Измеритель поверхностной плотности заряда диэлектриков

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоцналнстнческнхРЬспублнк оц 966626(6) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 240980 (2) 2984321/18-21с присоедимением заявки М 9(23) Приоритет -Опубликовано 151082, Бюллетень М 9 38Дата опубликования описания 151082,(51 М. Кп,з С О 1 К 29/24 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(72) Авторыизобретения Б.К.Сушко, Р.З,Бахтизин и С.С,Гоц Башкирский государственный университет им.40-летия -"-"-в . Октября(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ПОВЕРХНОСТНОЙ ПЛОТНОСТИ ЗЛРЯДА ДИЭЛЕКТРИКОВ Изобретение относится к измери.тельной технике и может быть использовано в системах автоматического контроля величин потенциалов электростатических полей, в частности для :измерения поверхностной плотности зарядов диэлектриков.Известно устройство для измерения потенциалов электростатических полей, использующее явления электростатической индукции, в котором ,чувствительный элемент датчика (зонд) постоянно открыт и неподвижен. При внесении его в контролируемую точку исследуемого поля зонд приобретает потенциал контролируемой точки 1.Однако на показания устройства сильно влияет утечка заряда по входным цепям электрометра, и для потучения достоверных показаний необ- ходимо время от времени повторять опе. рацию внесения зонда в исследуемое поле.Известно также устройство для из" мерения потенциалов электростатических полей, в котором заряд, индуцированный на чувствительном элементе датчика при неизменной плотнос- ти заряда на исследуемом диэлектрике, периодически изменяется. дост 1="гается это за счет периодическогоэкранирования датчика с помощьювращающейся заземленной крыльчатки 2.Недостаток данного устройстваналичие косвенного шума входныхцепей измерителя.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому является иэмеритель поверхностной плотностизарядов диэлектриков, содержащий металлический приемный электрод, помещенный в электростатическое поле, 15 создаваемое заряженным диэлектриком(электретом), модулятор упомянутого поля,выполненный в виде металлического диска с прорезями, насаженного на ось электродвигателя, уси 20 литель переменного тока или селектинный усилитель, вход которогоподключен к упомянутому приемномуэлектроду, а выход подключен к детектору средневыпрямленного значе ния напряжения. К выходу упомянутого детектора подключен регистрирующий прибор постоянного напряжения,На металлическом приемном электроде в результате воздействия на .него 30 поля зарядов диэлектрика индуцирует30 ся заряд, поверхностная плотность которого однозначно связана с поверх-ностной плотностью заряда диэлектрикаЗа счет модуляции электростатического поля у поверхности прием"ного электрода получают в электрической цепи, связанной с приемнымэлектродом, переменный ток, амплитуда которого однозначно для данногоустройства связана с поверхност.ной плотностью заряда диэлектрика. 0Данный ток затем усиливается, детектируется и регистрируется 3.Недостатком этого измерителяповерхностной плотности заряда диэлектриков, ограничивающим его чувствительность, является наличиекосвенного шума входных цепей измерителя. Частотный спектр этого шума лежит ниже частоты модуляцииэлектростатического поля, шум модулируется с частотой модуляции Поля, передается на выход усилителя переменного тока и регистрирующим прибором отмечается та его.часть, частотный спектр которойлежит в полосе пропускания измерителя в целом.Цель изобретения - повышение чув.ствительности измерителя поверхностной плотности заряда диэлектриковза счет снижения уровня шумов.Поставленная цель достигаетсятем, что в измеритель поверхностнойплотности заряда диэлектриков, содержащий приемный электрод, помещенный в электростатическое поле З 5диэлектрика, электрометрический усилитель, например балансныйкодному входу которого подключенупомянутый приемный электрод, модулятор поля диэлектрика, выполненный в виде металлического диска спрорезями, соединенного с валом двигателя, и регистрирующий прибор, введен подключЕнный к одному из входовупомянутого балансного электрометрического усилителя дополнительныйприемный электрод, установленныйс обеспечением противофазного периодического экранирования площади каж-.дого из пары упомянутых приемных электродов при вращении модулятора поля 50диэлектрика,Пары чередующихся основного идополнительного электродов установлены с образованием кругового кольца,соосного с металлическим диском 55модулятора, при этом угловые .размеры каждого приемного электрода равны1 ги, где И - число пар электродов(И = 1,2 ).На чертеже представлена блок-схе- б 0ма измерителя поверхностной плотности заряда диэлектриков.Измеритель содержит заземленный металлический диск 1 с выполненными в виде секторов прорезями 2, насаженный на ось синхронного электродвигателя 3. Каждый из пары упомянутых приемных электродов 4 выполнен ,в виде плоской металлической пластины, расположенной вблизи поверхности диэлектрика 5 параллельно последнему. Отверстия б в крышке 7 выносного датчика расположены напротив приемных электродов 4 и повторяют форму последних, Приемные электроды 4 подключены ко входу балансного электрометрического усилителя 8, к выходу которого подключен регистрирующий прибор 9.Все датчики, площадь которых эранируется вращающимся модулятором поля синфазно, присоединены к одному входу балансного электрометрического усилителя.Устройство работает следующим образом.При вращении диска 1 с прорезями 2 происходит периодическое прерывание, т.е. обтюрация сйловых линий. электростатического поля диэлектрика 5 у поверхностей приемных электродов 4, которые установлены относительно друг друга так, что при вращении диска 1 обеспечивается их противофазное периодическое экранирование от поля диэлектрика 5. При этом входные емкости измерителя С,1 и С; изменяются в противофазеСИ)=Со 1+в сова)О 1С В= СоО- м соз а),где Р - коэффициент преобразования,- амплитудное значение емокости.Суммарная емкость на входе балансного электрометрического усилителя 8 остается неизменной СМСЩ:2 СОпоэтому косвенные шумы входйых цепейне модулируются и,не присутствуютна выходе измерителя.За счет модуляции входного сигнала во внешней цепи каждого приемногоэлектрода появляются периодическиеимпульсы, форма которых для прорезей2 при равномерном распределении заряда на поверхности диэлектрика 5будет прямоугольной. Изменение выходного сигнала приемного электрода несет информацию об измененииповерхностного заряда диэлектрика 5.Противофазные сигналы с приемныхэлектродов, усиливаясь балансирэлектрометрическим усилителем 8,регистрируется прибором 9.,Использование подключенного кодному из входов балансного электрометрического усилителя дополнительного приемного. электрода, установленного с обеспечением противофазного периодического экранированияплощади каждого иэ пары приемныхэлектродов при вращении модулятора-А поля диэлектрика, выгодно отличаетпредлагаемый измеритель поверхностной плотности заряда диэлектрика от прототипа, так как ъа счет снижения уровня шумов повышается отношениесигнал - шум усиленного сигнала ивозрастает чувствительность измерителя. Кроме того, при том же относительном изменении входной емкостипо сравнению с прототипом, в двараза. повышается коэффициент преобРазования полезного сигнала. Всеэтодает возможность расширить ди апазон измеряемых поверхностных плотностей зарядов диэлектриков, особенно при осуществлении фазочувствительного выпрямления выходного сигнала балансного электрометрического усилителя.Формула изобретения1. Измеритель поверхностной плотности заряда диэлектриков, содер.жащий приемный электрод, помещенный в .электростатическое поле диэлектрика, электрометрический усилитель, например, балансный, к одному входу которого подключен упомянутый при- емный электрод, модулятор поля ди- ,электрика, выполненный в виде металлического диска с прорезями, соединенного с валом двигателя и регист-рирующйй прибор, о т л и ч а ю щ и"Й с я тем, что, с целью повышения чув-.ствительности за счет снижения шумов,6 - б к одному из входов упомянутого балансного электрометрического усилителя подключен дополнительный приемный электрод, установленный с обеспечением противофаэного периодического экранирования площади каждогоиз парыупомянутых приемных электродов при вращении модулятора полядиэлектрика.2. Измеритель по п,1, о т л и -1 О ч а ю щ и й с я тем, что пары чередующихся основного и дополнитель-.ного электродов установлены с образованием кругового кольца, ооосногос металлическим диском модулятора,при этом угловые размеры каждогоприемного электрода равны Чси,где й - число пар электродов( и =. 1,2,7,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Захарченко В.В. Электризацияжидкостей и ее предотвращение, М.,1975, с. 104-110.2. Губкин А.Н., Митронина В.С.,25 Сергиенко В.ф. и Субботин Я.И.Методы измерения заряда электретов, -"Приборы и техника эксперимента", 1959, В 4, с. 113-116,1 поототип 130, 3. Илюкович А.М. Техника электрометрии. М., "Энергий", 1976, с. 176,(прототип). ВНИИПИ Заказ 7837/6 Тираж 717 ПодПисное Филиал ППП Патент ород Ул.ПРоектная 4