Способ определения напряженности электрического поля, воздействующего на тело, помещенное внутри плоского конденсатора

 

Изобретение касается электроизмерений и может быть использовано для определения напряженности электрического поля в зазоре между пластинами плоского конденсатора при внесении в него постороннего тела, например датчика электрического поля. Целью изобретения является повышение точности определения напряженности электрического поля для тел произвольной формы. Благодаря выбору положения тела в зазоре путем перемещения его в перпендикулярном пластинам направлении до достижения минимального значения емкости конденсатора C<SB POS="POST">мин.</SB> достигается симметричное расположение наведенного дипольного заряда относительно пластин конденсатора для тела любой формы. Величину напряженности электрического поля определяют по формуле, приведенной в описании изобретения.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 G 01 R 29/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

L с

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4373381/24-21 (22) 01 ° 02.88 (46) 23.10.90. Бюл. Р 39 (72) А.А.Соколов и Ю.А.Пивоваров (53) 621.317 (088.8) (56) Бузинов В.С. и др. Исследования в области радиотехнических измерений. — Труды институтов Комитета стандартов, вып. 31 (141), И., 1966, с. 49-53.

Авторское свидетельство СССР

N 1404982, кл. G Ol R 29/12, 1988. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОС—

ТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ, ВОЗДЕЙСТВУ10ЩЕГО HA ТЕЛО, ПОМЕЩЕННОЕ ВНУТРИ ПЛОСКОГО КОНДЕНСАТОРА (57) Изобретение касается электроизмерений и может быть использовано для определения напряженности электричесИзобретение относится к области электроизмерений и может быть использовано для определения напряженности электрического ноля в зазоре между пластинами плоского конденсатора при внесении в него изолированного постороннего тела, например датчика электрического поля.

Целью изобретения является повьппение точности определения напряженности электрического поля для тел произвольной формы, Способ определения напряженности электрического поля, воздействующег го на тело, помещенное внутри плос„„Я0„„1601591 А I

2. кого поля в зазоре между пластинами плоского конденсатора при внесении в него постороннего тела, например датчика электрического поля, 1<елью изобретения является повьппение точности определения напряженности электрического поля для тел произвольной формы. Благодаря выбору положения тела в зазоре путем перемещения его в перпендикулярном пластинам направлении до достижения минимального значения емкости конденсатора

С достигается симметричное расположение наведенного дипольного заряда относительно пластин конденсатора для тела любой формы. Величину напряженности электрического поля определяют по формуле, приведенной в описании изобретения, кого конденсатора, основан на следующих физических предпосылках.

Известно, что при размешении тела произвольной формь< между обкладками конденсатора емкость последнего изменяется на величину Ь С = С < — С к, где С вЂ” емкость конденсатора после

1 внесения тела; С вЂ” емкость конденсатора до внесения тела. Если ввести незаряженное тело в конденсатор, зарнженньп< до напряжения Ц и отключенный от источника питания, то в силу закона сохранения заряда изменение первоначального заряда

С . U че происходит:

1б01591

9 (In) Е дует

1" е

+ С2й + П2 (Ск (3)

20 где

C U

2 денсатора;

У

1 —

Ь с (32) (11) () Я,d

1 г

2) 1 у +

30 (4) Е

35 и обра ен

Е

F. - =E + 4 81 о 3,1з

45

R

4 Bl е С13 )

Ы+ol ) E

2 1

Е (1+

ДЕ = — — (2d — 1), (13) Л() = С ЬП + 1! )С = О.

Находясь в электрическом поле конденсатора Е, тело поляризуется, при этом энергия поляризованного тела И в поле Е определяется выраже— нием

РеЕ

W (2)

2 е

Iãäe A — проекция тензора электри -е ческой поляризуемости тела на направление вектора F.„

Из закона сохранения энергии сленачальная энергия кон(C + h,C) (U + h.U) конечная энергия конденсатора после внесения тела.

Совместное решение уравнений (1) и (3) дает выражение, связывающее величины 1 С и Р а

Е кг = ("„ и 1.е Uz °

Для проводящей сферы радиуса Р. з

4«Q R.

С использованием метода зеркаль— ных з ж и й () ((>() ° (б) з

U R где E = ----" K = 4 91 ---- а l о,1 3,1 з и центр сферы равноудален от электродов. Поляризация сферы в поле Е 1 приводит к добавочному изменению напряженности Е,. Вследствие наличия зеркальных отображений поляризованного полем Е, тела новое значение напряженности Г определяется выражением и т.д. В результате последовательных приближений для и-шага получим )> о(1 () "Е ° + () ° (8)

При jg (d I 1 +о +(ъ - +...+()c

1)-"

1-g и выражение для F. имеет вид 1)

Ео

Е (9) и 1> з

1-4 81

Е

Преобразуем выражение (9) с учетом (5):

E (3)

1 — p Е «y.d= где I (3) = ),202 — даете-еауикиия

Римана от аргумента 3;

1 е известно из (5) .

Е

Обозначим — — — = у, тогда с учеЕ(1 том (4) из (10) получаем

Решением этого уравнения для у ) О будет

Выражение (12) справедливо не только для тел сферической формы, но в дипольном приближении (размеры тела много меньше ширины зазора между пластинами) и для тел произвольной формы, поскольку в этом случае является их единственной хараке теристикой, однако только для случая симметричного расположения наведенного дипольного заряда поляризованного тела относительно электродов плоскопараллельного конденсатора, что со(>тветствует минимальному значению С = С„„— Ск.

Наиболее просто .значение 6С устанавливается экспериментально путем перемещения тела вдоль вектора E т.е. в направлении, перпендикулярном электродам конденсатора. учитывая, яте Е = Еа т ЕЕ,E = ",12 I (3)

1,202, из (12) получаем

01591

Е = — — + ДЕ.

ДЕ

25 2d гдейвеличина зазора между пластинами конденсатора; емкость конденсатора; минимальное значение емкости конденсатора; диэлектрическая проницаемость вакуума.

Составитель В.Максименко

Техред М,Ходанич

Корректор М.Максимишинец

Редактор О.йрковецкая

Тираж 557

Подписное

Заказ 3270

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5.Производственно-издательский комбинат Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101

5 16

Способ определения напряженности электрического поля, воздействующего .на тело, помещенное внутри плоского конденсатора, осуществляют следующим образом.

Измеряют величину до d зазора между пластинами конденсатора. Измеряют емкость конденсатора С, Затем в конденсатор помещают заданное тело и снова измеряют емкость конденсатора, Тело перемещают в перпендикулярном пластинам направлении до достижения минимального значения емкости

Сщ„„ конденсатора с помещенным в него телом. Величину напряженности электрического поля при достигнутом положении тела опредЕляют по формуле

Экспериментальная проверка способа показала, что даже при размерах тела, близких к половине величины зазора между пластинами конденсатора, применение способа давало ошибку в определении Е, не превьгпающую 2R, т.е. применимость способа не ограничивается условием дипольного приближения.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Способ определения напряженности электрического поля, воздействующего на тело, помещенное внутри плоского конденсатора, заключающийся в том, что измеряют величину зазора между пластинами конденсатора и емкость конденсатора,-затем в зазор между пластинами помещают тело, вновь измеряют емкость конденсатора, а величину напряженности электрического поля определяют по формуле Е

Яй + ЛЕ; где U — напряжение между пластинами конденсатора; ДЕ = поправка, учитывающая влияние тела,о т л ич а ю шийся тем, что, с целью

15 увеличения точности определения напряженности электрического поля для тел произвольной формы, тело переме- . щают в перпендикулярном пластинам направлении до достижения минимально20 го значения емкости конденсатора

С„ „, а величину поправки ДЕ определяют по формуле