Датчик электрического поля атмосферы

(19 О 1 К 29/ НЫЙ НОМИТЕТ СССРБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ГОСУДАРСТ ПО ДЕЛАМ Н/24-096 ерв Жупахиньство СССР12., 1977тво СССР9/12, 1984,ОГО ПОЛЯ АТ ние относится к элель изобретения -и и чувствительнос в САНИЕ ИЗО КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ,328 (0888)ое свидетелС О 1 К 29свидетельсл. С 01 К 2ЭЛЕКТРИЧЕСК Датчик содержит электродвигатель 1,генератор 2 опорного напряжения, измерительный электрод (Э) 3, на котором выполнены металлические выступы4, экранирующий Э 5, градуировочныйЭ 6 и металлический цилиндрическийкорпус 7, в котором размещены соосноЭ 5, 6 и 3 в виде металлических дисков. Цель достигается за счет обеспечения практически полного подавлениясинфазной помехи, создаваемой посторонними потенциалами измерительногоЭ 3, и получения на выходе датчиканеискаженного полезного сигнала, создаваемого электрическим полем атмосферы. 1 ил.Изобретение относится к технике измерений электростатического поля атмосферы и может использоваться при проведении как самолетных, так и наземных метеорологических и других исследований в составе измерителей электрического поля атмосферы.Цель изобретения - повьппение точности и чувствительности.На чертеже приведена конструкция датчика электрического поля атмосферы,Й+Й 2 г, К/(1- расстояние междвочным 6 и измэлектродами; 2 12 у градуир р ит ельным где 5- расстоя щим 5 и электроу экрани ельным 3 м эмерими; Датчик электрического поля атмо сферы содержит электродвигатель 1, генератор 2 опорного напряжения (например, электромагнитного типа с двумя парами магнитных полюсов), связанный с осью электродвигателя 1, измерительный электрод З,.на котором выполнены металлические выступы 4, укрепленный на оси электродвигателя 1 экранирующий электрод 5, градуировочный электрод 6, Экранирующий 5 гра дуировочный 6 и измерительньп 3 элек- троды выполнены в виде:металлических дисков радиуса К и размещены соосно в металлическом цилиндрическом корпусе 7, а экранирующий 5 и градуировоч ный 6 электроды выполнены идентичными с секториальными отверстиями, измерительный электрод 3 изолирован от металлического цилиндрического корпуса 7 и от оси электродвигателя 1. Металлические выступы 4 ограничены плоскостью, параллельной плоскости измерительного электрода 3, и двумя плоскостями,.проходящими через радиальные границы секториальных отвер стий градуировочного электрода 6 перпендикулярно ему, а также двумя цилиндрическими поверхностями, соосными с осью электродвигателя 1, при этом высота металлических выступов 4 и и радиусы цилиндрических поверхностей г и г 2 определяются соотношениями,3.К 2 с 1 1 (1 в)13-Ь С 1 2 й-Ь Мвариационная составляющаяемкости измерительногоэлектрода 3 относительнокорпуса датчика (земли);соответственно диэлектрическая постоянная воздухаи эффективная площадь измерительного электрода 3;емкость на входе УНЧ измерителя поля;,щади выступовЪо электрода торов градуи- кранирующего тношение п измерите к площад ровочног электрод расстоян вочным и и в;градуирольным и е межд измери м и измеду экранирую д - минимально допустимое расстояние от металлическихвыступов 4 измерительногоэлектрода 3 до экранирующегоэлектрода 5 (определяетсядопуском изготовления) .Металлические выступы 4 выполнены накладными, измерительный электрод 3 соединен с выходом датчика электрического поля, т.е. с входом УНЧ измерителя поля,Датчик электрического поля атмосферы работает следующим образом.При наличии поля и вращении экранирующего электрода 5 в результате модуляции поля на измерительном электроде 3 и на выходе датчИка электрического поля атмосферы образуется переменное напряжение Б , амплитуда которого пропорциональна напряженности поля Е, а фаза зависит от знака поля. Переменное напряжение 0 явля ется полезным сигналоя на выходе датчика электрического поля. При отсутствии поля Е и вращении экранирующего электрода 5 в случае, когда измерительный электрод 3 находится под посторонним (паразитного происхождения) потенциалом Ч величина переменного напряжения Бсинфазной помехи на выходе датчика электрического поля может быть оценена с помощью соотношенияВСП -"Ч --иВхздесьЗФоРмУла изобретения Смаке=Ео 8 с 1 + с 1 , + Д(Ц 55 1 1 2 рительным электродами соответственно;к 1, г 2 - радиусы цилиндрических поверхностей, ограничивающихметаллические выступы 45измерительного электрода 3;И - высота выступов 4;К - радиус окружности, ограничивающей измерительный 3,.экранирующий 5 и градуировочный 6 электроды,Поясним вывод соотношения (2).Вариация вС емкости С измерительногоэлектрода 3 датчика поля относитель 5но его корпуса 7 возникает при вращении экранирующего электрода 5,закрепленного на соединенной с корпусом 7 и заземленной оси датчика,относительно неподвижных измеритель Оного 3 и градуировочного 6 электродов. При вращении экранирующего электрода 5 емкость С измерительногоэлектрода 3 попеременно принимаетмаксимальное (См ,) и минимальное 25(С ) значения. Очевидно, что призаданной конструкции электродов датчики минимальное значение емкости Сизмерительного электрода 3 датчикаотносительно его корпуса будет в момент движения, изображенный на чертеже, т.е. тогда, когда секторныелопасти экранирующего электрода 5будут находиться точно под секторными лопастями градуировочного электрода 6. Нетрудно видеть, что при за 35данной конструкции электродов датчика и секторно-кольцевой форме металлических выступов 4, когда величинаОпределяет пО существуу ОтнОси 4 Отельную часть эффективной площадиизмерительного электрода 3, занятуюметаллическими выступами 4, величинаСм определяется соотношением Максимальное значение емкость С примет в момент движения, когда секторные лопасти экранирующего электрода 5 окажутся точно под секторными отверстиями градуировочного электрода 6, и будет, равна Отсуда и получаем искомое соотношение для значения вариационной составляющей дС емкости С С -Смакс мин , 8 а 1С- -------- (- +2 2 с 1 1-Ь с 1,1 1-Р--- + - -)12-Ь А 1.Нетрудно показать, что если величины параметров выступов 4 (Ь,г,гК ) измерительного электрода 3 выполнены в соответствии с соотношением(1), то вариационная составляющаяемоксти (ЛС) измерительного электрода3 в этом случае равна нулю.и, следовательно, практически подавленнымоказывается переменное напряжениеПсинфазной помехи на выходе датчика поля (см. соотношения ( 1) и (2 .Таким образом, датчик электрического поля атмосферы обеспечивает по"лучение на своем выходе неискаженногополезного сигнала, создаваемого электрическим полем атмосферы, и практически полное подавление синфазнойпомехи, создаваемой посторонними потенциалами (зарядами) измерительногоэлектрода 3. При этом существенноповышается точность и реальная чувствительность датчика поля по сравнениюс известным датчиком,Соотношение минимизации А С дляизвестного датчика может быть записано в виде1 1 - 1+ =о.(5)2Соотношение минимизации С для данного датчика поля выражается соот- ношением 1 1 1 1 В-- -+ -- -+ - " = о. (6)а,-1. а 2 й;Ь 81,Анализ. соотношений (5) и (6) показывает, что минимизация йС по соотношению (5) практически менее эффек 1 тивна, чем по соотношению (6) . Этосвязано с тем, что минимизация ВСпо соотношению (6) может осуществляться с помощью трех варьируемыхпараметров (Ь, г 1 и г 2), в то времякак минимизация ВС по соотношению (5)осуществляется лишь с помощью одноговарьируемого (практически с большимитрудностями) параметра (Ь),Датчик электрического поля атмосферы, содержащий электродвигатель, генератор опорного напряжения, связанный с осью электродвигателя, э 2 сранирующий электрод, закрепленный на1383228 полнены накладными и дополнительно ограничены двумя цилиндрическими поверхностями, соосными с осью приводного электродвигателя, при этом высота металлических выступов Ь и радиусы цилиндрических поверхностей г и г определяются соотношениями 1 Д 1+1 и ч 0 г ( Й, - рассвочн элек Й - расс 2 щим дами Составитель П.СавельТехред А.Кравчук ректор О.Кундр Пек цак 72 О/41Зака исно Тираж Государст лам изобре Москва, Жкомитета СССРоткрытийкая наб., д. енногенийРауш 4 л, Проект жгород прият оси электродвигателя перпендикулярноей и размещенный между градуировочным электродом и измерительным электродом параллельно им, экранирующий,градуировочный и измерительный электроды выполнены в виде металлическихдиодов радиуса К и размещены сооснов металлическом цилиндрическом корпусе, а экранирующий и градуировочный 1 Оэлектроды выполнены иденТичными ссекторными отверстиями, измерительныйэлектрод изолирован от металлическогоцилиндрического корпуса и от осиэлектродвигателя и нанем выполненыметаллические выступы, каждый из которых ограничен плоскостью, параллельной плоскости измерительногоэлектрода, и двумя плоскостями, проходящими через радиальные границы 2 Осекториальных отверстий градуировочного электрода перпендикулярно ему,экранирующий электрод соединен с металлическим цилиндрическим корпусом,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, 25с целью повышения точности и Чувствительности, металлические выступы выоизводственно-полиграфичес ояние между градуиром и измерительным родами;ояние между экранируюизмерительным электроминимально допустимое растояние от металлическихвыступов измерительногоэлектрода до экранирующеэлектрода (определяетсяпуском изготовления),