RU1802345C - Устройство дл определени параметров локального электрического пол - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение касаетс  электрофизических измерений, может быть использовано дл  исследовани  возникающих в среде электрических полей, а также дл  измерени  широкополосных или импульсных полей, рассеиваемых электротехническими устройствами и создаваемых лини ми св зи либо электропередачи. Сущность изобретени : повышение точности и достоверности измерений достигаетс  тем, что две противолежащие пластины, выполненные в виде цилиндрических сегментов одинакового диаметра, охватывают объем среды с источниками электрического пол ., пластины помещены в коаксиальный с ними цилиндрический экран и подключены к регистрирующему прибору. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение касаетс  измерений пара- мфтров широкополосных переменных или импульсных электрических полей.

Изобретение может быть использовано в электрофизике дл  исследовани  врзника- ю дих в среде электромагнитных излучений, а -акже дл  измерени  импульсных электрических полей, рассеиваемых электротехни- че скими устройствами и создаваемых лч ни ми св зи или электропередачи.

Цель изобретени  - повышение точно- ст|и и достоверности измерени  параметров лекального электрического пол , возбужда- в образцах электрофизических сред.

На фиг. 1 схематически изображена конструкци  датчика с цилиндрическими электродами; на фиг, 2 - физическа  модель емкостных св зей электродов датчика и из- лумающей системы; на фиг. 3 - эквивалент- .на|  электрическа  схема датчика; на фиг. 4

- изображена конструкци  датчика с дополнительными электродами,

Предлагаемое устройство,(фиг. 1) состоит из двух провод щих пластин 1, выполненных в виде цилиндрических сегментов диаметром d, шириной д с рассто нием между пластинами А . Пластины охватывают объем 2, заполненный средой с источниками электрического пол . Электроды 1 помещены в электромагнитный экран 3. На кра х пластин сделаны выводы, которые подключены ко входам преобразующего блока (регистрирующего прибора) 4 посредством экранированного кабел  5-.

Датчик (фиг. 4) содержит два металлических электрода 1, охватывающих объем 2 среды с источниками электрического пол , и два дополнительных металлических электрода б, охватывающих объем 7 среды без источников электрического пол . Дополнительные пластины (электроды) расположены на рассто нии (1...2)d от основных и имеют одинаковую конфигурацию и размеры . Все электроды симметрично помещены

W

Ј

00

о ю со

&

внутрь цилиндрического экрана 3, Пластины соединены между собой проводниками 8. На кра х пластин сделаны выводы, которые присоединены ко входам регистрирующего прибора 4 с помощью экранированного кабел  5.

Устройство функционирует следующим образом. При помещении пары провод щих электродов в измен ющеес  электрическое поле с напр женностью Ёна них навод тс  зар ды и возникает разность потенциалов

и 1эЕ0).

где Ео - проекци  вектора напр женности Е на электрическую ось датчика, совпадающую с направлением перпендикул ра к центру пластин;

э - эквивалентна  измерительна  база датчика, завис ща  от геометрических и электрофизических параметров датчика и среды, Напр жение с пластин (электродов) передаетс  по экранированному кабелю 5 на вход регистрирующего прибора 4 с дифференциальным входом. Регистрирующий прибор, в качестве которого может использоватьс  цифровой вольтметр или осциллограф , может быть градуирован непосредственно в значени х напр женности электрического пол  или эквивалентного дипольно момента источника.

Количественные соотношени , описывающие работу датчика, могут быть получены на основе анализа его схемотехнической модели, приведенной на фиг. 2, Физической моделью источника неоднородного .электрического пол  сложит двухпроводна  лини , содержаща  два цилиндрических проводника диаметром 2а, расположенных на рассто нии b и питаемых от источника ЭДС. Регистрирующий прибор и подвод щий кабель представлены в модели рези- стивно-емкостной нагрузкой. Взаимное вли ние зар женных провод щих тел отражено при помощи соответствующих емкостей , . .

Значени  емкостей и напр жений на электродах при питании задающей линии напр жени м е определ ютс  путем решени  задачи теории электромагнитного пол  методом конформных преобразований и пр мого метода определени  напр женности пол  (метод Сочнева). Емкости выражаютс  через эллиптические интегралы первого рода и интегралы, завис щие от рассто ний между участками электродов. Полученные соотношени  позволили численными методами рассчитать зависимости ёмкостей от геометрических размеров и электрофизических параметров среды,

По эквивалентной схеме устройства (фиг. 3) с использованием симметрии датчика , т.е. , и , передаточна  функци  датчика запишетс  в виде:

н(ра.-ргмс1-сз)-

+рНн(Сн+С0+ 1

+ Ј)

где Со - (Сз + Се/2).

При этом величина определ етс  в зависимости оттребуемой характеристики по- л , т.е.

е 13Ео

при предположении однородности пол  между электродами или при дипольной модели источника

(bCi), . где PI - эквивалентный дипольный момент на единицу длины, С| - погонна  емкость двухпроводной линии.

Передаточна  функци  определ ет пре- образование сигнала во временной и частотной области, Амплитудно-частотна  характеристика датчика

H(oj)coTi/(2V1 +йЯт§) -. где Ti RH(Ci - Сз), Т2

л L f

- RH(CH + Со + -- --) - посто нные вре

мени.

Собственно переходна  функци  h(t) Ti/(2T2)e-t/T2. Коэффициент передачи в полосе пропускани  (или амплитуда переходной функции) соответственно можно представить в виде Н(оо) п(о)-(С1-Сз)/(Сн + Сд)2,

где Сд Со + (Gi + Сз)/2 - эквивалентна  емкость датчика. Дл  получени  максимального значени  коэффициента передачи про

ведены численные расчеты и получены оптимальные соотношени  размеров пластин датчика и зазора между пластинами. Дл  емкости нагрузки, измен ющейс  от 10 до 100 пФ, оптимальна  ширина провод щих пластин второе меньше зазора между пластинами, Использование оптимальных соотношений позволило увеличить коэффициент преобразовани  на 6 дБ.

Дл  снижени  вли ни  на датчик внешних помехонесущих электрических полей применено экранирование. Внешней замкнутый алюминиевый экран сферической формы радиусом 46 см и толщиной стенок 0,15 см позвол ет ослабить внешнее электрическое поле на 200 дБ. Дл  примен емого цилиндрического экрана с технологическими отверсти ми удаетс  на частотах от еди- ниц до сотен килогерц получить коэффициент экранировани  около 60 дБ.

При измерении слабых электрических щелей недостатком рассмотренного устрой- 0тва  вл етс  невысока  помехоустойчи- ость по отношению к внешним электрическим пол м. При малых значени х злучаемого электрического пол  примене- и  экранировани  дл  снижени  вли ни  нешних помех недостаточно. : Дл  компенсации внешних помехонесу- цих полей в предлагаемом устройстве вве- ;ены два дополнительных электрода, с бразующих вспомогательный датчик, внутрь которого помещена среда без источников исследуемого электромагнитного пол . Если на устройство действует внешнее однородное помехонесущее электрическое поле с напр женностью Еп, направленное перпендикул рно пластинам в их центре.

поле в отсутствии дополнительных

эректродов создаст на входе регистрирую- ujiero прибора напр жение помехи

.

Ири наличии дополнительных электродов напр жение на входе регистратора будет оЬредел тьс  выражением:

I . иэ - 1эЕп - 1эдЕп (1э - 1эд)Еп, где 1эд измерительна  база дополнитель- нрй системы электродов.

Разность ДI (1Э - 1эд) зависит от точности геометрической структуры основных и д|толнительных электродов и электрофизических параметров среды в месте их установки и может быть сведена к весьма малой величине.

I Применение дополнительных электро- дбв позволило повысить чувствительность устройства на 40 дБ.

Claims (2)

1. Устройство дл  определени  пара0 метров локального электрического пол , содержащее две противолежащие пластины и цилиндрический экран, соединенные с преобразующим блоком, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности и

5 достоверности результатов измерени , пластины выполнены в виде цилиндрических сегментов одинакового диаметра d, расположены внутри экрана коаксиально с ним и охватывают участок среды с исследуемым

0 полем, преобразующий блок расположен вне экрана, а длина сегментов и экрана много больше диаметра сегментов, причем Д 3d, где А - рассто ние между кра ми пластин,

5 измеренное по дуге;

д - ширина пластины, измерени  по дуге сегмента,

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с   тем, что в него дополнительно введены

0-две вспомогательные провод щие пластины , идентичные основным и расположенные на рассто нии (1-2)d так, что зазоры основных и дополнительных электродов симметричны относительно плоскости, про5 ход щей через оси цилиндров, а основные и дополнительные электроды симметричны относительно цилиндрического электромагнитного экрана, дополнительные электроды охватывают среду без источников электри0 .ческого пол , причем один из основных электродов электрически соединен с противоположным относительно зазора дополни- тельным электродом и подключен к неинвертирующему входу регистрирующе5 го прибора, а другой основной электрод электрически соединен с другим дополнительным электродом и подключен к инвертирующему входу регистрирующего прибора.

0

ЗШ081

L-tM H |f Јгг±Јг