专利名称：一种电场测量仪器的标定装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量仪器的标定装置，特别涉及一种电场测量仪器的标定装置。
背景技术：
在国际上，由于电场测量仪被广泛应用于科学测量、航空、航天、工业厂矿等易起静电和易受静电和雷电危害的场所的安全监测预警，研制了多种型式的电场仪，并建立了电场标准或基准，如前苏联建立了24×24×10(m)电场标准系统，美国建立了精度达0.3％的电场标定系统，同时还在肯尼迪航天中心等地建立了电场副标准系统。我国也研制出地面、星、箭载、球载和微火箭电场仪等，以满足科学探测和航空、航天、工业厂矿等易起静电和易受静电和雷电危害的场所的安全监测预警的需要。然而，我国至今尚未建立电场的国家标准和军内标准，电场仪是监测防雷设施的防雷效果、静电监测和雷电预警重要设备之一，对其测量数据的可信度进行检验是十分必要的；为此，我们研制了本实用新型的电场测量仪器的标定装置，以弥补我国目前尚无电场标定设备的欠缺。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种电场测量仪器的标定装置，特别是提供一种适用于旋转式地面电场仪、球载双球式电场仪和微火箭电场仪等多种电场仪的标定装置，以满足用于检验防雷设施的防雷效果和进行静电监测、雷电预警设备——电场测量数据的可信性，即电场数据的可靠性。
本实用新型技术方案如下本实用新型提供的电场测量仪器的标定装置，包括一电容器式电场标定箱9，该电容器式电场标定箱9的横向四周设置有多条等位线12，电容器式电场标定箱9的高电位极板91、等位线12及低电位极板92之间串连有等分电阻13，电容器式电场标定箱9相对的两侧面上分别设有仪器窗口17；
一可控高压电源2，其通过高压输入管14与所述的电容器式电场标定箱9的高电位极板91相连通；一高压检测仪器3，其与所述的电容器式电场标定箱9的高电位极板91相连通；以及一数据采集及显示设备4与待标定电场测量仪器5的输出端相连通。
所述的电容器式电场标定箱9为由间隔100-1000mm，平行放置的高、低电位极板91、92和支撑在高、低电位极板之间置于四角的4根绝缘材料制成的极板支柱10构成的箱体；所述的仪器窗口17由位于高、低电位极板91、92之间由绝缘材料制成的仪器窗口支柱11和两根等位线13组成；所述的电容器式电场标定箱9的高电位极板91两侧端中心处分别设有仪器吊装支架15；所述电容器式电场标定箱9的低电位极板92中心处设有法兰盘16；所述电容器式电场标定箱9的高、低电位极板91、92的边缘为圆弧面形；所述的极板支柱10和仪器窗口支柱11由具有良好刚性和绝缘性，且极化残余电荷少的聚碸或木料制成；其表面成凸凹相间形状。
本实用新型对电场测量仪器进行标定的原理在于将待标定电场测量仪器5放入一个数值已知的均匀标准电场中，通过已知标准电场值与待标定电场仪输出值的比较对待标定电场测量仪器5进行标定。本实用新型根据处于不同电位的两块互相平行，且有无限尺度的导电板之间存在均匀电场的原理，而设计一种平板电容式电场标定箱以两块相距为L的金属平行板为高、低电位极板，以空气为介质，在两极板上加上一已知稳定电压V，则平行金属板之间的电场为E＝V/L，电场的精度取决于电压测量的精度和极板间距离测量的精度。由于两极板尺度有限，在极板之间的边缘处的电力线和等电位线发生畸变，即产生边缘效应，一般认为，在r[r＝(R-R/en)]范围外发生畸变，愈靠近边缘畸变愈严重，其原理是设极板的内接圆半径为R，两极板之间的距离为L，则r范围内线性好，无畸变，r＝(R-R/en)，其中e为常数，等于2.7，n＝R/L；在不设置等位线的情况下，对于1000×1000×500(mm)的标定箱而言，R＝L，n＝1，则r＝(R-R/en)＝R-R/2.7；而在设置等位线的情况下，如设置20条等位线，则r＝(R-R/e20)＝R-R/2.720，r扩大，与R相近似，也就是说，不发生畸变的范围被大大地加大了。
按照上述原理，本实用新型所提供的电场测量仪器的标定装置，可控超高压电源的输出电压通过高压输入管与电容器式电场标定箱相连，高压检测仪的输入端与电容器式电场标定箱相连，数据采集及显示设备对待标定电场测量仪器的输出进行采集和数据处理并显示电场测量仪器的测量值。
按照上述原理，本实用新型的电容器式电场标定箱(参见图2)包括一电容器式电场标定箱体9，电容器式电场标定箱体9的高、低电位极板91和92之间横向间隔安装多条等位线12，高电位极板91上固结有高压输入管14，高电位极板91、等位线12及低电位极板92之间串接等分压电阻13，箱体9左右两侧面各有由仪器窗口支柱11和上下两条等位线12构成的仪器窗口17，箱体9的高电位极板91的左右两边缘中心处各安装一块仪器吊装支架15，箱体9的低电位极板92上的中心处安装一法兰盘16。
在高、低电位极板91、92及等位线12之间串接等分压电阻13可有效地减少边缘效应的影响(请参见图5)，箱体的高、低电位极板由导电性良好的金属板加工而成，上极板通过圆形金属管14与可控高压电源2相连，两极板的边缘加工成大曲率半径的曲面，如圆球形面(参见图3)，可防止高压情况下发生电晕放电、打火；极板支柱10和仪器窗口支柱11由刚性和绝缘性较好，且表面加工成凹凸相间状(请参见图4)可增加其表面电阻，提高绝缘性。
使用本实用新型的电场标定装置对待标定的电场测量仪器进行标定的步骤如下1、检查可控高压电源2和电容器式电场标定箱1及有关仪器的接地是否良好；2、将待标定的电场测量仪器放入电容器式电场标定箱1之内，比如待标定的电场测量仪器为球载双球电场测量仪时，则利用左右两吊装支架15将其吊装在电容器式电场标定箱1内的中心处进行标定；如待标定的电场测量仪为微火箭电场测量仪时，则将其放置在电容器式电场标定箱1内的低电位极板92的中心处；如待标定的电场测量仪器为地面旋转式电场测量仪时，则将其用法兰盘安装在电容器式电场标定箱1内的低电位极板92上的中心处，并使其传感器面与低电位电极板处在同一平面。
3、由于待标定的电场测量仪器的输出值与仪器的转数有直接关系，因此对输出含有转速信息的球载双球电场测量仪和微火箭电场测量仪，用转速监测仪对其进行转速检测，用波形检测仪对其输出的波形进行波形实时监测，监测仪器运行的工作状态。
接好待标定的电场测量仪与转速监测仪及波形监测仪之间的连线，检查并记下待标定的电场测量仪的工作是否正常；并记录下环境条件的有关数据(如温度、湿度、电源的电压、转速等数据)。
4、开启可控高压电源2，从低到高逐步调节可控高压电源2的输出电压V，即调节电容器式电场标定箱1内电场[E＝V/L等于加在两极板间的电压V除以两极板间的距离L]，对于可控高压电源输出的每一电压值读出被标定的电场测量仪的相对应的输出值，然后又从高到低逐步调低可控高压电源2的输出电压值，对于可控高压电源输出的每一电压值读出被标定的电场测量仪的相对应的输出值，这样反复多次，对可控高压电源输出的同一电压值下电场仪的输出值进行平均，得到平均值。
5、以电场(kV/m)为横坐标，以被标定的电场测量仪的输出平均值为纵坐标作出曲线，即为待标定的电场测量仪在某一环境条件下的标定曲线。
本实用新型具有设计原理直观，设备结构简单，造价低，使用安全方便，标定范围宽，线性度好，使用于多种电场测量仪器的标定。
附图简要说明附
图1为本实用新型的结构示意框图；附图2为电容器式电场标定箱的结构示意图；附图3为极板的结构示意图；附图4为极板支柱10和仪器窗口支柱11的结构示意图；附图5电容器式电场标定箱边缘效应影响示意图；附图6为一实施例的标定曲线；附图7为另一实施例的标定曲线；附图8为再一实施例的标定曲线；其中电容器式电场标定箱1 控超高压电源2高压检测仪3 数据采集及显示设备4待标定的电场测量仪5 转速监测仪51波形监测仪52 电容器式电场标定箱体9高压极板91低压极板92极板支柱10仪器窗口支柱11等位线12 等分压电阻13圆形金属管14 吊装支架15法兰盘16 仪器窗口17
具体实施方式
实施例1使用本实用新型的标定装置对球载双球电场测量仪进行标定本实施例1的可控超高压电源2采用BGG脉宽调制型直流电源，输出电压100v～120kv，高压稳定度0.5％，通过圆形金属高压输入管14将可控高压电源2的高压加到电容器式电场标定箱1的上极板(高电位极板91)上，本实施例的电容器式电场标定箱1设计尺寸为1000×1000×1000(mm)，标定范围为0～100kV/m，高压检测设备3由进口的80K-40型高压探头和4位半的数字电压表组合而成，高压测量误差为0.3％，可满足目前的使用要求；极板支柱10和仪器窗口支柱11由刚性和绝缘性较好，且极化残存电荷少的聚碸或木料制成，且表面加工成凸凹相间状；待标定的球载双球电场测量仪通过电容器式电场标定箱1的上极板上的两个吊装支架15吊装在电容器式电场标定箱1内中心处，利用直流电机内部线包产生的反电动势和线包数与电机转数的相关性作为转速监测仪52，进行转速检测，波形监测仪51采用示波器，其得到待标定的球载双球电场测量仪的标定曲线，如图6。图6中，横坐标为本实施例的标定装置的电场值，其单位为kV/m；纵坐标为被标定仪器的电场输出值，其单位为kHz，其当时的标定环境室温为23℃，相对湿度为56％。
实施例2使用本实用新型的标定装置对地面旋转式电场测量仪进行标定与实施例1不同的是本实施例的电容器式电场标定箱1设计尺寸可为1000×1000×100(mm)，将地面旋转式电场测量仪安装在电容器式电场标定箱1内低电位极板92上，并使其传感器面与低电位极板92处在同一平面。由于旋转式电场测量仪的转速是恒定的，则不需要用转速监测仪对地面旋转式电场测量仪进行转速检测；得到该地面旋转式电场测量仪的标定曲线，如图7。图7中，横坐标为本实施例的标定装置的电场值，其单位为kV/m；纵坐标为被标定仪器的电场输出值，其单位为kV/m，其标定环境标定时的室温为26℃，相对湿度为70％。
实施例3使用本实用新型的标定装置标定微火箭电场测量仪与实施例1不同的是本实施例的电容器式电场标定箱1的设计尺寸为1000×1000×500(mm)，但将微火箭电场测量仪安装在电容器式电场标定箱1内低电位极板92的中心处，微火箭电场测量仪将感应的电场信号经过简单处理后调制到1680MHz的载波上发射出去，由数据采集及显示设备的接收部分接收解调后，再经过信号和数据处理，获得微火箭电场测量仪的标定曲线，如图8。图8中，横坐标为本实施例的标定装置的电场值，其单位为V；纵坐标为被标定仪器的电场输出值，其单位为kHz，其曲线为1#理论计算曲线，2#和3#分别为标号为2#和3#被标定的微火箭电场测量仪的标定曲线。
权利要求1.一种电场测量仪器的标定装置，其特征在于，包括一电容器式电场标定箱(9)，该电容器式电场标定箱(9)的横向四周设置有多条等位线(12)，电容器式电场标定箱(9)的高电位极板(91)、等位线(12)及低电位极板(92)之间串连有等分电阻(13)，电容器式电场标定箱(9)相对的两侧面上分别设有仪器窗口(17)；一可控高压电源(2)，其通过高压输入管(14)与所述的电容器式电场标定箱(9)的高电位极板(91)相连通；一高压检测仪器(3)，其与所述的电容器式电场标定箱(9)的高电位极板(91)相连通；以及一数据采集及显示设备(4)与待标定电场测量仪器(5)的输出端相连通。
2.按权利要求1所述的电场测量仪器的标定装置，其特征在于，所述的电容器式电场标定箱(9)为由间隔0.1-1米平行放置的高、低电位极板(91、92)和支撑在高、低电位极板之间四角的4根绝缘材料制成的极板支柱(10)构成的箱体。
3.按权利要求1所述的电场测量仪器的标定装置，其特征在于，所述的仪器窗口(17)由位于高、低电位极板(91、92)之间由绝缘材料制成的仪器窗口支柱(11)和两根等位线(13)组成。
3.按权利要求1所述的电场测量仪器的标定装置，其特征在于，所述的电容器式电场标定箱(9)的高电位极板(91)两侧端分别设有仪器吊装支架(15)。
4.按权利要求1所述的电场测量仪器的标定装置，其特征在于，所述电容器式电场标定箱(9)的低电位极板(92)中心处设有法兰盘(16)。
6.按权利要求1所述的电场测量仪器的标定装置，其特征在于，所述电容器式电场标定箱(9)的高、低电位极板(91、92)的边缘为圆弧面形。
7.按权利要求2所述的电场测量仪器的标定装置，其特征在于，所述的极板支柱(10)由具有良好刚性和绝缘性，且极化残存电荷少的聚碸或木料制成；其表面承凸凹相间形状。
8.按权利要求3所述的电场测量仪器的标定装置，其特征在于，所述的仪器窗口支柱(11)由具有良好刚性和绝缘性，且极化残存电荷少的聚碸或木料制成；其表面承凸凹相间形状。
专利摘要本实用新型涉及的电场测量仪器的标定装置，包括电容器式电场标定箱，其横向四周设置有多条等位线，标定箱的高电位极板、等位线及低电位极板之间串连有等分电阻，标定箱相对的两侧面上分别设有仪器窗口；可控高压电源和高压检测仪器分别与标定箱高电位极板相连通；一数据采集及显示设备与待标定电场测量仪器的输出端相连通；本实用新型具有设计结构简单、造价低、使用安全方便、标定范围宽、线性好，适用于多种形式电场仪标定的特点；主要用于球载双球电场仪、微火箭电场仪和地面旋转式电场仪等电场仪的标定。
文档编号G01R29/12GK2694287SQ200420006920
公开日2005年4月20日 申请日期2004年3月9日 优先权日2004年3月9日
发明者罗福山, 何渝晖, 张健, 庄洪春 申请人:中国科学院空间科学与应用研究中心