Устройство для измерения составляющих электрического поля

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТИ Н ИЯК АВТОРСКЬМУ СВИДН ЕЛЬ СТВУ Сеюэ СоаетскикСфциапистнчесииаРеспублик и 920569ае девам нзавретеннй н аткрытнй(53 ) УД К 621. 31 7.У(088.8) Дата опубликования описания 150482(72) Автор изобретен Хдхдмов 11Л 71) Заявитель(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТЛВЛЯЮЦИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ Изобретени измерительной но для исполь параметров ес нитных полей,к электро- преднаэначеконтролеэлектромагри географи 5 тиос ехнике и вания пр ственных апример аниях. еских иСследо Известно устройство для .измерения составляющих электрического поля, содержащее измерительные электроды, первый иэ которых помещен в контролируемую проводящую среду, гидроключ, три входа которого подключены к выходам трех взаимно ортогональных гидроканалов, а четвертый вход расположен в месте установки первого измерительного электрода, блок выделения разности потенциалов, входы которого соединены с обоими иэмери" тельными электродами 11.Недостатки известногоустройства связаны с ограниченной областью практического использования и низкой эксплуатационной надежностью, обусловленной несовершенством гидравли" ческих составных элементов.Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения составляющих электрического поля, содержащее корпусвыполненный в форме куба, шесть изолированных друг от друга измерительных квадратных электродов, образующих грани куба, три трансформатора тока, первичные обмотки которых связаны с парами параллельных измерительных электродов, а вторичные обмотки подключены к соответствующим усилителям с шунтирующими резисторами на входах 21.При обработке результатов измерений с помощью указанного устройства, исходят из того, что при равенстве входного сопротивления каждого из" мерительного канала, состоящего из трансформатора тока, резистора и усилителя сопротивление куба вытес ненной среды, в которой размещается0569 3 10 3 92 устройство, последнее не искажает контролируемое поле, и напряжения на выходах трех усилителей строго пропорциональны трем составляющим напряженности электрического поля, т.е. использование этого устройства основано на предложении о неискажаемости им контролируемого поля при условии равенства сопротивления каждого измерительного канала сопротивлению куба вытесненной среды. Р действительности металлические электроды заметно искажают контролируемое поле. Каждая составляющая измеряемая одной парой электродов, искажается двумя другими парами электродов, особенно при наклоне вектора плотности тока к ребрам куба. Кроме того, сопротивление ка- нала изменяется с частотой вследствие зависимости от частоты импеданса двойного слоя на границе раздела электрод-среда. Следовательно, равенство сопротивлений куба вытесненной среды сопротивление канала, достигнутое на одной частоте, наруша- ется для другой частоты, В связи с Этим при контроле с помощью известного устройства сигналов сложной формы имеет место существенная дополнительная погрешность измерения.Целью изобретения является повышение точности измерительного устройства.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения составляющих электрического поля, содержащем корпус с измерительными электродами, связанными с первичными обмотками трех трансформаторов тока, вторичные обмотки которых подключены к входам соответствующих усилителей, корпус выполнен сферическим, измерительные электроды- в виде восьми конгруентных сферичес" ких треугольников, а число первичных обмоток у каждого трансформатора тока. доведено до четырех, причем каждая группа первичных обмоток свя зана с двумя соответствующими группами из четырех измерительных электродов, образующими две противоположные полусферы одной из трех осей пространственной ортогональной системы кбординат. На фиг. 1 представлено предложенное устройство для измерения составляющих электрического поля, общий вид, на фиг. 2 - его принципиальная электрическая схема.Основу устройства составляет полый сферический корпус(Фиг,1) иэ изоляционного материала, на поверхности которого размещены восемь проводящих измерительных электродов 2-9, выполненных в виде конгруентных равносторонних сферических треугольников (электроды 6 и 8 на фиг. 1 не просматриваются). В состав устройства входят также трансформаторы10 тока (Фиг.2) с первичными обмотками 11-14 и вторичной ббмоткой 15,1 з трансформатор 16 тока с первичными обмотками 17-20 и вторйцной обмоткой 2 1, трансформатор 22 тока с первичными обмотками 23-26 и вторичнойобмоткой 27, а также усилители 28-30, к выходам которых подключаютсяв процессе измерения регистрирующие приборы (не показаны). Каждая первичная обмотка каждоготрансформатора тока подключена копределенной паре смежных измерительных электродов. Первичные обмотки 11-14 трансформатора тока 10 соединяют четыре верхних электрода2, 3, 6 и 7, образующих на Фиг, 1верхнюю полусферу, с цетырьмя нижними электродами 4 5 8 и 9, образующими нижнюю полусферу, первичные обмотки 17-20 трансформатора тока 16соединяют четыре электрода 2, 4, 6 и8, расположенных на фиг. 1 слева иобразующих левую полусферу, с цетырьмя, электродами 3, 5, 7 и 9, расположенными справа и образующими правуюполусферу, первичные обмотки 23-26трансформатора тока 22 соединяют четыре электрода 2-5, расположенных наФиг. 1 спереди и образующих переднююполусферу, с четырьмя электродами6-9, расположенными сзади и образующими заднюю полусферу. Таким образом,все устройство в целом представляетсобой пространственную ортогональнуюсистему координат,В данном устройстве все смежныеэлектроды соединены между собойнизкоомными первичными обмоткамитрансформатора тока. В связи с этимэлектродная система устройства эквивалентна сфере со сплошной проводящей поверхностью. удельная электрическая проводимость материалов, применяемых для изготовления электродов, значительно (на семь-десятьпорядков) превосходит удельную элект.920569 Формула изобретения Устройство для измерения составляющих электрического поля, содержащее корпус с измерительными электрорическую проводимость исследуемых .сред (грунт, вода, плазма),поэтомупри любых реальных габаритах устройства и толщинах измерительных электродов распределение тока в них будет таким же, как и для сплошногометаллического шара, у которого .сила тока (в А) через любое диаметральное сечение определяется формулой 10 где О - диаметр шара, м,- модуль вектора плотности . 15тока невозмущенного электрического поля т.е. допомещения устройства в среду) АмЧ - угол между вектором плотности тока и нормалью к диаметральному сечению, рад.Устройство работает следующим образом.При помещении устройства в среду дс контролируемым электрическим полем пои частотах, для котооых сопоотивпение растекания электродов превышает модуль импеданса двойногослоя устройство концентрирует ток,который распределяется е соответст-вии с,формулой (1). Если совместитьплоскость диаметрального сеченияс диэлектрической границей, разделяющей устройство на две полусферы,то ток, протекающий из одной полу-.сферы в другую (через пеовичные обмотки одного из тоансфооматоров тока), согласно (1) пропорционаленпроизведению модуля плотности тока4000 на косинус угла между векторомплотности тока и нормалью к поверхности диаметрального сечения, т.е,отобоажает соответствующую состарля"ющую плотности тока. Сконцентрирован 45ный устройством электрический токраспредепяется по первичным.с 1 бмоткам тоансфооматоров 1 О, 16 и 22 тока таким образом, что на выходе усилителей 28-30, подключенных ко вторичным обмоткам трансформаторов тока, 50формируются сигналы, пропорциональные трем составляющим плотностиэлектрического тока. Следовательно,устройство работает как концентратор тока с нормируемыми, метрологи- . 55ческими характеристиками, которыемогут быть оценены по Формуле 1,1),Пои этом обеспечивается одноереМ менное измерение всех трех составляющих плотности тока.Напоимер, если для Фиг. 1 ось 2.направлена вертикально ось М - сле 1ва напоаво, а ось У - перпендикуляоно к ним и если вектор плотноститока имеет только составляющую 6,то ток, концентрированный полусферой, состоящей из электродов 2, 3,6 и 7, протекает к электродам 4,5, 8 и 9 через первичные обмотки11-14 трансформатора тока 10 и сигнал вырабатывается только на выходеусилителя 28. Аналогично, если вектор, плотности тока имеет толькосоставляющую д, то ток, концентрированный полусферой, состоящей изэлектродов 3, 5, 7 и 9, протекаетк электродам 2, 4, 6 и 8 через первичные обмотки 17-20 трансФорматоратока 16 и сигнал формируется толькона выходе усилителя 29. Если, наконец, вектор плотности тока имееттолько составляющую 5 , то ток,концентрированный полусферой, состоящей из электродов 2, 3, 4 и 5 про1 текает к электродам 6, 7, 8 и 9 через первичные обмотки 23-26 трансформатора тока 22 и сигнал появляется только на выходе усилителя 30.В случае, когда вектор плотности тока имеет все составляющие, т.е. наклонен к осям координат, то сигналы образуются на выходах всех усилителей 28-30. Их информационные параметры оказываются пропорциональными .произведениям измеряемой плотности тока 80 на косинус угла между вектором плотности тока и соответствую- . щей осью т.е. отображают соответствующие составляющие плотности тока электрического поля.Точность измерения, обеспечиваемая предложенным устройством, определяется только точностью изготовления корпуса, измерительных электродов и регистрирующих приборов, в то время как в известных устройствах аналогичного назначения погрешность измерения зависит от модуля импеданса двойного слоя, который может изменяться на один-два порядка.7 920569 8дами, связанными с первичными обмот- первичных обмоток связана с двумяками трех трансформаторов тока, вто- соответствующими группами из четырехричные обмотки которых подключены к измерительных электродов, образующивходам соответствующих усилителей, ми две противоположные полусферыо т л и ч а ю щ е е с я тем, что, содной из трех осей пространственнойцелью повышения точности, в нем ортогональной системы координат.корпус выполнен сферическим, из- Источнйки информации,мерительные электроды - в виде вось- принятые во внимание при экспертиземи конгруентных сферических треуголь, Авторское свидетельство СССРников, а число первичных обмоток 1 О 1718808, кл. 6 01 к 29/08, 1978у каждого трансформатора тока доведе. Патент США У 3.6 ч 1.ч 27,но до четырех, причем каждая группа кл. 32 ч, 1972,920569 оставитель Лехред А. Ач оро корректор А.Дзят едактор М.Н ен писиое Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,Заказ 2330/48 ВНИИ по 113035, ИоТираж 719 Государственного коми елам изобретений и отк ва, Ж, Раувская наб Пета СССРытийд. 4/5