Приборы для исследования статической электризации

Требования к приборам для измерения зарядов СЭ и создаваемого ими электрического поля определяются специфическими особенностями СЭ. Характерным для СЭ является то, что скопления зарядов чаще всего на­блюдаются на диэлектриках, при этом энергия электри­ческого поля зарядов СЭ невелика. Это исключает воз­можность непосредственного подключения измеритель­ных приборов к наэлектризованным объектам.

К приборам для измерения СЭ предъявляются сле­дующие требования:

1. Минимальное потребление энергии от наэлектризо­ванного объекта.

2. Большое входное сопротивление приборов, исполь­зуемых для измерений через электрическую индукцию и по методу измерения потенциала на известной емкости (не менее 10¹² Ом).

3. Малое входное сопротивление приборов, исполь­зуемых для измерения токов электризации в непрерыв­ных процессах. Это позволяет снизить требования к со­противлению изоляции объекта и повысить точность измерений.

К специальным требованиям относится безопасность применения приборов в пожаро- и взрывоопасных сре­дах. Конструкции датчиков приборов и их питание долж­ны исключать возможность появления разрядов от ис­точников питания и СЭ.

По своему назначению приборы разделяются на при­боры для измерения потенциалов и напряженности -поля зарядов СЭ и для измерения токов электризации.

Для измерения потенциалов и напряженности элек­трического поля СЭ применяются приборы: электроста­тические; электронные электрометры; динамические электрометры и электрометры с датчиками ионизирую­щего излучения.

Измерение токов электризации может осуществлять­ся магнитоэлектрическими приборами и измерительны­ми компенсационными усилителями.

При измерениях тока по методу падения напряже­ния на известном сопротивлении пригодны все приборы, предназначенные для измерений потенциалов электри­ческого поля.

Электростатические приборы основаны на отклонении подвиж­ной системы отсчета непосредственно под действием сил электриче­ского поля. В производственной практике для измерения параметров СЭ широкое распространение получили статические вольтметры. Измерительное устройство этих приборов представляет собой конден­сатор с системой подвижных электродов. Промышленность выпускает несколько видов статических вольтметров и киловольтметров.

Основу электронного электрометра составляет электрометриче­ская лампа, работающая в режиме «свободной сетки» (с очень ма­лыми сеточными токами). Входное сопротивление прибора в этом случае определяется сопротивлением изоляции управляющей сетки и достигает 10¹⁵ Ом. Изменение потенциала управляющей сетки под действием индуцированных или сообщенных ей зарядов меняет анод­ный ток лампы. Электрическая лампа обычно размещается в датчике электрометра, а ее сетка соединяется непосредственно с зондом. Датчик связан с блоком питания и усилительным блоком, выпол­няемым обычно на транзисторах. В измерительном блоке размещает­ся стрелочный индикатор.

Электродинамический электрометр основан на принципе периоди­ческой модуляции заряда, индуцированного на измерительном элек­троде электрическим полем СЭ. Различают два типа электрометров: с вращающимся заземленным экраном, периодически закрывающим измерительный электрод от воздействия исследуемого электрического поля зарядов СЭ, и с динамическим конденсатором, у которого емкость периодически меняется. В первом случае крыльчатка, вра­щающаяся электродвигателем, экранирует измерительный электрод, в результате чего на сопротивлении в цепи заземления измеритель­ного электрода появляется сигнал переменного тока, значение кото­рого зависит от параметров измеряемого поля. Сигнал усиливается усилителем переменного тока и подается на стрелочный индикатор.

Таблица 2

Характеристики некоторых типов приборов, применяемых для исследования параметров статического электричества

Название и тип прибора	Пределы измеряемых параметров по паспорту	Входное сопротив­ление, Ом	Питание, В	Исполнение
Индикатор ста­тического элек-	Потенциал до 40000 В	—	Без питания	Взрывозащи-щенное
тричества ЛШЭП-1 и МИЭП-2
Статический вольтметр С-50	Напряжение до 30—3000 В	1010	6—127—220	Обычное
Статический вольтметр с датчиком СМ-2/С-Э5	Потенциал поверх­ности 30—3000 В	Ю10	1,6	Взрывозащи-щенное
Электрометр электронный ГЖ-2-ЗА	Потенциал поверх­ности 100— 500000 В; поверх­ностный заряд 0,2—20 мкКл/м2	10"	1,5	Обычное
То же ИСЭП-9	Напряженность электрического поля до 2,6-106 В/м	10»	1,5	_Взрывозащи-щенное
То же П2-1	Напряжение 0,3— 3 В; напряжен­ность электриче­ского поля 102— 5-10= В/м	Ю1*	3—127—220	Обычное
То же П2-2	Напряжение 0— 25000 В	Ю14	1,6	Взрывозащи щенное
Динамический электрометр с вращающимся экраном ВИНЭП-2	Напряженность электрического поля 3-Ю5— 24-10° В/м			То же
То же ИНЭП-1	Напряженность электрического поля 4-Ю3— 25-10* В/м		127/220	Обычное
То же СД-2	Напряженность электрического поля 5-Ю3— 5-10* В/м			То же

/

Продолжение табл. 2

Название й тп прибора	Пределы измеряемых параметроо по паспО|)ту		Питание, В	Исполнение
Динамический электрометр с вращающимся экраном ПЗСЭ-73 Электрометр с динамическим конденсатором ЭД-05 То же ЭД-05М То же ИТ-6801 Микроампер-кметр М-95 Измерительный усилитель по­стоянного тока И-37 с само­писцем Н-37 Дистанционный влектростато-метр с радио­активным дат­чиком ДЭС	Напряжение 0— 15000 В Напряжение 0— 50 В Напряжение 0— 60 В; ток 10-"— 10-" А Напряжение 10" 5— 10"гВ; ток Ю-7— Ю-5 А Ток Ю-7—10-* А Ток 10-7— 5-10-» А Напряженное ть электрического поля до 3-Ю6 В/м	10" 10» 10" До 10» До 10	220 Сжатый воз­дух 4 атм. 6—127—220 • 220	Обычное а а а а в Взрывозащи-щенное

Приборы такого типа отличаются высокой чувстаительностью, на­дежностью и стабильностью в работе. Большим достоинством прибо­ров является возможность их длительной непрерывной работы, что позволяет осуществлять нх монтаж для контроля СЭ в аппаратах непрерывной технологии. Датчик прибора может быть удален от усилительного блока на расстояние, измеряемое десятками и сотнями метроа. Динамические электрометры с вращающейся крыльчаткой изготовляют также в виде малогабаритных пистолетов с автономным питанием для экспресс-измерений и приближенных оценок электри­зации.

В электрометре с динамическим конденсатором за счет периоди­ческого изменения зазора между его обкладками изменяется его емкость. Таким образом, при постоянном заряде на его обкладках меняется потенциал на конденсаторе, который в дальнейшем усили­вается и подается на стрелочный индикатор. При наличии соответст­вующих градуировок прибор может быть использоаан для измерения

потенциалов и напряженности электрического поля. Прибор имеет высокую чувствительность, обладает надежностью в работе, однако не пригоден для выполнения непрерывных измерений. Это обуслов­лено тем, что через сопротивление изоляции конденсатора на неза-земленную обкладку под действием измеряемого напряжения посте­пенно натекает электрический заряд, компенсирующий заряд, индуци­рованный электрическим полем. В конечном счете показания элек­трометра спадают до нуля. Для того чтобы возобновить измерения, датчик с динамическим конденсатором удаляют из области измеряе­мого электрического поля, разряжают динамический конденсатор и только после этого возобновляют измерения.

Принцип действия электрометра с источником ионизирующего излучения состоит в том, что о величине напряженности или потен­циала судят по току, который протекает под действием исследуемого электрического поля на зонд датчика из объема воздуха, ионизиро­ванного установленным в датчике радиоактивным источником. Дат­чик прибора, включающий в себя электронную лампу, может быть связан с измерительным блоком и блоком питания длинным кабелем (сотни метров), что делает его пригодным для дистанционных изме­рений. Достоинством приборов такого типа является возможность осуществления длительных непрерывных измерений.

Для измерения токов статической электризации в непрерывных процессах используются приборы, имеющие низкое входное сопротив­ление при высокой чувствительности. Для этих целей пригодны обычные микроамперметры со световым индикатором. Наибольшую чувствительность имеют гальванометрические усилители тока компен­сационного типа. Они обладают очень низким входным сопротивле­нием и, помимо стрелочного индикатора, имеют выход для записи показаний самописцем.

Данные основных приборов, применяемых для измерения пара­метров СЭ, сведены в табл. 2.