專(zhuān)利名稱(chēng)：一種強(qiáng)電場(chǎng)測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種強(qiáng)電場(chǎng)測(cè)量裝置，屬于電場(chǎng)測(cè)量領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電場(chǎng)的測(cè)量在很多地方都有著重大意義，比如靜電紡絲，高壓線(xiàn)附近居民的居住， 城市環(huán)境污染的監(jiān)控、超凈實(shí)驗(yàn)室和工廠(chǎng)內(nèi)部靜電場(chǎng)的監(jiān)視，以及高壓電器周?chē)妶?chǎng)的控制等。目前對(duì)這些高壓場(chǎng)合的電場(chǎng)測(cè)量一般采用電荷感應(yīng)原理或電磁感應(yīng)原理的傳感 器，這些感應(yīng)式傳感器由于采用感應(yīng)原理，需要把整個(gè)傳感器做成金屬結(jié)構(gòu)，因而具有對(duì)電 場(chǎng)的分布影響比較大、電源問(wèn)題難以解決和信號(hào)較難收集等缺點(diǎn)。除此之外，一般高壓電場(chǎng) 的環(huán)境比較惡劣，如高溫、強(qiáng)輻射等，人不便到達(dá)的地方，需遠(yuǎn)距離采集信號(hào)，限制了這種感 應(yīng)式測(cè)量裝置的應(yīng)用。因此，對(duì)于這些環(huán)境比較惡劣地方的強(qiáng)電場(chǎng)的測(cè)量需要一種具有可靠隔離、抗干 擾能力強(qiáng)的電場(chǎng)測(cè)量?jī)x。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種強(qiáng)電場(chǎng)的測(cè)量裝置，該裝置主要是利用帶電體在電場(chǎng)中的宏觀 受力達(dá)到測(cè)量電場(chǎng)的目的。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提出的一種強(qiáng)電場(chǎng)測(cè)量?jī)x的技術(shù)方案如下測(cè)量 方向部分由測(cè)向用金屬電極、強(qiáng)力磁鐵、小鐵球、導(dǎo)線(xiàn)、絕緣套、雙面反光鏡以及金屬桿組 成，測(cè)向用金屬電極、絕緣套、金屬桿、強(qiáng)力磁鐵、雙面反光鏡之間采用膠粘合的方式，金屬 電極與金屬桿相接導(dǎo)通，小球與導(dǎo)線(xiàn)焊接，其整體懸浮于一透明球形殼里的透明絕緣液體 中，受到電場(chǎng)力的作用時(shí)由于可以任意方向轉(zhuǎn)動(dòng)，便可指出電場(chǎng)方向。強(qiáng)力磁鐵的選用需保 證與之接觸的小鐵球在通電與不通電的情況下均不能脫離開(kāi)來(lái)，選用的材料可以是燒結(jié)鐵 氧體型等絕緣磁鐵，雙面反光鏡可通過(guò)膠把兩單面反光鏡粘合制成。球形殼外表面配合有 另外一透明環(huán)，該透明環(huán)的內(nèi)表面也為球形，與球形殼外表面形成球面配合，其作用是對(duì)轉(zhuǎn) 動(dòng)環(huán)和固定環(huán)定位以及調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)、固定環(huán)的初始位置。轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)外表面均勻固定有六、八、 十等偶數(shù)個(gè)金屬電極(最小值為六個(gè))，固定環(huán)內(nèi)表面對(duì)稱(chēng)固定有兩個(gè)金屬電極，組成強(qiáng)度 測(cè)量部分，固定金屬電極的兩端與環(huán)中心的連線(xiàn)夾角介于60° 90°之間。金屬電極、金 屬桿可由銅、鋁等導(dǎo)電材料制成，絕緣套、轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)、固定環(huán)的材料可以采用尼龍或聚乙烯等 工程塑料，透明殼、透明環(huán)可由有機(jī)玻璃或聚酯等材料制成。強(qiáng)度測(cè)量部分還包括兩個(gè)固定 在固定環(huán)上的反光鏡，其作用是驗(yàn)證固定環(huán)與轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)是否處于初始位置。在待測(cè)電場(chǎng)中，給 固定環(huán)的兩個(gè)金屬電極通直流電后，與之接觸的轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)上的處于對(duì)稱(chēng)位置的金屬電極可以 作為一圓柱形電容器的兩極板，所以會(huì)帶一定電量，進(jìn)而因受到電場(chǎng)力的作用而產(chǎn)生一力 偶，兩切向力會(huì)產(chǎn)生一轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)。由分析可知，轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)上的帶電電極在電場(chǎng)力 的作用下，轉(zhuǎn)過(guò)一角度后因?yàn)槊撾x固定環(huán)的金屬電極而不再帶電，可將其視為帶電荷量為q
3的電極轉(zhuǎn)過(guò)一弧度，形成一段弧形電流。如將單個(gè)電極看成一整體，則當(dāng)IR ^ ED時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng) 環(huán)的轉(zhuǎn)速達(dá)到恒定值，其中I為弧形電流、R為金屬電極電阻值、E為電場(chǎng)強(qiáng)度、D為該電極 在電場(chǎng)方向上的位移。進(jìn)一步物理和數(shù)學(xué)分析可知，qnR/L = ED，式中q為單一電極所帶 電荷量、η為轉(zhuǎn)速、L為電極在帶電時(shí)轉(zhuǎn)過(guò)的弧度。最后可通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)的轉(zhuǎn)速η求出電 場(chǎng)。通過(guò)將轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)上帶電金屬電極在引出電極位置處與外部接通形成閉合回路，用計(jì)數(shù)器 記錄在時(shí)間t內(nèi)的通(斷)電次數(shù)η'，測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)速的引出電極的位置與固定環(huán)上金 屬電極的中心位置成35° 80°夾角，在轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈內(nèi)，引出電極上的電流會(huì)通斷電 各六次，所以只要測(cè)出在時(shí)間t內(nèi)引出電極引出電流的通(斷)電次數(shù)η'，則知轉(zhuǎn)速η = η' /6t，然后計(jì)算出電場(chǎng)強(qiáng)度Ε。為加工和裝配方便，球形透明殼、透明環(huán)均加工成兩半，然后裝配起來(lái)用膠粘住， 因無(wú)特殊要求所以只需一般密封即可。本發(fā)明的電場(chǎng)測(cè)量裝置不受外部條件影響，對(duì)均勻電場(chǎng)和非均勻電場(chǎng)均能測(cè)量， 在非均勻電場(chǎng)中測(cè)量結(jié)果是該區(qū)域內(nèi)的平均值，對(duì)于變化周期遠(yuǎn)大于測(cè)量時(shí)間的變化電 場(chǎng)，可以作為恒定電場(chǎng)來(lái)測(cè)量，測(cè)量結(jié)果為該次測(cè)量時(shí)間內(nèi)的平均電場(chǎng)強(qiáng)度和電場(chǎng)方向。因 為整個(gè)過(guò)程只需考慮所選用的材料不被擊穿，故所測(cè)電場(chǎng)強(qiáng)度范圍比較寬，尤其當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng) 度越大時(shí)轉(zhuǎn)速越大，受到裝置本身影響較小，所以其測(cè)量精度越高。所應(yīng)用的材料比較常 見(jiàn)，成本低，易于批量生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明的俯視裝置示意圖。圖2是電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量部分主視放大示意圖。圖3是電場(chǎng)方向測(cè)量部分主視放大示意圖。圖4是上半部分球形透明殼的截面放大示意圖。圖5是下半部分球形透明殼的截面放大示意圖。圖6是上半部分透明環(huán)的截面放大示意圖。圖7是下半部分透明環(huán)的截面放大示意圖。圖中1-絕緣套；2-金屬桿；3-強(qiáng)力磁鐵；4-雙面反光鏡；5-透明球形殼；5_1_殼 殼配合外曲面；5-2-殼殼配合內(nèi)曲面；5-3-殼環(huán)配合外曲面；6-透明環(huán)；6-1-環(huán)環(huán)配合外 曲面；6-2-環(huán)環(huán)配合內(nèi)曲面；6-3-殼環(huán)配合內(nèi)曲面；7-轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)；8-轉(zhuǎn)動(dòng)金屬電極；9-固定 金屬電極；10-固定環(huán)；11-支架；12-線(xiàn)；13-線(xiàn)定位孔；14、15-反光鏡支撐面；16-透明絕 緣液體；17-小鐵球；18-導(dǎo)線(xiàn)；19-穿線(xiàn)孔；20-導(dǎo)線(xiàn)孔；21-引出電極孔；22-測(cè)向用金屬電 極；23-線(xiàn)固定柱；24-通電孔。其中有絕緣套1、金屬桿2、強(qiáng)力磁鐵3、雙面反光鏡4、測(cè)向用金屬電極22以及小 鐵球17組成電場(chǎng)方向測(cè)量部分，裝配起來(lái)如圖3所示。有轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)7、轉(zhuǎn)動(dòng)金屬電極8、固定 金屬電極9、固定環(huán)10以及反光鏡支撐面14、15上的反光鏡組成電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量部分，裝配起 來(lái)如圖2所示。殼殼配合外曲面5-1與殼殼配合內(nèi)曲面5-2、環(huán)環(huán)配合外曲面6-1與環(huán)環(huán)配 合內(nèi)曲面6-2可采用螺紋連接或用膠粘住。殼環(huán)配合外曲面5-3與殼環(huán)配合內(nèi)曲面6-3形 成球面配合。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的是一種強(qiáng)電場(chǎng)測(cè)量?jī)x，裝置示意圖如圖1所示，它主要包括電場(chǎng)方 向測(cè)量部分如圖3、裝有透明絕緣液體的球形殼5、與透明球形殼的外表面采取球面配合的 透明環(huán)6、與透明環(huán)外表面采取柱面配合的強(qiáng)度測(cè)量部分如圖2，以及對(duì)整個(gè)裝置起定位作 用的支架11。測(cè)量步驟首先根據(jù)測(cè)量環(huán)境將該裝置放入電場(chǎng)中，通過(guò)穿過(guò)導(dǎo)線(xiàn)孔20的導(dǎo)線(xiàn)18 接通外部電源使得吸在強(qiáng)力磁鐵3上的小鐵球17與外部電源接通。然后再通過(guò)各自所接 觸的金屬桿2導(dǎo)通測(cè)向用金屬電極22，兩帶不同電性的測(cè)向用金屬電極22因受電場(chǎng)力的作 用而帶動(dòng)處于懸浮狀態(tài)的整體以任意角度轉(zhuǎn)動(dòng)，指出電場(chǎng)方向。指出電場(chǎng)方向后通過(guò)固定 在線(xiàn)固定柱23上的線(xiàn)12開(kāi)始調(diào)整強(qiáng)度測(cè)量部分的初始位置，用一普通激光筆打出激光，照 在方向測(cè)量部分的雙面反光鏡4的一面上，先拉動(dòng)兩根通過(guò)支架11上線(xiàn)定位孔13的線(xiàn)，使 得該光照到反光鏡支撐面14的反光鏡上，然后調(diào)整另外兩根未通過(guò)支架11上定位孔13的 線(xiàn)12，使得光照在反光鏡支撐面15的反光鏡上，至此，初始位置調(diào)整完畢。線(xiàn)12可以是尼 龍線(xiàn)等，在調(diào)整完裝置的初始位置后，四根線(xiàn)12均處于拉緊狀態(tài)。其中反光鏡支撐面14、15 上均固定有反光鏡，反光鏡支撐面14與雙面反光鏡面、轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)平面之間的夾角與X、 Y、Z的值有關(guān)。當(dāng)為45°時(shí)，Χ = Υ = Ζ。調(diào)整完初始位置后斷掉與測(cè)向用金屬電極22接 通的小鐵球17的電，通過(guò)通電孔24接通兩固定金屬電極9的直流電，與之接觸的動(dòng)電極8 將會(huì)在電場(chǎng)力作用下驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)7轉(zhuǎn)動(dòng)。最后根據(jù)用計(jì)數(shù)器測(cè)出的通斷電次數(shù)η'求出電 場(chǎng)強(qiáng)度E。本發(fā)明的外部直流電源可以是6v、9v等任意直流電源。本發(fā)明所能測(cè)量電場(chǎng)強(qiáng)度的最大值，為所采用的透明絕緣液體16與透明絕緣材 料兩者之間擊穿場(chǎng)強(qiáng)的較小者，所采用的透明絕緣液體16可以是液態(tài)石蠟、蓖麻油、大豆 油等。
權(quán)利要求
一種強(qiáng)電場(chǎng)測(cè)量?jī)x，其特征在于，它主要由電場(chǎng)方向測(cè)量、電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量以及轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)速測(cè)量三部分組成，其中電場(chǎng)方向測(cè)量部分懸浮于透明球形殼里的透明絕緣液體中，對(duì)球形透明殼進(jìn)行密封，該部分包括兩端的金屬電極、強(qiáng)力磁鐵、小鐵球、絕緣套、雙面反光鏡、金屬桿，它們之間用膠粘合，小鐵球上焊接有導(dǎo)線(xiàn)，電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量部分包括轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)、用膠粘在轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)上的轉(zhuǎn)動(dòng)金屬電極、固定環(huán)、固定環(huán)上的兩個(gè)用膠粘的金屬電極、兩個(gè)單面反光鏡固定在固定環(huán)上的反光鏡支撐面上，轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)速測(cè)量部分通過(guò)引出電極引出電流后用計(jì)數(shù)器測(cè)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)電場(chǎng)測(cè)量?jī)x，其特征在于，強(qiáng)力磁鐵可以是燒結(jié)鐵氧 體型等絕緣磁鐵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)電場(chǎng)測(cè)量?jī)x，其特征在于，轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)上均勻固定的轉(zhuǎn) 動(dòng)金屬電極可以是大于6的任意偶數(shù)個(gè)，固定金屬電極的兩端與環(huán)中心的連線(xiàn)夾角介于 60° 90°之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)電場(chǎng)測(cè)量?jī)x，其特征在于，測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)速的引出電 極的位置與固定環(huán)上固定金屬電極的中心位置成35° 80°夾角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)電場(chǎng)測(cè)量?jī)x，其特征在于，反光鏡的兩支撐面與雙面 反光鏡面、轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)平面之間的夾角與X、Y、ζ的值有關(guān)，當(dāng)為45°時(shí)，X = Y = Z0
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)電場(chǎng)測(cè)量?jī)x，其特征在于，轉(zhuǎn)動(dòng)金屬電極、固定金屬電 極、金屬桿可由銅、鋁等材料制成，絕緣套、轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)、固定環(huán)的材料可以采用尼龍或聚乙烯等 絕緣材料，透明殼、透明環(huán)可由有機(jī)玻璃或聚丙烯等絕緣材料制成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種強(qiáng)電場(chǎng)測(cè)量?jī)x，能測(cè)量電場(chǎng)強(qiáng)度和方向，屬于電場(chǎng)測(cè)量領(lǐng)域。該裝置包括方向、強(qiáng)度和轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)速測(cè)量三部分。其中方向測(cè)量部分有金屬電極、強(qiáng)力磁鐵、與外部電源接通的小鐵球、雙面反光鏡以及金屬桿組成，當(dāng)處在電場(chǎng)中時(shí)，兩端的帶電金屬電極自由轉(zhuǎn)動(dòng)，該部分指出電場(chǎng)方向；強(qiáng)度測(cè)量部分包括由絕緣材料制成的固定環(huán)和轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)、導(dǎo)電材料制成的轉(zhuǎn)動(dòng)金屬電極和固定金屬電極以及兩個(gè)反光鏡組成；轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)的轉(zhuǎn)速通過(guò)引出電極引出電流后用計(jì)數(shù)器測(cè)得。本發(fā)明的電場(chǎng)測(cè)量裝置不受外部條件影響，對(duì)均勻電場(chǎng)和非均勻電場(chǎng)均能測(cè)量，測(cè)量電場(chǎng)強(qiáng)度范圍比較寬，尤其當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度越大時(shí)其測(cè)量精度越高，所應(yīng)用的材料比較常見(jiàn)，成本低，易于批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)G01R29/12GK101900769SQ20091008508
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2009年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月1日
發(fā)明者丁玉梅, 何雪濤, 劉勇, 周龍, 楊衛(wèi)民 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)