Датчик электростатических потенциалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ВТОРСКОМ ИДЕТЕЛЬСТ кий экра 3, держа кий диск 8кую техН ежнос т л 3 ил. с ГОСУДАРСТВЕННЬ 1 Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Научно-исследовательский институт интроскопии при Томском полиническом институте им. С.И.Кирова(56) Авторское свидетельство СССРР 1182415, кл. С 01 В 19/00,1984.(54) ДАТЧИК ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ПОТЕЦИАЛОВ(57) Изобретение относится к технике измерений. Цель изобретения - повышение точности измерений, надти работы, взрывобезопасности иэлектростатической безопасности. Усройство содержит диэлектрический копачок 1 с раструбом, электростатиче(51)4 С О 1 В 15/00 // О 01 Н 29/ н 2, металлический электродтель 4, трубку 5, металличесизоляционную диэлектричес-, кую втулку 7, металлическое кольцогеркон 9, поворотную диэлектричесвтулку 10, магнитный элемент 11, среднюю диэлектрическую втулку 12, защитную крышку 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 крышки позволяет повысить точность измерений, надежности. работы, взрывобезопасности и электростатической безопасности,где 9 потенциал объекта измерения;потенциал внешней поверхности диэлектрического колпачка 1 под раструбом;потенциал внутренней, поверхности диэлектрическогок олп ачк а 1 и металлич еского диска 6; Изобретение относится к техникеизмерений и может быть использованодля измерения электростатических потенциалов, возникающих при переработке электризующихся материалов,например химических волокон, пластмасс,неФтепродуктов и т,п.Цель "изобретения - повышение точности измерений, надежности работы,взрывобезопасности и электростатической безопасности.На Фиг.1 приведен предложенныйдатчик, разрез, на Фиг,2 - емкостнаясхема замещения датчика; на Фиг. 3 - 15зависимость распределения потенциалав зависимости от расстояния до объекта измерений.Датчик (Фиг.1) содержит диэлектрический колпачек 1 с раструбом,элект ростатический экран 2, металлическийэлектрод 3, держатель 4 металлического электрода, трубку 5, металлический диск 6, изоляционную диэлектрическую втулку, металлическое кольцо 258, геркон 9, поворотную диэлектрическую втулку 10, магнитный элемент 11,среднюю диэлектрическую втулку 12,защитную крышку 13, стопорный винт14, соединительный проводник 15 и 30полевой транзистор 16,Датчик работает следующим образом.Поворачивают поворотную втулку 10,при этом отводится в сторону магнитный элемент 11 и контакты геркона 9размыкаются, Датчик подносят к объекту неизвестным потенциалом, В такомположении наводится потенциал на металлическом диске 6 и чувствительномметаллическом электроде 3 прспорпионально неизвестному потенциалу 8 акоторый по соединительному проводнику 15 передается в измерительныйблок для регистрации (не показан),Уравнение преобразования датчика 45может быть представлено в видеС С СС, С,+С, С,+С, С,7 С,+С50потенциал металлическогоэлектрода 3емкость между объектом измерения и внешней поверхностью диэлектрическогоколпачка 1 под раструбом,"емкость между внешней ивнутренней поверхностьюдиэлектрика колпачка 1;емкость между внутреннейповерхностью диэлектрического колпачка 1 под раструбом или металлическим диском 6 и электростатического экрана 2;емкость между металлическим диском 6 и металлическим электродом 3;емкость металлического электрода относительноэлектростатического экрана 2;входное сопротивление полевого транзистора;напряжение на емкости С,а1 гемкости С,у , такЗемли можно т,е. 11 =о 11 - напряжение на т,е, 13 = Ч как потенциалгринять равным нулю;Б - напряжение на емкости С,т.е, 13,1 =- Чьнапряжение на емкости С,т,е, Ь 5 Чзтак как потенциал Земли можно принять. равным нулю,Установка коэФФициента передачидатчика производится изменением емкости С,1. Для чего ослабляют стопорный винт 14 и перемещают трубку5 относительно электростатическогоэкрана 2, причем для повышения точности измерения необходимо располагать чувствительный металлическийэлектрод 3 на максимальном удаленииот объекта измерения, так как в этомслучае у датчика падает чувствительность к изменению расстояния дообъекта измерения (Фиг,3), т,е. натакое же приращение расстояния дообъекта будут разные приращения потенциалов в зависимости от точки расположения чувствительного электрода 3Кроме того, на точность измере-ния датчиком, на надежность работы,взрывобезопасность и электростати/ 11 р 3 11 /Е пр 35 45 50 ческую безопасность оказывает впияние внешняя оболочка датчика и элементы, .связанные с ней.В этом случае высота раструба вы 5 бирается из условия где Б, Жр е - разность потенциалови пробивная напряжен Оность электрическогополя воздушного промежутка между объектом измерения и наружной поверхностью 35диэлектрического колпачка 1 под раструбом.Форма раструба выполняется такой, чтобы образующая его внутренней по 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 электростатичо кого экрана составляет 30-45 . Металлический диск 6 и металлическое кольцо 8 образуют искровой разрядник, 30Расстояние между проволочным металлическим кольцом 8 и металлическим диском 6 определяется из соотношения Уз--- , -З 30, 3 б (1 + г1 п 21 7 г+11 где У - разность потенциалов 40между металлическим диском и проволочным кольцом 8 при максимальном значении измеряемого потенциапа (фиг,21; г - радиус проволочного кольца 8;15 - расстояние проволочного кольца 8 от металлического диска 6;6 - относительная плотность воздухазпри этом должно выполняться условиегс Ь например 100 г =. 1,55Формула 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 ющ и й с я тем, что, с целью повыше ния 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, размещаемым над металлическим диском, соединительный 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 труб,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- б риметру герметично связана с торцорически связанного с другим выводом вой поверхностью защитной крымски,. 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 1 О го электростатического экрана и диэлектрической средней втулки, ох- внутренней поверхностью диэлектриватывающей цилиндрический электро- ческого колпачка, обращенного втостатический экран, связан электромаг- рой торцовой поверхностью противо- нитным воздействием через диэлектри-положно объекту измерений. Фиг, 3ВНИИПИ Заказ 6843/50 Тир одписн Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная,