專利名稱：一種電場測量儀器的標定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種測量儀器的標定裝置，特別涉及一種電場測量儀器的標定裝置。
背景技術(shù)：
在國際上，由于電場測量儀被廣泛應(yīng)用于科學(xué)測量、航空、航天、工業(yè)廠礦等易起靜電和易受靜電和雷電危害的場所的安全監(jiān)測預(yù)警，研制了多種型式的電場儀，并建立了電場標準或基準，如前蘇聯(lián)建立了24×24×10(m)電場標準系統(tǒng)，美國建立了精度達0.3％的電場標定系統(tǒng)，同時還在肯尼迪航天中心等地建立了電場副標準系統(tǒng)。我國也研制出地面、星、箭載、球載和微火箭電場儀等，以滿足科學(xué)探測和航空、航天、工業(yè)廠礦等易起靜電和易受靜電和雷電危害的場所的安全監(jiān)測預(yù)警的需要。然而，我國至今尚未建立電場的國家標準和軍內(nèi)標準，電場儀是監(jiān)測防雷設(shè)施的防雷效果、靜電監(jiān)測和雷電預(yù)警重要設(shè)備之一，對其測量數(shù)據(jù)的可信度進行檢驗是十分必要的；為此，我們研制了本實用新型的電場測量儀器的標定裝置，以彌補我國目前尚無電場標定設(shè)備的欠缺。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種電場測量儀器的標定裝置，特別是提供一種適用于旋轉(zhuǎn)式地面電場儀、球載雙球式電場儀和微火箭電場儀等多種電場儀的標定裝置，以滿足用于檢驗防雷設(shè)施的防雷效果和進行靜電監(jiān)測、雷電預(yù)警設(shè)備——電場測量數(shù)據(jù)的可信性，即電場數(shù)據(jù)的可靠性。
本實用新型技術(shù)方案如下本實用新型提供的電場測量儀器的標定裝置，包括一電容器式電場標定箱9，該電容器式電場標定箱9的橫向四周設(shè)置有多條等位線12，電容器式電場標定箱9的高電位極板91、等位線12及低電位極板92之間串連有等分電阻13，電容器式電場標定箱9相對的兩側(cè)面上分別設(shè)有儀器窗口17；
一可控高壓電源2，其通過高壓輸入管14與所述的電容器式電場標定箱9的高電位極板91相連通；一高壓檢測儀器3，其與所述的電容器式電場標定箱9的高電位極板91相連通；以及一數(shù)據(jù)采集及顯示設(shè)備4與待標定電場測量儀器5的輸出端相連通。
所述的電容器式電場標定箱9為由間隔100-1000mm，平行放置的高、低電位極板91、92和支撐在高、低電位極板之間置于四角的4根絕緣材料制成的極板支柱10構(gòu)成的箱體；所述的儀器窗口17由位于高、低電位極板91、92之間由絕緣材料制成的儀器窗口支柱11和兩根等位線13組成；所述的電容器式電場標定箱9的高電位極板91兩側(cè)端中心處分別設(shè)有儀器吊裝支架15；所述電容器式電場標定箱9的低電位極板92中心處設(shè)有法蘭盤16；所述電容器式電場標定箱9的高、低電位極板91、92的邊緣為圓弧面形；所述的極板支柱10和儀器窗口支柱11由具有良好剛性和絕緣性，且極化殘余電荷少的聚碸或木料制成；其表面成凸凹相間形狀。
本實用新型對電場測量儀器進行標定的原理在于將待標定電場測量儀器5放入一個數(shù)值已知的均勻標準電場中，通過已知標準電場值與待標定電場儀輸出值的比較對待標定電場測量儀器5進行標定。本實用新型根據(jù)處于不同電位的兩塊互相平行，且有無限尺度的導(dǎo)電板之間存在均勻電場的原理，而設(shè)計一種平板電容式電場標定箱以兩塊相距為L的金屬平行板為高、低電位極板，以空氣為介質(zhì)，在兩極板上加上一已知穩(wěn)定電壓V，則平行金屬板之間的電場為E＝V/L，電場的精度取決于電壓測量的精度和極板間距離測量的精度。由于兩極板尺度有限，在極板之間的邊緣處的電力線和等電位線發(fā)生畸變，即產(chǎn)生邊緣效應(yīng)，一般認為，在r[r＝(R-R/en)]范圍外發(fā)生畸變，愈靠近邊緣畸變愈嚴重，其原理是設(shè)極板的內(nèi)接圓半徑為R，兩極板之間的距離為L，則r范圍內(nèi)線性好，無畸變，r＝(R-R/en)，其中e為常數(shù)，等于2.7，n＝R/L；在不設(shè)置等位線的情況下，對于1000×1000×500(mm)的標定箱而言，R＝L，n＝1，則r＝(R-R/en)＝R-R/2.7；而在設(shè)置等位線的情況下，如設(shè)置20條等位線，則r＝(R-R/e20)＝R-R/2.720，r擴大，與R相近似，也就是說，不發(fā)生畸變的范圍被大大地加大了。
按照上述原理，本實用新型所提供的電場測量儀器的標定裝置，可控超高壓電源的輸出電壓通過高壓輸入管與電容器式電場標定箱相連，高壓檢測儀的輸入端與電容器式電場標定箱相連，數(shù)據(jù)采集及顯示設(shè)備對待標定電場測量儀器的輸出進行采集和數(shù)據(jù)處理并顯示電場測量儀器的測量值。
按照上述原理，本實用新型的電容器式電場標定箱(參見圖2)包括一電容器式電場標定箱體9，電容器式電場標定箱體9的高、低電位極板91和92之間橫向間隔安裝多條等位線12，高電位極板91上固結(jié)有高壓輸入管14，高電位極板91、等位線12及低電位極板92之間串接等分壓電阻13，箱體9左右兩側(cè)面各有由儀器窗口支柱11和上下兩條等位線12構(gòu)成的儀器窗口17，箱體9的高電位極板91的左右兩邊緣中心處各安裝一塊儀器吊裝支架15，箱體9的低電位極板92上的中心處安裝一法蘭盤16。
在高、低電位極板91、92及等位線12之間串接等分壓電阻13可有效地減少邊緣效應(yīng)的影響(請參見圖5)，箱體的高、低電位極板由導(dǎo)電性良好的金屬板加工而成，上極板通過圓形金屬管14與可控高壓電源2相連，兩極板的邊緣加工成大曲率半徑的曲面，如圓球形面(參見圖3)，可防止高壓情況下發(fā)生電暈放電、打火；極板支柱10和儀器窗口支柱11由剛性和絕緣性較好，且表面加工成凹凸相間狀(請參見圖4)可增加其表面電阻，提高絕緣性。
使用本實用新型的電場標定裝置對待標定的電場測量儀器進行標定的步驟如下1、檢查可控高壓電源2和電容器式電場標定箱1及有關(guān)儀器的接地是否良好；2、將待標定的電場測量儀器放入電容器式電場標定箱1之內(nèi)，比如待標定的電場測量儀器為球載雙球電場測量儀時，則利用左右兩吊裝支架15將其吊裝在電容器式電場標定箱1內(nèi)的中心處進行標定；如待標定的電場測量儀為微火箭電場測量儀時，則將其放置在電容器式電場標定箱1內(nèi)的低電位極板92的中心處；如待標定的電場測量儀器為地面旋轉(zhuǎn)式電場測量儀時，則將其用法蘭盤安裝在電容器式電場標定箱1內(nèi)的低電位極板92上的中心處，并使其傳感器面與低電位電極板處在同一平面。
3、由于待標定的電場測量儀器的輸出值與儀器的轉(zhuǎn)數(shù)有直接關(guān)系，因此對輸出含有轉(zhuǎn)速信息的球載雙球電場測量儀和微火箭電場測量儀，用轉(zhuǎn)速監(jiān)測儀對其進行轉(zhuǎn)速檢測，用波形檢測儀對其輸出的波形進行波形實時監(jiān)測，監(jiān)測儀器運行的工作狀態(tài)。
接好待標定的電場測量儀與轉(zhuǎn)速監(jiān)測儀及波形監(jiān)測儀之間的連線，檢查并記下待標定的電場測量儀的工作是否正常；并記錄下環(huán)境條件的有關(guān)數(shù)據(jù)(如溫度、濕度、電源的電壓、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù))。
4、開啟可控高壓電源2，從低到高逐步調(diào)節(jié)可控高壓電源2的輸出電壓V，即調(diào)節(jié)電容器式電場標定箱1內(nèi)電場[E＝V/L等于加在兩極板間的電壓V除以兩極板間的距離L]，對于可控高壓電源輸出的每一電壓值讀出被標定的電場測量儀的相對應(yīng)的輸出值，然后又從高到低逐步調(diào)低可控高壓電源2的輸出電壓值，對于可控高壓電源輸出的每一電壓值讀出被標定的電場測量儀的相對應(yīng)的輸出值，這樣反復(fù)多次，對可控高壓電源輸出的同一電壓值下電場儀的輸出值進行平均，得到平均值。
5、以電場(kV/m)為橫坐標，以被標定的電場測量儀的輸出平均值為縱坐標作出曲線，即為待標定的電場測量儀在某一環(huán)境條件下的標定曲線。
本實用新型具有設(shè)計原理直觀，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，造價低，使用安全方便，標定范圍寬，線性度好，使用于多種電場測量儀器的標定。
附圖簡要說明附

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意框圖；附圖2為電容器式電場標定箱的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3為極板的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4為極板支柱10和儀器窗口支柱11的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖5電容器式電場標定箱邊緣效應(yīng)影響示意圖；附圖6為一實施例的標定曲線；附圖7為另一實施例的標定曲線；附圖8為再一實施例的標定曲線；其中電容器式電場標定箱1 控超高壓電源2高壓檢測儀3 數(shù)據(jù)采集及顯示設(shè)備4待標定的電場測量儀5 轉(zhuǎn)速監(jiān)測儀51波形監(jiān)測儀52 電容器式電場標定箱體9高壓極板91低壓極板92極板支柱10儀器窗口支柱11等位線12 等分壓電阻13圓形金屬管14 吊裝支架15法蘭盤16 儀器窗口17
具體實施方式
實施例1使用本實用新型的標定裝置對球載雙球電場測量儀進行標定本實施例1的可控超高壓電源2采用BGG脈寬調(diào)制型直流電源，輸出電壓100v～120kv，高壓穩(wěn)定度0.5％，通過圓形金屬高壓輸入管14將可控高壓電源2的高壓加到電容器式電場標定箱1的上極板(高電位極板91)上，本實施例的電容器式電場標定箱1設(shè)計尺寸為1000×1000×1000(mm)，標定范圍為0～100kV/m，高壓檢測設(shè)備3由進口的80K-40型高壓探頭和4位半的數(shù)字電壓表組合而成，高壓測量誤差為0.3％，可滿足目前的使用要求；極板支柱10和儀器窗口支柱11由剛性和絕緣性較好，且極化殘存電荷少的聚碸或木料制成，且表面加工成凸凹相間狀；待標定的球載雙球電場測量儀通過電容器式電場標定箱1的上極板上的兩個吊裝支架15吊裝在電容器式電場標定箱1內(nèi)中心處，利用直流電機內(nèi)部線包產(chǎn)生的反電動勢和線包數(shù)與電機轉(zhuǎn)數(shù)的相關(guān)性作為轉(zhuǎn)速監(jiān)測儀52，進行轉(zhuǎn)速檢測，波形監(jiān)測儀51采用示波器，其得到待標定的球載雙球電場測量儀的標定曲線，如圖6。圖6中，橫坐標為本實施例的標定裝置的電場值，其單位為kV/m；縱坐標為被標定儀器的電場輸出值，其單位為kHz，其當時的標定環(huán)境室溫為23℃，相對濕度為56％。
實施例2使用本實用新型的標定裝置對地面旋轉(zhuǎn)式電場測量儀進行標定與實施例1不同的是本實施例的電容器式電場標定箱1設(shè)計尺寸可為1000×1000×100(mm)，將地面旋轉(zhuǎn)式電場測量儀安裝在電容器式電場標定箱1內(nèi)低電位極板92上，并使其傳感器面與低電位極板92處在同一平面。由于旋轉(zhuǎn)式電場測量儀的轉(zhuǎn)速是恒定的，則不需要用轉(zhuǎn)速監(jiān)測儀對地面旋轉(zhuǎn)式電場測量儀進行轉(zhuǎn)速檢測；得到該地面旋轉(zhuǎn)式電場測量儀的標定曲線，如圖7。圖7中，橫坐標為本實施例的標定裝置的電場值，其單位為kV/m；縱坐標為被標定儀器的電場輸出值，其單位為kV/m，其標定環(huán)境標定時的室溫為26℃，相對濕度為70％。
實施例3使用本實用新型的標定裝置標定微火箭電場測量儀與實施例1不同的是本實施例的電容器式電場標定箱1的設(shè)計尺寸為1000×1000×500(mm)，但將微火箭電場測量儀安裝在電容器式電場標定箱1內(nèi)低電位極板92的中心處，微火箭電場測量儀將感應(yīng)的電場信號經(jīng)過簡單處理后調(diào)制到1680MHz的載波上發(fā)射出去，由數(shù)據(jù)采集及顯示設(shè)備的接收部分接收解調(diào)后，再經(jīng)過信號和數(shù)據(jù)處理，獲得微火箭電場測量儀的標定曲線，如圖8。圖8中，橫坐標為本實施例的標定裝置的電場值，其單位為V；縱坐標為被標定儀器的電場輸出值，其單位為kHz，其曲線為1#理論計算曲線，2#和3#分別為標號為2#和3#被標定的微火箭電場測量儀的標定曲線。
權(quán)利要求1.一種電場測量儀器的標定裝置，其特征在于，包括一電容器式電場標定箱(9)，該電容器式電場標定箱(9)的橫向四周設(shè)置有多條等位線(12)，電容器式電場標定箱(9)的高電位極板(91)、等位線(12)及低電位極板(92)之間串連有等分電阻(13)，電容器式電場標定箱(9)相對的兩側(cè)面上分別設(shè)有儀器窗口(17)；一可控高壓電源(2)，其通過高壓輸入管(14)與所述的電容器式電場標定箱(9)的高電位極板(91)相連通；一高壓檢測儀器(3)，其與所述的電容器式電場標定箱(9)的高電位極板(91)相連通；以及一數(shù)據(jù)采集及顯示設(shè)備(4)與待標定電場測量儀器(5)的輸出端相連通。
2.按權(quán)利要求1所述的電場測量儀器的標定裝置，其特征在于，所述的電容器式電場標定箱(9)為由間隔0.1-1米平行放置的高、低電位極板(91、92)和支撐在高、低電位極板之間四角的4根絕緣材料制成的極板支柱(10)構(gòu)成的箱體。
3.按權(quán)利要求1所述的電場測量儀器的標定裝置，其特征在于，所述的儀器窗口(17)由位于高、低電位極板(91、92)之間由絕緣材料制成的儀器窗口支柱(11)和兩根等位線(13)組成。
3.按權(quán)利要求1所述的電場測量儀器的標定裝置，其特征在于，所述的電容器式電場標定箱(9)的高電位極板(91)兩側(cè)端分別設(shè)有儀器吊裝支架(15)。
4.按權(quán)利要求1所述的電場測量儀器的標定裝置，其特征在于，所述電容器式電場標定箱(9)的低電位極板(92)中心處設(shè)有法蘭盤(16)。
6.按權(quán)利要求1所述的電場測量儀器的標定裝置，其特征在于，所述電容器式電場標定箱(9)的高、低電位極板(91、92)的邊緣為圓弧面形。
7.按權(quán)利要求2所述的電場測量儀器的標定裝置，其特征在于，所述的極板支柱(10)由具有良好剛性和絕緣性，且極化殘存電荷少的聚碸或木料制成；其表面承凸凹相間形狀。
8.按權(quán)利要求3所述的電場測量儀器的標定裝置，其特征在于，所述的儀器窗口支柱(11)由具有良好剛性和絕緣性，且極化殘存電荷少的聚碸或木料制成；其表面承凸凹相間形狀。
專利摘要本實用新型涉及的電場測量儀器的標定裝置，包括電容器式電場標定箱，其橫向四周設(shè)置有多條等位線，標定箱的高電位極板、等位線及低電位極板之間串連有等分電阻，標定箱相對的兩側(cè)面上分別設(shè)有儀器窗口；可控高壓電源和高壓檢測儀器分別與標定箱高電位極板相連通；一數(shù)據(jù)采集及顯示設(shè)備與待標定電場測量儀器的輸出端相連通；本實用新型具有設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單、造價低、使用安全方便、標定范圍寬、線性好，適用于多種形式電場儀標定的特點；主要用于球載雙球電場儀、微火箭電場儀和地面旋轉(zhuǎn)式電場儀等電場儀的標定。
文檔編號G01R29/12GK2694287SQ200420006920
公開日2005年4月20日 申請日期2004年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月9日
發(fā)明者羅福山, 何渝暉, 張健, 莊洪春 申請人:中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心