Устройство для измерения вариаций плотности объемного заряда в среде

и 999178 Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кл. Н ОБГ 1/00 Государственный комитет СССР вв делам нэобретеннй и открытий,Бентральная аэрологическая обсерватория ГоскоВйтещ 1 СССРпо гидрометеорологии и контролю природной среды(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВАРИАШ 1 Й ПЛОТНОСТИ ОБЪЕМНОГО ЗАРЯДА В СРЕДЕИзобретение относится к технике измерения объемного заряда сред и предназначено для контроля электрическогосостояния воздуха атмосферы и облаковс целью снижения вредных проявлений5зарядов статического электричества,осуществления активных воздействий наатмосферно-электрические процессы, и.может быть использовано в авиации,медицине и пругих областях науки итехники,Известно устройство для измерениязаряда аэрозоли, содержащее измерительный электрод, блок питания, выпрямительи операционный усилитель115 Однако это устройство имеет сложную схему и конструкцию и не во всех случаях обеспечивает необходимую точность из-за наличия утечек с измерительного электрода по изоляторам, контактирующим с исследуемой средой.Наиболее близким к предложенному является устройство для измерения вариаций плотности объемного заряда всреде, содержащее два электрода, одиниз которых охватывает второйи блокизмерения разности потенциалов междуупомянутыми электродами ( 2Это устройство также не обеспечиваетвысокой точности измерения из-за.контакта испытуемой среды с изоляторами,Целью изобретения является повышение точности измерения,Эта цель достигается тем, что в устройстве для измерения вариаций плотностиобъемного заряда в среде, содержащемдва электрода, один иэ которых охватывает второй, и блок измерения разностипотенциалов между упомянутыми электродами, наружный электрод выполнен в виде замкнутой оболочки, непроницаемойдля исследуемой среды,На чертеже представлена конструктивная схема устройства, Устройство состоит из наружногоэлектрода 1 с полостью объема Ч, внут78 4Первым интегралом производится суммирование по объему среды вне тела, вторым - по объему тела, Прибавление и вычитание в правой части (3) интеграла Хорог ИЙЧ и комбинация его имеюЧшимися приводит к соотношению(4) где )"- расстояние между точкой измерения поля и объемным зарядом элемента объема с 1 Ц;- едииачный вектор напряженностиполя. 3 ОЮ 1реннего электрода 2, помещенного в этуполость, и измерителя 3 разности потенциалов между электродами, Внутреннийэлектрод электрически изолирован отнаружного электрода пространством 4,заполненным диэлектриком или откачанным до обеспечивающего изоляцию вакуума,Работает устройство следующим образом, оЕго помешают в среду или создаютконтакт электрода 1 со средой, В обоихслучаях на установившемся режиме плотность объемйого заряда во внутреннихточках проводящей массы электрода 1 15совпадает с плотностью объемного заряда измеряемой среды (условие нейтральности внутренних точек проводника :ои разность потенциалов между электродами равна потенциалу электрода 2 относи- щтельно среды,),Принцип, измерений основан на использовании уравнения Пуассона, записанногодля среды, содержащей объемный зарядплотнос тью Я25ЮЧЫ,=4%(Р-Р ), И)где Е Е+Е - измеренная напряженностьополя, складывающаяся изполя Е зарядов объемарассматриваемой диверген 50ши и поля Е зарядов окоружаюшей среды;- плотностью объемного за-,ряда в выполненном объеме;35- диэлектрическая проницаемость среды.Уравнение выводится из рассмотренияэффектов, возникающих при нахождениитела объемом М, с зарядом ц и, следовательно, со средней плотностью заряв среде объемом ЧоЧ, равномерно заряженной с объемной плотностью45СОиЫ Ф О. Рля простоты при выводеположено Я=1), Напряженность поля Е 1,внекоторой точке окрестности, создаваемая зарядами среды и тела, определяется соотношением Еи.-1 1 и ийчр ий, Ч-ч о В (4) первый интеграл описывает компоненту напряженнос ти поля, с оэдаваемую равномерно распределенным объемным зарядом среды в отсутствие тела. В пределах радиуса Ро проведенного из точки измерения поля до ближайшей границы среды сФ О вследствие точечной симметрии объема, он равен нулю, а отличие от нуля на расстояниях, превышающих о, обусловленное несимметричностью объема среды, соответствует крупномасштабному полю, не связанному с присутствием тела, Второй интеграл описывает компоненту поля, обусловленную присутствием тела, Из его вида следует, что тело, заряженное со средней плотностью заряда, определяемой (2), создает в окружающей среде с плотностью объемного заряда р ф электрос,татичеСкое поле, возникающее в пустом пространстве при заряженности тела со средней плотностью= = )о, Это соответствует связи между потоком напряженности через замкнутую поверхность объема, заряженного со средней плотностью у, и плотностью объемного заряда окружающей среды Я в виде (1),Из (1) следует, что при изменении плотности объемного заряда среды во времени р : Р (1,) и сохранении зарядао оЦ на теле последнее проявляет себя в пространстве как заряженное с изменяющимся во времени избыточным заря 1дом Я , которое связано с истинным соотношением .ц=с-р, й) Ч (МВвиду (5), потенциал тела относительно окружающей среды= , =. - ,(В( -р.(,сИ) чгде о О), Ц - соответственно плотГОность объемного заряда среды и значение потенциала тела в моментвремени Ф =О;С - электрическая емкостьтело.Рассмотрение распределения зарядов в шаровых концентрических слоях показывает, что формирование среднего значения о, влияющегона значение потенциала тела относительно среды, происходит в объеме пространства, форма которого подобна форме тела, а линейные размеры в три раза превышают его размеры.. При измерении отмечают начальную 36 разность потенциалов Оп между электродами, соответствующую плотности объемного заряда среды в этот момент Я, Вариацию плотности относительно Я (О) в последующие моменты времени 1 оп- ОФределяют по изменению разности потенциалов, используя соотношение (6),2где Ц(,Ф) - разность потенциалов в момент времени С;объем полости электрода 1;Г Г - длительность измерения иИпостоянная времени линии измерения,Предложенное рещение позволяет реализовать устройство, электрические цепи которого включая изоляторы полностью изолированы от измеряемой среды,и, следовательно, пригодное для измере- З 178 Ьния в среде произвольной фазы и электрической проводимости и повысить точность измерения.Точность измерения конкретного уст- ройства, реализующего данный способ, пропорциональна соглано соотношению (6) объему полости электрода 1. Для реально осуществляемых объемов порядка 10 см она составляет 10, эсе/м,-+ что на порядок выше точности, достигаемой при измерении известным устройствомформула изобретенияУстройство для измерения вариаций плотности объемного заряда в среде, содержащее два электрода, один из которых охватывает второй, и блок измерения разности потенциалов между упомянуты. ми электродами, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что с целью повышения точности иэизмерения, наружный электрод выполнен в виде замкнутой оболочки, непроницаемой для исследуемой среды,1Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР % 542363, кл. Н 05 .1/00, 1975,2. Имянитов И, М. Приборы и методы для изучения электричества атмосферы. М., Гидрометеоиэдат, 1957, с, 335-345 (прототип).. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектн 76/78 Тираж 843ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений113035, Москва, Ж, Р Подписноекомитета ССС открытийушская набд