SU1383228A1 - Датчик электрического пол атмосферы - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электроизмерени м . Цель изобретени  - повы- таение точности и чувствительности. Датчик содержит электродвигатель 1, генератор 2 опорного напр жени , измерительный электрод (Э) 3, на котором вьтолнены металлические выступы 4, экранирующий Э5, градуировочный Э 6 и металлический цилиндрический корпус 7, в котором размещены соосно Э 5, 6 и 3 в виде металлических дисков . Цель достигаетс  за счет обеспечени  практически полного подавлени  синфазной помехи, создаваемой посторонними потенциалами измерительного Э 3, и получени  на выходе датчика неискаженного полезного сигнала,- создаваемого электрическим полем атмосферы . 1 ил. о (С

Description

(Л

оо 00 оо ю ю

00

11383228

Изобретение относитс  к технике измерений электростатического пол  атмосферы и может использоватьс  при проведении как самолетных, так и наземных метеорологических и других исследований в составе измерителей электрического пол  атмосферы.

Цель изобретени  - повьшение точности и чувствительности.

На чертеже приведена конструкци  датчика электрического пол  атмосферы .. .

10

ч

Датчик электрического пол  атмосферы содержит электродвигатель 1-, генератор 2 опорного напр жени  (например , электромагнитного типа с двум  парами магнитных полюсов), св занный с осью электродвигател  1, измери- тельный электрод 3,. на котором выполнены металлические выступы 4, укреп- ленньш на оси электродвигател  1 экранирующий электрод 5, градуировоч- ный электрод 6. Экранир3 тощий 5, гра- дунровочный 6 и измерительньй 3 электроды выполнены в виде металлических дисков радиуса R и размещены соосно в металлическом цилиндрическом корпусе 7, а экранирующий 5 и градуировоч- ньй 6 электроды вьшолнены идентичными с секториальными отверсти ми, из- мерительньш электрод 3 изолирован от металлического цилиндрического корпуса 7 и от оси электродвигател  1-, Металличес1й1е выступы 4 ограничены плоскостью, параллельной плоскости измерительного электрода 3, и двум  плоскост ми,.проход щими через радиальные границы секториальных отверстий градуировочного электрода 6 перпендикул рно ему, а также двум  цилиндрическими поверхност ми, соосными с осью электродвигател  1, при этом высота металлических выступов 4 h и радиусы цилиндрических поверхностей г и г определ ютс  соотнощени ми

d j- h т/ О т, ,

n()i-4d -г 2

(i)

де

г г d.

- « -37h-ii dt-h

- рассто ние между градуиро- вочным 6 и измерительным 3 электродами;

d 5 - рассто ние между экранирующим 5 и измерительным 3 электродами;

0

5

Q 5 О

и - минимально допустимое рассто ние от металлических выступов 4 измерительного электрода 3 до экранирующего электрода 5 (определ етс  допуском изготовлени ). Металлические выступы 4 выполнены накладными, измерительный электрод 3 соединен с выходом датчика электрического пол , т.е. с входом УНЧ измерител  пол .

Датчик электрического пол  атмосферы работает следующим образом.

При наличии пол  и вращении экранирующего электрода 5 в результате модул ции пол  на измерительном электроде 3 и на выходе датчика электрического пол  атмосферы образуетс  переменное напр жение U, амплитуда которого пропорциональна напр женности пол  Е, а фаза зависит от знака пол . Переменное напр жение U  вл  етс  полезным сигналом на выходе датчика электрического пол . При отсутствии пол  Е и вращении экранирующего электрода 5 в случае, когда измерительный электрод 3 находитс  под посторонним (паразитного происхождени ) потенциалом V,, величина переменного напр жени  синфазной помехи на выходе датчика электрического пол  может быть оценена с помощью соотношени 

и.

..V с ВХ

(2)

здесь

.. + 1- - -1 Д1)1

2 d,-h d, d,-h d,J

где ЛС - вариационна  составл юща  емкости измерительного электрода 3 относительно корпуса датчика (земли); ЕС , S - соответственно диэлектрическа  посто нна  воздуха и эффективна  площадь измерительного электрода 3; емкость на входе УНЧ измерител  пол ;.

ИХ

5

г,-г 2

7 отношение площади выступов

V

измерительного электрода к площади секторов градуировочного и экранирующего электродов;

рассто ние между градуиро- вочным и измерительным и между экранирующим и йзме I

рйтельным электродами соответственно;

г - радиусы цилиндрических поверхностей , ограничивающих металлические выступы 4 измерительного электрода 3 , . h - высота выступов 4;

R - радиус окружности, ограничивающей измерительньй 3, экранирующий 5 и градуиро- вочный 6 электроды По сним вывод соотнощени  (2). Вариаци  лС емкости С измерительного электрода 3 датчика пол  относительно его корпуса 7 возникает при врй- щении экранирующего электрода 5, закрепленного на соединенной с корпусом 7 и заземленной оси датчика, относительно неподвижных измеритель- кого 3 и градуировочного 6 электродов . При вращении экранирующего электрода 5 емкость С измерительного электрода 3 попеременно принимает максимальное (С,окс) и минимальное (С, значени . Очевидно, что при заданной конструкции электродов датчика минимальное значение емкости С измерительного электрода 3 датчика относительно его корпуса будет в момент движени , изображенньй йа чертеже , т.е. тогда, когда секторные лопасти экранирующего электрода 5 будут находитьс  точно под секторными лопаст ми градуировочного электрода 6. -Нетрудно видеть, что-при заданной конструкции электродов датчика и секторно-кольцевой форме метал- лических выступов 4, когда величина /i определ ет, по существу, относи- тельную часть эффективной площади измерительного электрода 3, зан тую металлическими выступами 4,- величина С/ИНН определ етс  соотнощением

св зано с тем, что минимизаци  &С . 45 по соотношению (6) может осуществл тьс  с помощью трех варьируемых параметров (h, ri и г), в то вреи  как минимизаци  АС-по соотношению (5) осуществл етс  лишь с помощью одного

с,.,. .,E..-.... „,

Максимальное значение емкость С примет в момент движени , когда секторные лопасти экранирующего электро-50 варьируемого (практически с большими

л.акс . 1 1

и (-г « «j С J

2 2 d -п d

1 + 1-) dj-h /id,.

Нетрудно показать, что если величины параметров выступов 4 (h,r,,r,, R ). измерительного электрода 3 выполнены в соответствии с соотношением (1), то вариационна  составл юща  емоксти (ЛС) измерительного электрода 3 в этом случае равна нулю и, следовательно , практически подавленным оказываетс  переменное напр жение и синфазной помехи на выходе датчика пол  (см. соотнощени  (1) и (2)).

Таким образом, датчик электрического поЛ  атмосферы обеспечивает получение на своем выходе неискаженного полезного сигнала, создаваемого электрическим полем атмосферы, и практически полное подавление синфазной помехи, создаваемой посторонними потенциалами (зар дами) измерительного электрода 3. При этом существенно повьппаетс  точность и реальна  чувствительность датчика пол  по сравнению с известным датчиком.

Соотнощение минимизации С дл  , известного датчика может быть записано в виде

0.

(5)

+ 1 : 1.

d,-h d Соотношение минимизации С дл  данного датчика пол  выражаетс  соотношением

1

1

1

(6)

+ 1-1 О d.,-h d., j

Анализ, соотношений (5) и (6) показывает , что минимизаци  ДС по соотношению (5) практически менее эффек- тивна, чем по соотношению (6). Это

св зано с тем, что минимизаци  &С . по соотношению (6) может осуществл тьс  с помощью трех варьируемых параметров (h, ri и г), в то вреи  как минимизаци  АС-по соотношению (5) осуществл етс  лишь с помощью одного

варьируемого (практически с большими

да 5 окажутс  точно под секторными отверсти ми градуировочного электрода 6, и будет, равна

C... . V 5-1,; .

«

Отсуда и получаем искомое соотношение дл , значени  вариационной составл ющей йС емкости С

трудност ми) параметра (h).

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Датчик электрического пол  атмосферы , содержащий электродвигатель, генератор опорного напр жени , св - занньй с осью электродвигател , s kpa- нирующий электрод, закрепленный на

   оси электродвигател  перпендикул рно ей и размещенный между градуировоч- ным электродом и измерительным электродом параллельно им, экранирующий, градуировочный и измерительный электроды вьшолнены в виде металлических диодов радиуса R и размещены соосно в металлическом цилиндрическом корпусе , а Экранирующий и градуировочный электроды выполнены иден гичными с секторными .отверсти ми, измерительный электрод изолирован от металлического цилиндрического корпуса и от оси электродвигател  и на нем выполнены мет,1ллические выступы, каждьй из которых ограничен плоскостью, параллельной плоскости измерительного электрода, и двум  плоскост ми, проход щими через радиальные границы секториальных отверстий градуировоч- ного электрода перпендикул рно ему, экранирующий электрод соединен с металлическим цилиндрическим корпусом, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и чувствительности , металлические выступы выполнены накладными и дополнительно ограничены двум  цилиндрическими поверхност ми , соосными с осью приводного электродвигател , при этом высота металлических выступов h и радиусы цилиндрических поверхностей г, и tj определ ютс  соотношени ми

   Л If h О . г, R,.

   d,+di-i/U7- -di)i-4d - - ,

   i-RV(l rV-3- i u).

   d,-h

   dj-h

   де d. d . рассто ние между градуиро- вочным и измерительным электродами;

   рассто ние между экранирующим и измерительным электро- . дами;

   - минимально допустимое рассто ние от металлических выступов измерительного электрода до экранирующего электрода (определ етс  допуском изготовлени ).