Способ измерения электростатического поля

(51)4 С 01 К ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ 4Д ЬКЪМКОТЕ 6 а 1" усрг,:Я гс,ОПИСАН ЗОБРЕТЕН ЕЛЬСТВУ МУ СИИ ТО ская обсерва Жупахин(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ(57) Изобретение относится к областиэлектрических измерений и может бытьиспользовано для измерения величинынапряженности и определения знака фнаправления атмосферного электрического поля, производимых с помощьюфлюксметров. Целью изобретения является повышение разрешающей способности и чувствительности способа измерения электростатического поля. ДляЭдостижения цели реализуется следующиспособ, использующий ротационный(Чо ) 11 ) 4 а Ь с д где а дЧ,Флюксметр, К измерительной пластинеподключают нагрузку в виде параллельной ЕС-цепи и периодически экспонируют ее в электростатическом поле.Затем экранируют и измеряют параметрыколебательного напряжения на нагрузке при соблюдении отношения постоянной времени КС-цепи к времени одногоцикла процесса модуляции поля в пределах 0-0,25. Цель достигается засчет того, что измеряют знак и величину приращения напряжения в размахе разноименных палуволн колебатель 1Изобретение относится к электрическим измерениям, в частности к способам измерения электрических полей, и может быть использовано для измерения величины напряженности и определения знака направления атмосферного электростатического поля, производимых с помощью Флюксметров,Целью изобретения является повышение разрешающей способности и чувствительности способа измерения электростатического поля за счет выбора величин коэффициентов временной и скоростной асимметрии модуляции поля, величины коэффициента инерционности нагрузки, а также величины коэффициента трансформации скоростей, удовлетворяющих соответственно следующим соотношениям: коэффициент временной асимметрии модуляции поля;коэффициент скоростнойасимметрии модуляции поля,коэффициент инерционностинагрузки измерительнойпластины,коэффициент трансформациискоростей;соответственно время и скорость экспонирования измерительной пластины в поле,ного напряжения ца нагрузке и по ним определяют знак и величину напряжен-ности электростатического поля. Операции экспонирования и экрацировация производят при заданных отношениях их времен и скоростей, Устройство, . реализующее данный способ, содержит заземленную экранирующую пластину неподвижную изолированную измерительную пластину 2, нагрузку 3, усилитель 4, пиковые детекторы 5 и 6, ключевую схему 7 выбора полярности, узел 8 определения знака. 2 ил,ь ,Ч, - соответственно время и скорость ее экрацирования;- постоянная времени нагруз-. ки измерительной пластины,- время одного цикла процесса периодической модуляцииполя;Ч = -- условная исходная скоростьТ10 .о изменения эффективной площади измерительной пластины,Б, - общая площадь измерительной пластины,Т - период вращения двигателяроторного флюксметра,М = Т /Т- число лопастей (секторов)оизмерительной (экранирующей пластины.20 На фиг. 1 представлены эпюры изменения во времени эффективной поверхности измерительной пластиныБ(1), тока в нагрузке (С), цапряжег 5ния в нагрузке Б(1), и выходного продукта О, для предлагаемого способаизмерения электростатического поляна фиг. 2 - функциональная схема роторного флюксметра с плоским типомпластин.Схема содержит заземленную экранирующую пластину, выполненную ввиде металлического круга, например,с круглой формой отверстий, укрепленную на валу электродвигателя, не 35 подвижную изолированную измерительную пластину 2, например, с круглойформой лопастей, выполненных из метал 3 12886 ла, соединенную с нагрузкой 3, измерительной пластины, состоящую, например, из параллельно соединенных резистора К и конденсатора Сн нИзмерительная пластина 2 через усилитель 4 и пиковые детекторы 5 и 6 соединена с управляющими входами ключевой схемы 7 выбора полярности выходного напряжения, выход которой является выходом устройства. Выход Я усилителя 4 переменного напряжения через узел 8 определения знака приращения напряжения соединен с сигнальным входом ключевой схемы 7 выбора полярности выходного напряжения. 5Способ измерения электростатического поля осуществляется с помощью ротационного флюксметра, к измерительной пластине, лопасти которой выполнены в виде металлических кру гов с общей эффективной площадью Б подключают нагрузку, например, также в виде параллельной РС-цепи, помещают пластину в электростатическое поле (Фиг. 1) и с помощью экрани рующей пластины, выполненной в виде металлического круга с круглыми отверстиями, периодически экспонируют (в течение отрезка времени ь 1 ) ее в поле, а затем экранируют (в тече ние отрезка времени ьС ). При этом постоянную времени нагрузки ( = КС) выбирают удовлетворяющей соотношению т ( Т/4. Отношение ь /ьЯ выбирают равным или больше единицы. Отношение скоростей экспонирования и экранирования измерительной пластины выбирают равным единице, а величину коэффициента трансформации скоростей о выбирают удовлетворяющей 40 соотношению д =/Ч = 7 /Ч ) М ), 4.Последнее требование может быть обеспечено, например, отклонением Формы пластин от традиционной секторной Формы и приближением этой Фор мы, например, к указанной на Фпг. 2.При этом характер изменения эффективной площади измерительной пластины Б(т), тока в нагрузке 1, напряжения на ней П(1) и выходного 5 О продукта Б соответствует эпюрам на фиг, 1.Вращающаяся и заземленная экрани.рующая пластина 1 выполнена в виде металлического круга с шестнадцатью круглыми отверстиями, Неподвижная и изолированная измерительная пластина 2 выполнена также металлической в виде шестнадцати круглых лопастей,30 4Указанные формы экранирующей и измерительной пластины обеспечивают получение необходимых коэффициентов асимметрии полуволн тока (1. ) и на 1 пряжения (1) в нагрузке 3.Измерительная пластина 2 соединена с нагрузкой 3, выполненной в данном случае пз параллельно соединенных резистора К и конденсатора С . Усилитель 4 предназначен длянусиления переменного напряжения на нагрузке 3. Детекторы 5 и 6 выполнены в виде пиковых детекторов и предназначены для фиксации суммы амплитудных значений полуволн колебательного напряжения обоих знаков.Ключевая схема 7, управляемая узлом определения знака приращения напряжения в размахе разноименных полу- волн колебательного напряжения на нагрузке 3, служит для выбора соответственно положительного или отрицательного значения выходного напряжения Б . Узел 8 определения знака служит для определения знака поля и управления ключевой схемой 7 и 8 может быть выполнен управляемым колебательным напряжением с выхода усилителя 4. В этом случае, он, автоматически анализируя структуру усиленного колебательного напряжения на нагрузке Б(1), вырабатывает управляющий сигнал на ключевую схему 7, который зависит от знака поля.Параметром колебательного напряжения, который используется в данном случае для определения знака поля, является знак приращения напряжения в размахе разноименных полуволн колебательного напряжения на нагрузке, который в простейшем случае может быть определен по полярности импульсного напряжения, получаемого путем операции диФФеренцирования колебательного напряжения дБ(С)/о.Ротационный Флюксметр работает следующим образом.Вращение экранирующей пластины 1, расположенной над измерительной пластиной 2, вызывает модуляцию измеряемого электростатического поля Е. Через измерительную пластину 2 и ее нагрузку 3 течет переменный ток 1(С) и па нагрузке 3 образуется переменное напряжение П(г.), формы которых изображены на Фиг, 2. Затем переменное напряжение Ь(С) усиливается усилителем 4. Сумма амплитуд первой и второй полуволн колебательного наЗаказ 7804/44 Тираж 752 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб, д.4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная 4 5 12886 пряжения П(1) фиксируется пиковыми детекторами 5 и 6. Ключевой схемой 7, управляемой узлом 8 определения знака приращения напряжения в размахе разноименных полуволн колебательного напряжения, производится выбор полярности выходного напряжения (Б,=О + П ), соответствующего знаку поля Е. 10формула изобретения Способ измерения электростатического поля, согласно которому к измерительной пластине подключают нагруз ку в виде параллельной КС-.цепи, помещают пластину в электростатическое поле, периодически экспонируют ее в поле, а затем экранируют и измеряют параметры колебательного напряжения 20 на нагрузке, причем измерение производят при условии, что отношение постоянной времени нагрузки к времени Много цикла процесса периодической 30 бмодуляции поля лежит в пределах 00,25, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения разрешающейспособности и чувствительности, измеряют знак и величину приращениянапряжения в размахе разноименныхполуволн колебательного напряжения нанагрузке и по ним определяют соответственно знак направления и величинунапряженности электростатического поля, причем операции экспонирования иэкранирования измерительной пластиныпроизводят таким образом, чтобы отношение времен экспонирования и экранирования находилось в пределах 1-10,отношение скоростей экспонированияи экранирования было равно 1, а отношение скоростей экспонирования и условной исходной скорости измененияэффективной площади измерительнойпластины было равно или больше числа лопастей-секторов измерительной иэкранирующей пластины и лежало в пределах 4-200.