SU1099290A1 - Измерительный преобразователь импульсных электрических полей - Google Patents

Abstract

1. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ, содержащий пакет из провод щих параллельных пластин, разделенных воздушными промежутками и расположенных симметрично относительно центральной плоскости симметрии, отличающийс  тем, что, с целью повьшени  точности измерений вблизи провод щей поверхности, внешние пластины вьтолнены из двух частей , площадь одной из которых S, а другой - где 0,,0, рассто ние между этими част ми а 5Ь, где h - рассто ние между внешней пластиной и ближайшей к ней внутренней пластиной, причем кажда  пластина меньшей площади гальванически соединена с аластнной большей площади на противоположной стороне пакета и с выходом измерительного преобразовател  . 2. Преобразователь по п. 1, о т личающийс  тем, что части каждой внешней пластины выполнены в (/) форме диска и расположенного коаксиально с ним кольца, охватывающего диск, причем площадь кольца меньше площади диска. :о tc ;о

Description

0г/г./ Изобретение относитс  к электромагнитным измерени м, в частности к устройствам дл  измерени  импульс ных электрических полей, и предназн чено дл  измерени  напр женности электрического пол  вблизи тгровод щ поверхностей и конструкций. Известна биконическа  антенна, используема  дл  измерени  импуАьсных электрических полей, представл ю ща  собой два металлических конуса с обращенными друг к другу вершинами расположенных на одной оси, ориентир ванной по направлению измер емой компоненты пол  1 , Недостатком ее  вл етс  низка  точность измерений. Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  измерительньй преобразователь, содержащий пакет из провод щих параллельных пластин, разделенных воздушными промежутками и расположенных симметрично относительно центральной плоскости симметрии 2 . Внешние пластины  вл ютс  чувстви тельными элементами, к их центрам подсоединены жилы симметричного кабе л  линии св зи. Внутренние пластины соединены с оплеткой кабел  и служат дл  обеспечени  равномерного пол  в зазоре между внешними и внутренними пластинами. Пластины выполнены в форме диска. ГУ При измерении компоненты пол , нормальной к провод щей поверхности, пластины устройства располагают параллельно этой поверхности. Погрешность измерени  S складываетс  в ОСНОВНОМ из трех компонент: погрешности 8 , включающей инструментальную погрешность и погрешность от сн ти  результатов измерений, которые характеризуют измерени  в свободном пространстве (в отсутствие провод щей поверхности); погрешности 82, обусловленной частичным экранированием пол  пластинами в области между устройством и провод щей поверхностью , что приводит к тому, что на чувствительные пластины воздействуют пол  различной напр женности; погрешности о , обусловленной различ ной степенью паразитного взаимодрйст ви  пластин чувствительных элементов с провод щей поверхностью. Величина 8 определ етс  услови ми градуировки и выбранной регистрирующей аппаратурой и не превьшает -обычно 10-15%. Величина §2 зависит как от геометрических размеров устройства, так и от рассто ни  до провод щей поверхности . Дл  различных рассто ний Н от провод щей поверхности, выраженных в относительных единицах ,5; 1,0; 2,0, где Д - линейный размер устройства , величина Sj составл ет 10, 2 и 0% соответственно. Величина S-j также зависит от геометрических размеров устройства и от рассто ни  до провод щей поверхности , но определ етс  в основном относительной величиной помехового сигнала. В рассматриваемом диапазоне отношений Н/Д 0,5; 1,0; 2,0 погрешность $3 составл ет, соответственно 70, 45 и 27%. Эта погрешность значительно больше других компонент погрешности 5 и 83 и вносит основной вклад в суммарную погрешность + S2 + , котора  дл  указанных вьш1е отношений Н/Д составл ет , соответственно 73, 47 и 31%. Недостатком известного устройства  вл етс  низка  точность измере- . НИИ вблизи провод щей поверхности. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений вблизи провод щей поверхности. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в измерительном преобразователе импульсных электрических полей , содержащем пакет из провод щих параллельных пластин, разделенных воздушными промежутками и расположенных симметрично относительно центральной плоскости симметрии, внешние пластины выполнены из двух частей, площадь одной из которых S, а друrou jf S , где 0,,0, рассто ние между этими, част ми а г. 5 , где h рассто ние между внешней пластиной и ближайшей к ней внутренней пластиной, причем кажда  пластина меньшей площади гальванически соединена с пластиной большей площади на противоположной стороне пакета и с выходом измерительного преобразовател . При этом части каждой внешней пластины выполнены в форме диска и расположенного коаксиально с ним кольца, охватывакнцего диск, причем площадь кольца меньше площади диска. На фиг. 1 представлена конструкци  предлагаемого устройства; на фиг. 2 - зависимость множител  4н1 от у ; на фиг. 3 - конструкци  1 + устройства, в котором части каждой внешней пластины выполнены в форме диска и расположенного коаксиально с ним кольца. Измерительный преобразователь вьшолнен в виде пакета провод щих параллельных друг другу пластин и содержит две пары внешних дисковых пластин 1.1,1.2 и 2.1 и 2.2 (эти дв пары удалены друг от друга на рассто ние а) и пару внутренних пластин 3 и 4, причем пластины каждой . пары и внутренние пластины расположены симметрично относительно плоскости симметрии, проход щей посередине между последними. Рассто ние между внешними и внут ренними пластинами h Д рассто ни между внутренними пластинами опреде л етс  размерами симметричного кабе л , расположенного между ними. К оплетке кабел  подсоединены внутренние пластины 3 и 4, токоведущие жилы кабел  5 подключены кажда  к соответствующему плечу устройства, образованному из пластин. 1.1, 2,1 или образованному из пластин 1.2, 2.2 через технологические отверсти  в пластинах 3 и 4, минимизации. Выбор пластин в форме дисков обусло лен требованием краевого эффекта, величина которого зависит от длины периметра пластины и его кривизнь;. Форма и размер пластин 3 и 4 опр дел ютс  размерами пластин 1 .1. и 1. и превьш1ают проекцию на себ  пластин 1.1 и 1.2 (2.1 и 2.2) на величи ну а по любому направлению. Величина а выбрана из услови  минимизации краевого эффекта и. составл етс  5h. Измерительный преобразователь уд лен от провод щей поверхности на ра сто ние Н и плоскости пластин распо ложены перпендикул рно измер емому полю Е. Устройство, работает следуимдим образом. При воздействии измер емого эле рического пол  на чувствительные пластины 1.1, 2.1, 1.2, 2.2 на них индуцируетс  зар д, пропорциональный напр женности пол  Е, при этом потенциалы q, и Cf систем пластин 1.1, 2.1 и 1.2, 2.2, 4.4 соответственно, одинаковы по величине и противоположны по знаку QiH-Q-i.i Q..1-Q7.7 M.. Результирующее напр жение Пц на нагрузке, включенной между симметричными плечами, запишетс  как как Q,, Q,,, Q.Ql2 ® 2.1(,.г зар ды, индуцированные на пластинах 1.1, 2.1, 1.2, 2.2 соответственно. При равенстве площадей пластин зар ды на них равны и U 0, поэтому площади должны быть различны . I. 2.1 2.2Диаметр пластины известного устройства Д, диаметр большей пластины предложенного устройства d, меньшей d, где j - множитель меньше 1, тогда площади пластин могут быть записаны следукицим образом: 181 . 5-„.пмч. откуда соотношение между диаметрами пластин известного и предлагаемого устройств запишетс  как Д d --::лГн а это означает, что величины паразитных емкостей в предложенном устройстве уменьшены на величину лГТ+Т Погрешность ST , обусловленною различной степенью паразитного взаимодействи  пластин чувствительных элементов с провод щей поверхностью, можно определить -из формулы Н С, -с,, с 1+i паразитные емкости, образованные пластинами 1.2 и 1.1 с провод щей поверхностью; емкость одного плеча устройства. Из сравнени  выражений дл  Sjизестного и предложенного устройств идно, что последнее отличаетс  на множитель 7 - J зависимость которого от I в интервале возможных ее изменений () ,придедена на фиг. 2. Из графика видно, что на участке 0, значение множител  с точностью до 3% не измен  етс , пр нима  значение 0,71, Отсюда имеем при Н/Д 0,5; 1,0; 2,0 погрешность -i равную 45; 31 и 1 соответственно. При этом суммарна  погрешность измерени  Sl при тех же Н/Д равна S 50, 34 и 24 Сравнива  погрешности известного rvi-je.- 31%) и предлагаемог устройств, можно заключить, что пре лагаемое устройство при обеспечении прочих равных параметров обладает меньшей ногрешностью, что позвол ет измер ть составл ющие электрического Пол  вблизи провод щих поверхнос тей с требуемой точностью на рассто ни х , вдвое меньших, чем прототип . Все приведенные рассуждени  спра ведливы дл  пластин любой формы, однако погрешность измерений может быть еще существенно уменьшена при выполнении дополнительных пластин, в виде концентрических колец, расположенных копланарно относительно внешних чувствительных пластин в фо ме дисков. Конструкци  такого устройства приведена на фиг. 3. Дисковые пластины 1.1 и 1.2 расположены на рассто нии h от внутренних диско вых пластин 3 и 4. Дополнительные пластины 2.1 и 2.2, имеющие форму кольца, расположены копланарно пластинам 1.1 и 1.2 соосно с ними с зазором . Дисковые пластины 1 и 1.2 попарно соединены с кольцевыми пластинами 2.1 и 2.2, расположен ными на противоположной стороне устройства,Образу  два симметричных плеча из пластин 1.1, 2.1; из пластин 1.2, 2.2. Принцип работы устройства не измен етс . Увеличение точности измерени  достигаетс  за счет уменьшени  или даже исключени  погрешности и основано на следующих предпосылках. Известно, что пластины одинаковой площади, имеющие разные формы, образуют с удаленной от них провод щей поверхностью различные, емкости. Так емкость, образованна  кольцевой пластиной, больше емкости, образованной дисковой пластиной, при равных площад х и, уменьша  площадь кольцевой пластины, можно сделать эти емкости одинаковыми, при этом площади пластин будут различны и условие работоспособности устройства соблюдено. При исключении погрешности Н6 +6|и дл  ,5; 1,0; 2,0 8 18, 15 и 15% соответственно , т.е. Sj существенно снижаетс  и определ етс , в основном, инструментальной погрешностью S, 15%. Вследствие зависимости паразитной емкости от Н (7,8) погрешность В-) обращаетс  в нуль только при одном фиксированном рассто нии Н от провод щей поверхности. Поэтому дл  .обеспечени  минимальной погрешности измерений S либо параметры устройства должны расчитыватьс  на конкретное рассто ние Н, либо в его конструк ии должна быть предусмотрена возможность изменени  площади кольцевых или дисковых пластин. Второй вариант практически осуществим. Изменение площади может быть реализовано набором узких концентрических колец или другим известным способом, однако при выполнении внешних пластин в форме диска и кольца суммарна  погрешность измерени  незначительно отличаетс  от минимальной суммарной погрешности, при которой5 0.

Фиг.З

Claims (2)

1. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ, содержащий пакет из проводящих параллельных пластин, разделенных воздушными промежутками и расположенных симметрично относительно центральной плоскости симметрии, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений вблизи проводящей поверхности, внешние пластины выполнены из двух частей, площадь одной из которых S, а другой где 0,5*у<:1,0, расстояние между этими частями а>5h, где h - расстояние между внешней пластиной и ближайшей к ней внутрен- ’ ней пластиной, причем каждая пластина меньшей площади гальванически соединена с .шастиной большей площади на противоположной стороне пакета и с выходом измерительного преобразова теля .

2. Преобразователь по п. 1, о т личающийся тем, что части каждой внешней пластины выполнены в форме диска и расположенного коакси ально с ним кольца, охватывающего диск, причем площадь кольца меньше площади диска.

I

Λ

Г 2.1 ^А--- ---------- , ¹² *____*

777///7///////777/777777777777////7///7 фиг.1