Оценить реакцию градиентометра на изменение электрического поля при приближении к нему проводящего и диэлектрического тел.
Положим, что в окружающем пространстве действует равномерное электрическое поле. В этом случае силовые и эквипотенциальные линии образуют сетку взаимно перпендикулярных прямых. Если в это поле поместить постороннее тело, то происходит искажение линий поля. На рисунке показано изменение электрического поля при введении проводящего и диэлектрического шара.
Как видно из рисунков, наибольшее изменение напряжённости имеет место в непосредственной близости от внесённых тел. Заряженное тело создаёт ещё большее изменение напряжённости. На лабораторной работе было проведен ряд опытов которые показали что при внесение проводящего тела в электромагнитное поле градиентометра вольтметр откланялся в одну сторону, а при внесение диэлектрика в другую.
Напряженность электрического поля. Характеристика напряженности электрического поля.
Любое электрическое поле характеризуется напряжённостью Е, которая является векторной величиной. В простейшем случае, если поле создано точечным зарядом q, то напряжённость поля в какой-либо точке, находящейся на расстоянии г от заряда в соответствии с законом Кулона, будет E=k*q/r2 где к=1/4*π*ε. Она будет направлена вдоль прямой, соединяющей заряд с рассматриваемой точкой, и называется силовой линией. Кроме силовых линий, электрическое поле зарядов удобно характеризовать эквипотенциальными линиями, которые соединяют на силовых линиях точки, имеющие одинаковые потенциалы. Для одиночного точечного заряда эквипотенциальные линии представляют робой концентрические окружности. Для уединённого тела, несущего совокупность зарядов, конфигурация эквипотенциальных линий будет зависеть от геометрической формы тела и его физических характеристик
Принцип действия, устройство и назначение емкостного генераторного датчика.
Конструктивно емкостной датчик представляет собой две изолированные друг от друга металлические пластины площадью S1 и S2 соответственно. Они расположены в одной плоскости и электрически подключены параллельно к колебательному контуру автогенератора, выполненного на биполярном транзисторе.
Принцип работы заключается в том, что при появлении в электрическом поле, создаваемом датчиком постороннего тела, обладающего проводимостью, образуются электрические ёмкости, величина которых зависит от расстояния, положения, геометрических размеров тела и его расположения относительно датчика. Поскольку эти емкости оказываются подключёнными параллельно колебательному контуру, то происходит изменение его частоты. Таким образом, в этой системе датчик-объект информационным параметром является частота генерации, которая изменяется при воздействии объекта. Количественные характеристики для случая взаимодействия датчика с телом (объектом) с достаточной для практики точностью можно получить только для простейших случаев.
Изменение частоты емкостного генераторного датчика от расстояния проводящего тела до него.
Между пластиной датчика с площадью S1 и металлической плоскостью образуется ёмкость С1=ε*S1/4*π*R и соответственно С2=ε*S2/4*π*R где ε=1,0006 - относительная диэлектрическая проницаемость. Между пластинами датчика также образуется ёмкость СЗ, которая оказывается параллельно включенной ёмкости катушки индуктивности и активного элемента и монтажа автогенератора. Обозначим их С4. В этом случае электрическая схема колебательного контура имеет вид
Эквивалентная ёмкость контура будет Сэкв=С3+С4+С1*С2/(С1+С2)
Частота генерации будет f=1/(2*π*sqrt(L*Cэкв)) L=0.394*r*r*N*N/(9*r+10*l)
N- количество витков r- радиус катушки l – длина катушки
Поскольку С1 и С2 зависят от расстояния, то, очевидно, что частота генерации будет изменятся с изменением расстояния. Таким образом, появление любого проводящего объекта в зоне действия емкостного датчика будет сопровождаться изменением частоты автогенератора. Это изменение частоты может быть измерено различными способами.