кольцо 25

8, геркон 9, поворотную диэлектрическую втулку 10, магнитный элемент 11„ среднюю диэлектрическую втулку 12, защитную крышку 13, стопорный винт

14, соединительный проводник 15 и 30 полевой транзистор 16.

Датчик работает следующим образом.

Поворачивают поворотную втулку 10, при этом отводится в сторону магнитный элемент 11 и контакты геркона 9 размыкаются. Датчик подносят к объекту неизвестным потенциалом, В таком положении наводится потенциал на металлическом диске 6 и чувствительном металлическом электроде 3 прспорпио- 10 нально неизвестному потенциалу 9р который по соединительному проводнику 15 передается в измерительный блок для регистрации (не показан).

Уравнение преобразования датчика 45 может быть представлено в виде

С С Сд (С, С,+С, С,+С, С, 7С, +С -)

50 потенциал объекта измерения потенциал внешней поверхности диэлектрического колпачка 1 под раструбом; потенциал внут11енней. поверхности диэлектрического колпачка 1 и металлического диска 6; потенциал металлического электрода 3 „ емкость между объектом измерения и внешней поверхностью диэлектрического колпачка 1 под раструбом," емко сть между внешней и внутренней поверхностью диэлектрика колпачка 1; емкость между внутренней поверхностью диэлектрического колпачка 1 под раструбом или металлическим диском 6 и электростатического экрана 2; емкость между металлическим диском 6 и металлическим электродом 3; емкость мет ллического электрода относительно электростатического экрана 2; входное сопротивление полевого транзистора; напряжение на емкости С, т, е. Uq = -1о

U< — напряжение на т. е. U —— как потенциал

9 емкости С, 0д, так

Земли можно гринять равным нулю;

Б,! — напряжение на емкости С, т. е. U. = а — Ч ь, напряжение на емкости С, т.е. Ug = Рз, так как потенциал Земли можно принять. равным нулю.

Установка коэффициента передачи датчика производится изменением емкости С, . Для чего ослабляют стопорный винт 14 и перемещают трубку

5 относительно электростатического экрана 2, причем для повышения точности измерения необходимо располагать чувствительный металлический электрод 3 на максимальном удалении от объекта измерения, так как в этом случае у датчика падает чувствительность к изменению расстояния до объекта измерения (фиг,3), т,е. на такое же приращение расстояния до объекта будут разные приращения потенциалов в зависимости от точки расположения чувствительного электрода 3, Кроме того, на точность измере- ния датчиком, на надежность работы, взрывобезопасность и электростатиз 1448285

/ }1р 7, U(/Å„ð

45

50 ческую безопасность оказывает впияние внешняя оболочка датчика и элементы, .связанные с ней.

В этом случае высота раструба вы5 бирается из условия где U„, Гдр e, — разность потенциалов и пробивная напряжен- 10 ность электрического поля воздушного промежутка между объектом измерения и наружной поверхностью l5 диэлектрического колпачка 1 под раструбом.

Форма раструба выполняется такой, чтобы образующая его внутренней по- 20 верхности располагалась по возможности ближе к соответствующей линии напряженности электростатического поля

"Объект измерения — заземленный электростатический экран". При этом угол 25 между образующей поверхности раструба и продольной осью электростатиче. — .— о кого экрана составляет 30-45 . Металлический диск 6 и металлическое кольцо 8 образуют искровой разрядник. 30

Расстояние между проволочным металлическим кольцом 8 и металлическим диском 6 определяется из соотношения

Уз — — 7--7--7 ) 30 зб (1 + г ° )-n12h5/r+ 1 1 где Un„— разность потенциалов 40 между металлическим диском и проволочным кольцом 8 при максимальном значении измеряемого потенциапа (фиг.21;

r — радиус проволочного кольца 8;

hq — расстояние проволочного кольца 8 от металлического диска 6;

6 — относительная плотность воздуха > при этом должно выполняться условие г gc h например 100 r =. h>.

Формула изобретения, Датчик электростатических потенциалов, содержащий соединительный проводник, электрически связанный с металлическим электродом, размещенным внутри цилиндрического электростатического экрана, торцовая поверхность которого, обращенная к объекту измерений, закрыта диэлектрической вставкой, выполненной из материала с высокой диэлектрической проницаемостью, а наружная боковая поверхность цилиндрического электростатического экрана охвачена диэлектрическим колпачком, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерений, надежности работы, вэрывобезопасности и электростатической безопасности, в него введен металлический диск, держатель металлического электрода, металлическое кольцо, диэлектрическая изоляционная втулка, диэлектрическая поворотная втулка, диэлектрическая средняя втулка, магнитный элемент, геркон, трубка, стопорный винт и защитная крышка, при этом диэлектрический колпачок и диэлектрическая вставка выполнены цельно в виде единой детали из материала высокой диэлектрической проницаемости, торцовая поверхность которой, обращенная к объекту измерений, заканчивается раструбом, на внутренней поверхности диэлектрического коли,"чк» в области диэлектрической вставки установлен металлический диск, края которого через диэлектрическую изоляцион" ную втулку контактируют с поверхностью цилиндрического электростатического экрана, электрически связанного с металлическим кольцом, разме-. щаемым над металлическим диском, соеГ динительный проводник размещен внутри подвижной трубки, наружная поверхность которой касается внутренней поверхности цилиндрического электростатического экрана, а внутренняя поверхность трубки со стороны торцовой поверхности, обращенной к объекту изме. рения, механически связана с держателем металлического электрода, выполненного в виде выводного электрода затвора полевого транзистора,выводные электроды стока и истока которого подключены к соответствующим выводам соединительного проводника, механическое перемещение которого внутри трубки фиксируется стопорным винтом, размещенным в резьбовом отверстии на наружной поверхности труб5 1448285 6 . ки, металлический диск электрически ческую среднюю втулку с герконом, связан с одним из выводов геркона, одна из торцовых поверхностей диустановленного внутри цилиндрическо- электрической средней втулки по пего электростатического экрана, элект- 5 риметру герметично связана с торцорически связанного с другим выводом вой поверхностью защитной крылки,. а геркона, магнитный элемент, приводи- другая торцовая поверхность гермемый в движение диэлектрической пово- тично размещена по периметру между ротной втулкой, механически связан- наружной поверхностью цилиндрическоной с ним и размещенной в углублении 10 го электростатического экрана и диэлектрической средней втулки, ох- внутренней поверхностью диэлектриватывающей цилиндрический электро- ческого колпачка, обращенного втостатический экран, связан электромаг- рой торцовой поверхностью противонитным воздействием через диэлектри- положно объекту измерений.

@А, 3

ВНИИПИ Заказ 6843/50 Тираж 772 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4