Первичный преобразователь для измерения напряженности электрического поля в проводящей среде

 

Использование; для измерения напряженности электрического поля в проводящей среде. Сущность изобретения: первичный преобразователь содержит диэлектрический корпус, соединенный с механическим приводом и представляющий собой полый цилиндр с высотой на порядок меньшей радиуса оснований. Преобразователь снабжен четырьмя измерительными электродами, закрепленными на диэлектрическом диске, установленном неподвижно внутри корпуса, на одинаковом расстоянии от его оси на двух диаметрах, сориентированных по осям координат. На основании корпуса, обращенном к электродам, выполнены четыре отверстия, форма и размер которых совпадают с формой и размерами электродов, на одинаковом расстоянии от оси корпуса, причем центры контактных отверстий совпадают с центрами электродов. Использование преобразователя позволяет повысить информативность измерений за счет расширения частотного диапазона измеряемых сигналов, вызванного увеличением в два раза частоты модуляции, и увеличения числа компонент измеряемой напряженности электрического поля 3 ил. сл с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st).s G 01 V 3/06

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4 1 3(Л . юъ7 (- г

1 (21) 4827567/25 (22) 29.03.90 (46) 15.08.92. Бюл. М 30 (71) Научно-исследовательский институт радиоэлектроники и лазерной техники МГТУ им. Н,Э.Баумана (72) l0.А,Астахов, Э,С.Кочанов, О.И.Мисеюк, И,И.Плаксин и А.Л.Собисевич (56) Авторское свидетельство СССР

N 1200218, кл. G 01 V 3/06. 1985.

Авторское свидетельство СССР

N. 1343376, кл. G 01 V 3/06, 1987. (54) ПЕРВИЧНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ

ЭЛЕ ТРИЧЕСКО О ПОЛЯ В ДОВОДЯЩЕЙ СРЕДЕ (57) Использование; для измерения напряженности электрического поля в проводящей среде. Сущность изобретения: первичный преобразователь содержит диэлектрический корпус, соединенный с.мехаИзобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения электрической составляющей постоянных или медленноменяющихся электромагнитных полей в морях и океанах.

Известей первичный измерительный преобразователь, предназначенный для измерения напряженности электрических полей в проводящих средах и содержащий три измерительных электрода и диэлектрический барабан, при вращении которого осуществляется модуляция измеряемого сигнала, На образующей барабана выполнено контактное отверстие, один из электродов помещен внутрь диэлектрического барабана, а два других электрода установ,, SU 1755231 А1 ническим прйводом и представляющий собой полый цилиндр с высотой на порядок меньшей радиуса оснований, Преобразователь снабжен четырьмя измерительными электродами, закрепленными на диэлектрическом диске, установленном неподвижно внутри корпуса, на одинаковом расстоянии от его оси на двух диаметрах, сориентированных по осям координат. На основании корпуса, обращенном к электродам, выполнены четыре отверстия, форма и размер которых совпадают с формой и размерами электродов, на одинаковом расстоянии от оси корпуса, причем центры контактных отверстий совпадают с центрами электродов, Использование преобразователя позволяет повысить информативность измерений за счет расширения частотного диапазона измеряемых сигналов, вызванного увеличением в два раза частоты модуляции, и увеличения числа компонент измеряемой напряженности электрического поля. 3 ил. лены на консоли так, что образуют с первым взаимно перпендикулярные оси системы координат, Недостатком этого устройства является большой уровень собственных шумов и малая глубина модуляции сигнала первичного преобразователя, связанные с наличием значительного сопротивления растекания между электродами на участке контактное отверстие — внутренний элект- род.

Известен также первичный преобразователь для измерения напряженности элек-. трического поля в проводящей среде, который содержит диэлектрический корпус, соединенный с механическим приводом, и два измерительных электрода, один из которых выполнен в виде плоского проводящего

1755231 диска и установлен неподвижно внутри кор- U(t) = Е г cosQ t, (1) пуса, представляющего собой полный диэ- где Š— модуль вектора напряженности излектрический цилиндр с высотой, на меряемого электрического поля в плоскости порядок меньше радиуса основания и име- основания корпуса; ющего на одном из оснований контактное 5 r — расстояние между осью внешнего отверстие, расйоло>кеййое отбБТврЪЩения измерительного электрода и осью контакт1; на расстоянии, равном радиусу внутреннего ного отверстия; электрода. Второй электрод установлен с Я вЂ” угловая скорость вращения корпу-. внешней стороны корпуса напротив его са. контактного отверстия и выполнен в виде 10 Как следует из выражения (1), макси: пластинй с формой и размерами, совпада- мальное значение частоты сигнала, измеряющими с формой и размерами контактного емого преобразователем, должно быть по . отверстия. крайней мере на порядок меньше частоты

Рассмотренное взаимное расположе- модуляции, определяемой угловой скороние измерительных электродов и контакт- 15 стью вращения. Это обстоятельство ограниного отверстия данного преобразователя . чивает частотный диапазон измеряемых приводит к тому. что сопротивление расте- сигналов в области верхних частот. Кроме кания участка внешний электрод-контакт- того, взаимное расположение электродов и ное отверстие TlpM вращении корпуса контактного отверстия обусловливает измепрйнимает переменное значение, изменя- 20 рение только одной компоненты напряженясь от минимальногб значейия, когда кон- ности измеряемого электрического поля, YBKTHoB"áÒâåt>ñTèå совпадает с внешним Целью изобретения является повышеэлектродом, до максимального, когда кон- ние информативности измерений за счет тактное отверстие находится в диаметраль- расширения частотного диапазона и увелино противоположном положении 25 чениячислаиззмеряемыхкомпонентвектора относительно внешнего электрода. Модуля- напряженности электрического поля в проция как сопротивления растекания, так и водящей среде, лежащего в горизонтальной собственных шумов преобразователя, свя- плоскости, занных с участком сопротивления растека- Поставле йая цель достигается тем, что .ния, затрудняет последующую обработку 30 преобразователь обладает четырьмя электсигнала преобразователя и ведет к умень- родами, выполненными в виде тонких мешению его чувствительноСти. таллических пластин, закрепленных на

Наиболее близким к предлагаемому по тонком диэлектрическом диске, установлентехнической сущности является первичный ном неподвижно внутри диэлектрического преобразователь для измерения напряжен- 35 корпуса на одной оси с ним, Электроды раз: ности электрического поля в проводящей MBLL(8Hbl на оДинаковом расстоянии от оси среде, который содержит диэлектрический на двух ортогональных направляющих, сокорпус, соединенный с механическйм при- риентированНых по осям координат Х и Y. водом, и два измерительных электрода, Диэлектрический корпус, представляющий один из которых выполнен в виде плоского 40 собой полый цилиндр с высотой, на порядок проводящего диска и установлен неподвиж- меньшей радиуса основания, имеет на осноно внутри корпуса, представляющего собой вании, обращенном к электродам, четыре полый диэлектрический цилиндр с высотой, отверстия для контакта электродов со срена порядок меньшей радиуса основания, и дой. форма и размеры которых совпадают с имеющего на одном и оснований контакт- 45 формой и размерами электродов. Контактное отверстие, располо>кенное от оси вра- . ные отверстия расположены на одинаковом щения на расстоянии, равном радиусу расстоянии от оси основания корпуса так, внутреннегоэлектрода. Второйэлектродус- чтобы оси отверстий совпадали с осями тановлен неподвижно с внешней стороны электродов, Измеряемый сигнал снимается диэлектрического корпуса на одной оси с 50 с каждой пары диаметрально расположенним, При работе преобразователя диэлект- ных электродов, что дает воэможность измерический корпус приводится во вращение рять две компоненты вектора от внешнего механического привода. В напряженности электрического поля, Реасвою очередь вращение контактного отвер- лизуемое за Счет вращения корпуса первичстия в электрическом поле модулирует раз- 55 ного преобразователя по отношению к ность потенциалов между электродами вектору напряженности электрического попреобразователя, В результате напряже- ля наделение составляющих на его выходе ние, снимаемое с измерительных электро- отличительными признаками (частота, фаза) дов, изменяется в соответствии с позноляетрасширитьчастотныйдиапазони выражением:

1755231 число компонентов измеряемого злектриче- Таким образом, предла а лагаемый ПП поского поля, зволяет измерять сразу две компоненты

Вся конструкция преобразователя явля- вектора напряженности электрического поется плоской, хорошо обтекаемой, что зна- ля. чительно снижает уровень шумов 5 На фиг. 2 изображен первичный преобгидродинамического происхождения при разователь, разрез; на фиг. 3 — преобразоустановке преобразователя кэ подвижном ватель в изометрии. носителе и уменьшает мощность, необходи- Первичный преобразователь для измем ю для приведения во вращение диалект- рения напряженности электрического поля рического корпуса, Электродная система 10 в проводящей среде содержит полый диэявляется симметричной, что исключает воз- лектрический корпус 1; приводимый во враможность взаимного влияния электродов, и щение с помощью внешнего механического тем самым уменьшает погрешность измере- привода 2, и измерите,ьные электроды 3-6,. ния. - закрепленные на диэлектрическом диске 7, Для определения проекции вектора на- 15 размещенном внутри корпуса 1 на неподпряженности электрического поля на на- вижной оси 8, установленной на несущей и равл ение осей чувствительности консоли 9. Электроды расположены симпервичного преобразователя ПП введем метрично относительна оси 8 на одинакоправ ю систему координат 0 (усвязан-.. вом расстоянии от нее. Внутри оси 8 н ю с диэлектрическим корпусом ПП, Ось 20 проходят сигнальные пр д и ву

Оусовпадаетс направлением вертикали ме-. электродов 3 — 6 к измерительной аппаратуста и осью вращения диэлектрического кор- . ре, Герметизированный сальник 14 и подпуса преобразователя, а оси О и шипник 15 обеспечивают свободное

О взаимно перпендикулярны. Их положе- вращение корпуса 1. На основании корпуса, ние за дается углом поворота корпуса в го- 25 обращенном к электродам, выполнены черизонтальнои плоскости плоскости в процессе - тыре контактных отверстия 16-, ф р изменения ф), в д

Фт), Введем также систему коор- размер которых совпадают с формой и разт тия асположединат OZYX, связанную с носителем ПП. мерами электродов. Отверстия р нии ось OZ совпадает с ны симметрично относительно оси 8 на

При этом положении ось сов ии от нее. Че ез эти осью Оу и осью вращения корпуса ПП; а 30 одинаковом расстоянии от не . р ортогональные оси и проходят ч р

ОХ и OY и оходят через отверстия осуществляется контакт электроизмерительные электроды и лежат в гори- дов 3 — 6 со средой. На другом основакии л кости(фиг.1). На фиг.1E и имеется отверстие для слива воды после

Š—. соответствующие проекции горизон- проведения измерений, закрытое в процестальной составляющей вектора напряжен- 35 се измерени з у ности электрического поля на оси чувствительности О и Og соответствекно, р у

Фо м ла изобретения

Угол a(t)= Qt где Q- угловая скорость вра- Первичный преобразователь для измещения диэлектрического корпуса . соПП В со- рения напряженности электрического поля ответствии с фиг. фиг. 1 проекция вектора 40 в проводящей среде, содержащий диэлектнапряженности электрического поля на ось еского поля на ось рический корпус в виде плоского цилиндра, Х ПП определится выражением

E = E Q F Qt . вращения относительно оси, а также содера на ось ОУ вЂ”.Еу = Е з!п Ит — Е„сов Ят, жащий диэлектрический диск, установленВ снимаемый с электродов 45 ный в утри плоского цилиндра неподвижно

Выходной сигнал, снимаемый с электродов. лежащих на оси ОХ, в виде электрического

ОХ де электрического . относительно коРпУса, два электРода, пРи этом одно из оснований цилиндра снабжено напряжения будет иметь вид: контакткым отверстием, о т л и ч а ю щ и иQ + Е„ Qт) .. . с Я тем, что, с целью повышениЯ инфоРмаВы а Е р (1 у 50 тивностииРасшиРениЯчастотногодиапазоОх=Кпп(Е cos t+ s n т.. . Вы азив Е и Е через Е(1), получим

Ux = КппЕ(с)(сов (Qt — аo) cos Qt+ на, он содержит два дополнительных

+ sin Q t — %) sin$hj = Кпп Е(с) cos ао электрода, а основание корпуса снабжено кало ичн пп 1:. т емя дополнительными контактными отвэ „„,„- э - - 55 стию, при этом все отверстия расположены г е — коэффициент преобразования, нао . симметрично относительно оси основания зывэемый также эквивалентной базой перп „лижекии пц = „гд p ко и са и на одинаковом относительно оси вичного и еоб азовэтеля. В пеовом расстоянии R, а электроды, имеющие форму между осью меж осью контактного отверстия и осью контактного отверстия, расположены со корпуса ПП, стороны отверстий на диэлектрическом ди7 1755231 . 8 ске симметрично относительно общей для ка оси и на о ина

ocHoIaH o ea и диэлектриче ского дис- расстоянии R.

Е =ЯМ аЯ щ,Ю

Редактор Н. Горват

Составитель О. Мисеюк

Темро М.Моргентал Корректор Е, Папп роиэводственно-издательский комбинат "Оат атент, г, Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 2691 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по и по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раувская наб., 4/5 .