2. Устройство по п. 1 , о т л и - материала, электрически соединена с чающеес тем, что сфера дат экранируущими электродами и электроизочика выполнена из электропровод щего лирована от чувствительных элементов.
1163285
Изобретение относитс к измерител ной технике, в частности к измерению напр женности электрических полей в пространстве, и может быть использонано дл измерени модуле вектора напр женности электростатического пол в электротехнической промышлен ности и в других отрасл х народного хоз йства, технологические процессы в которых св заны с электризацией материалов, например, химической, легкой промьшшенности, а также в медицине и охране труда дл определени и контрол допустимых уровней на пр енности пол . Известно устройство дл измерени нормальной составл ющей электростатического пол , содержащее датчик с плоским разрезным вращающимс экраном и расположенным за ним чувствительным элементом, которое включает в себ генератор опорного напр жени и синхронный детектор дл отпределени знака пол и подавлени помех РЗ Недостатком такого устройства вл етс невозможность с его помощью измер ть налр женность пол в пространстве . Наиболее близким техническим решением к предпоженному вл етс устройство д/1Я измерени напр женности электростатического пол , содержащее сферический датчик с размещенными на его поверхности трем парами элек ропровод щих чувствительных элементов и подвижными экранирующими эдект родами, причем чувствительные элемен ты подключены к входам дифференциаль ных усилителей, выходы которых через синхрон1ше детекторы, управл ющие входы которых подключены к выходу ге нератора опорного напр жени , соедийены с входами квадраторов, а выходы квадраторов через сумматор соединены с входом корнеизвлекател , выход которого подключен к выходной клемме устройства С2. Недостатком известного устройства вл етс низка точность измерений, св занна со сложностью организации линейного (пилообразного) закона модул ции посто нного пол на чувствительных элементах указанной формы. Цель изобретени - повышение точности измерени напр женности электростатического пол в пространстве. Поставленна цель достигаетс тем, что в устройстве, содержащем сферический датчик с размещенными на его поверхности трем парами электропровод щих чувствительных элементов и подвижными экранирующими электродами, причем чувствительные элементы подклкгчены к входам дифференциальных усилителей , выходы которых через- синхронные детекторы, управл ющие входы которых подключены к выходу генератора опорного напр жени , соединены с вхо-. дами квадраторов, а выходы квадраторов через сумматор соединены с входом корнеизвлекател , выход которого подключен к выходной клемме устройства , экранируницие электроды выполнены в виде п, например четырех, сферических двуугольников, образованных меридианами, дел щими концентрическую с датчиком сферу на 2п частей , а чувствительные элементы выполнены в виде трех попарно симметричных относительно центра сферы частей таких же двуугольников на сфере датчика, образованных сечением этих двуугольников парами параллелей так, что эти части расположены на пересечени х больших кругов, образованных сечени ми сферы датчика плоскост ми декартовой системы координат с началом в центре сферы и ос ми, одна из которых перпендикул рна к пол рной оси сферы, вл ющейс осью вращени экранов, а две другие повернуты относительно нее на 45. Кроме того, сфера датчика выполнена из электропровод щего материала , электрически соединена с экранирующими электродами и электроизолирована от чувствительных элементов . На фиг.1 схематически изображен датчик без экранирующих электродов, вид по оси ох; на фиг,2 - то же, без экранирующих электродов, вид по оси у; на фиг,3 - то же, с экранируквцими электродами и полностью открытыми чувствительными элементами , вид по пол рной оси датчика; на фиг,4 - структурна схема устройства дл измерени вектора электростатического пол . Устройство содержит датчик 1 с трем парами чувствительных элементов 2 и экранирующими электродами 3 (фиг.1-3), Чувствительные элементы 2 попарно подключены к входам дифференциальньк усилителей 4, выхо которых подключены к входам синхронных детекторов 5, управл ющие входа которых соединены с выходом генератора 6 опорного напр жени . Выходы синхронных детекторов 5 подключены к входам квадраторов 7, выходы котосумматора 8, рых соединены с входами выход которого соединен с входом корнеизвлекател 9, Устройство работает следукмцим образом. За счет модул ции электростатического пол на чувствительных элементах 2 датчика I возникают электри ческие сигналы, пропорциональные составл ющим вектора напр женности измер емого электростатического пол , т.е. суммы исходного пол и собствен ного пол датчика. За счет дифференциального усилени сигналов с каждой пары чувствительных элементов, распо ложенных по одной координатной оси, на выходе соответствующих дифференциальных усилителей 4 выдел ютс напр жени , содержащие составл ющие, пропорциональные составл ю1101м Е; Е и Е 2 вектора напр женности электростатического пол ,.. Кроме того, в напр жении на выходе усилителей 4 присутствуют составл ющие пропорциональные аддитивным помехам (переменным составл 1в1цин пол ), и составл юща частоты Модул ци пол датчиком, сдвинута по фазе of носительно основного сигнала и про- порциональна составл к дим исходного пол , направленным по непересекающим рассматриваемую пару чувствительных элементов ос м. Эти напр жени поступают на входы синхронных детекторов 5, выдел ющих один полупериод напр жений частоты модул ции пол датчиком с выходов усилителей 4 за счет управлени сигналами с генератора 6 опорного напр жени . Посто нные напр жени с выходов соответствующих синхронных детекторов, пропорциональные величинам координатных составл ющих Е, Е„ и Е, вектора напр женности исходного пол , поступают на входы квадраторов 7, с выходов которых напр жени , пропорциональные квадратам составл ющих вектора напр женности исходного пол , поступают на вход сумматора 8, С выхода сумматора 8 напр жение , пропорциональное сумме квадратов составл ющих вектора напр женности исходного пол (ЕX + Е + Е ), поступает на вход корнеизвлекател 9, на выходе которого получаетс напр жение и, пропорциональное модулю вектора напр женности исходного пол и К|Ё1 К Е| . Повышение точности измерени происходит за счет того, что благодар выбранной форме экранирующих электродов и чувствительных элементов в виде сферических двуугольников и их частей соответственно осуществл етс линейный (пилообразный ) закон модул ции пол на чувствительных элементах с последующим подавлением помех при помощи синхронного детектировани . Действительно, если электрическое поле на чувствительном элементе до модул ции представить в виде Е Е + E(t)(1) Где Eg - напр женность исходного поE (t) - напр женность пол помех, в том числе сторонних со- ставл юошх исходного пол , то электрический сигнал с чувствительного элемента может быть представлен выражением lrlEl-K(Ef .SIL). )). где S - площадь чувствительного элемента; К - размерный коэф циент. Условием отсутстви сигнала от пол помех на выходе синхронного детектора будет Т/г т/2 Любой нелинейный закон изменени площади S от времени не дает ра венства нулю интеграла (4). Дл линейного закона изменени площади S интеграл (4) можно пе реписать в виде ... E(fc)-c(t д j Очевидно, что выражение (5) обращаетс в нуль дл всех четных гармоник частоты модул ции пол , а также дл первой гармоники, смещенной на jr/2, за счет чего повышаетс точность измерени . Кроме того, повьшение точности измерений происходит за счет того, что осуществл етс независимость сиг нала с каждой пары чувствительных элементов на одной координатной оси от воздействи на них других координатных составл ющих пол . Деиствител но, дл чувствительных элементов, расположенных на ос х оу и oz, потоки напр женности однородного пол , направленного по оси ох, замыкакициес на каждом из этих чувствительных элементов, равны нулю в силусимметрии этих элементов относительно плос кости zoy, Дп чувствительных элементов , расположенных на оси ох, то же условие выполн етс относительно полей, направленных вдоль осей оу и OZ за счет симметрии нормальных составл ющих этих полей на сфере относительно плоскостей OZ и оу. Независимость сигналов с пары чувствительных элементов на оси oz от составл ющей Е и с пары чувствительных элементов на оси оу от составл ющей Е осуществл етс за счет того что выполн етс условие равенства нулю соответствующих потоков напр женностей на этих чувствительных элементах 856 Дл выбранных норм чувствительных элементов и их расположени это условие выполн етс при равенстве нулю дл каждого чувствительного элемента интеграла , c/S 0 . (6) напр женность пол соответствующей составл ющей; S - поверхность чувствительного элемента. Дл указанных чувствительных элементов это условие можно записать в виде Г (5in6cos6 + 8 n20sin4)dedi/ :0, (7) где в - угол раствора границ чувствительного элемента; У - долгота интегрировани в пол рной системе координат с началом в центре сферы,главной пр мой,направленной по пол рной оси сферы, и полуплоскостью нулевого меридиана содержащей ось ох. Так, дл п 4 пределы интегрировани по 1 равны: ; «/2( ; пределы интегрировани по е : &2 , где d- выбранный из конструктивных соображений угол раствора верхней границы, например J/IZ; 62 искомый угол раствора (втора граница чувствительного элемента). Решение уравнени (7| относительно 02 производитс при помощи ЭВМ.численными методами. Дл того, чтобы избежать дополнительных ошибок за счет возможного коронировани с острых кромок чувствительных элементов в сильных пол х, сфера датчика выполнена электропровод щей , электрически соединена с экранирующими электродами и изолирована от чувствительных элементов.Это позвол ет избежать концентрировани измер емого пол на кромках чувствительных элементов, так как разность потенциалов между ними и сферой датчика определ етс только переменным напр жением на входах дифференциальных усилителей. Таким образом, за счет обеспечени пилообразного закона модул ции электрического пол на чувствительных элементах при синхронном детектировании сигналов с них путем ука