一种高精度宽量程的大气电场标定系统技术方案

本发明专利技术涉及一种高精度宽量程的大气电场标定系统，该大气电场标定系统包括电场发生器(21)，直流高压电源(22)，直流中压电源(23)，直流低压电源(24)，高精度高压电表(25)，数字电表(26)，高精度数字电表(27)和数据采集卡(28)，等精度通用计数器(29)，通用示波器(210)，通用计算机和数据处理模块(211)、超级隔离变压器(213)，独立专用接地线(214)等组成大气电场标定系统，其特征在于，所述的高精度宽量程大气电场标定系统最关键的设备是模拟电场发生器(21)，满足高低电位板的直径和间距比≥3。本发明专利技术的电场标定系统总设计误差为1％。电场标定范围是0-100kV/m，精度高，量程宽，抗干扰强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种对衡量测量仪器性能的标定系统，特别涉及一种用作气象部门的行业标准的高精度宽量程的大气电场标定系统。
技术介绍
大气电场是雷暴、冰雹、沙尘暴和地震等形成过程中主要特征性参数之一，电场测量是确保航天器安全升空，天气预报，研究空间环境和空间物理、空间天气学的重要手段。长期以来电场的探测与研究引起了多学科科技人员的关注。国际上，电场测量仪被广泛应用于科学测量、高压直流电力传输线附近静电环境的监测、航天器的升空安全保障、工业厂矿(如造纸厂、壁纸厂、印刷厂、炼油厂、炸药厂、储油站和矿山)等易起静电、易受静电和雷电危害的场所的安全监测与预警。研制了地面、机载、球载、箭载、星载电场仪，并建立了电场标准或基准的电场标定系统。前苏联建立了 24X 24X IOm电场标准系统;美国建立了精度达O. 3%的电场标定系统气IEEE在1990年颁布了一份直流电场强度测量的技术标准，该标准于1990年10月12日通过了美国国家标准协会的认证。该标准电场的标定精度定为I %。我国虽然对电场测量仪器研制起步较晚，但也有40余年的历史，研制的单位有10余家。我国现在运行的地面电场仪有数百台，主要用于对灾害性天气的预警。然而，电场是我国目前唯一没有建立国家标准或基准的电学参量。不论是地面电场仪，还是电场探空仪，由于我国未建立统一的电场标准的标定系统，其测量数值的真实性或可信性难以确定。如2006年国家气象局组织目前在我国使用的大气电场仪的国内外生产厂家在云南西双版纳地区进行了为期4个月的比对试验。结果不同单位研制的同一类型仪器在同一地点同一时间测量的结果相差很大。建立国家统一的电场标准和电场标定系统，以确保电场测量仪器的规范化和性能的一致性。有助于IS09000质量管理和质量保证的贯彻，为进一步提升我国的自主创新能力提供技术支撑。弥补我国电学诸参量中惟独没有电场标准的缺陷，填补国内空白。专利号ZL 200420006920. 6公布了一种电场测量仪器的标定装置，尽管它具有线性好，能用于地面电场仪、球载双球电场仪和微火箭电场仪的标定。但是由于当时的技术条件限制，误差较大，为9%左右，已满足不了电场测量日益提高的要求，标定时操作和数据的记录完全采用人工方式，数据的真实性也很难避免人为因素的影响。本电场标定系统的建成，既可以作为电场仪的标定，又可以作为电场模拟信号源，本系统设计误差I %，实际的均方根误差为O. 365% .，几乎接近美国的高精度电场标定系统O. 3%的误差，电场仪的低端的标定也从ZL 200420006920. 6的500V/m降低到5V/m，几乎提高了 100倍，尤其在标定过程中，采用自动控制与记录，避免了人为因素的影响，能真实的代表被标定电场仪本身的性倉泛。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，建立一个高精度的电场标定系统，要求系统精度高、量程宽、抗干扰性强，总设计误差为1%，并研制出能产生均匀而恒定电场的模拟电场发生器。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供的一种高精度宽量程的大气电场标定系统，该大气电场标定系统包括不锈钢模拟电场发生器21、用于产生提供大气电场标定系统OV/m-100kV/m的模拟电场、高稳定度的直流高压电源22、直流中压电源23及直流低压电源24分别提供施加在模拟电场发生器21中的不锈钢高电位板I和低电位板2之间的0-20kV各种数值的电压、高精度高压电表25、数字电表26、高精度数字电表27和A/D数据采集卡28、等精度通用计数器29、通用示波器210、通用计算机和控制及数据处理模块211、超级隔离变压器213。独立专用接地线214，其特征在于，所述的模拟电场发生器包括一个底座28和固定在该底座28上的圆柱形不锈钢屏蔽外罩29，所述的圆柱形不锈钢屏蔽外罩29的内部同轴设置由两块相互平行的圆形不锈钢制高电位板I和低电位板2构成模拟电场发生器主体的平行板电容器；所述的圆柱形不锈钢屏蔽外罩29上设有高绝缘接线柱11和低压接线柱12,所述的高绝缘接线柱11与高电位板相连接，所述的低压接线柱12与低电位板相连接，所述的不锈钢制高电位板I和低电位板2的直径和间距比> 3(注不同的比有不同的误差，比值愈大，精度愈高，但加工愈困难。)。5是本设计的最佳比值。·作为上述技术方案的一种改进，所述的不锈钢低电位板I的中心处有一开孔，并通过不锈钢法兰盘3放置电场仪探头，该电场仪探头突出低电位板的部分最高为40mm，在不影响误差的情况下，最大只能是40mm。作为上述技术方案的另一种改进，所述的不锈钢高电位板I和低电位板2之间，沿板边缘等距安装有若干导电环5和等分压电阻6构成等电位层，减少边缘效应的影响。作为上述技术方案的另一种改进，所述的高电位板I、低电位板2和法兰盘3采用无磁性304#不锈钢制成。高电位板I和低电位板2设计为圆板形。作为上述技术方案的另一种改进，所述的不锈钢屏蔽外罩9的半径和电位板半径之比值，为两电位板之间距离的2. 5倍。作为上述技术方案的另一种改进，所述的直流高压电源22，直流中压电源23，直流低压电源24分别提供范围介于0-20kV的输出电压，确保了模拟电场发生器21产生OV/m-100kV/m的电场值，实现了大气电场标定系统对电场仪的电场标定范围为0V/m_100kV/m0作为上述技术方案的另一种改进，所述的数字电表26，用于测量直流高压电源22，直流中压电源23，直流低压电源24的输出电压，其中，数字电表26具有RS232或USB与计算机兼容的输入输出接口，将测量的电压数值直接输入计算机经相应的控制及数据处理模块211换算成相应的模拟电场值。作为上述技术方案的另一种改进，所述的标定系统还包括超级隔离变压器213，该超级隔离变压器213共模抑止比为120dB。作为上述技术方案的另一种改进，模拟电场发生器21的不锈钢屏蔽外罩的半径和电位板半径之比值为两电位板之间距离的2. 5倍。作为上述技术方案的另一种改进，所述的高精度数字电表27或16位A/D数据采集卡28，用于测量大气电场仪主机的电压输出，高精度数字电表27具有RS232或USB与计算机兼容的输入输出接口，并直接输入到计算机经相应的控制及数据处理模块211换算成相应的待测电场值。作为上述技术方案的另一种改进，模拟电场发生器及其放置模拟电场发生器的不锈钢制平台和放置配套设备的不锈钢制实验桌通过专用接地线形成等电位体。作为上述技术方案的另一种改进，在电场仪标定过程中，对数据采用全自动记录。本专利技术的优点在于，本专利技术采用一种高精度宽量程的大气电场标定系统，其中最关键设备是模拟电场发生器I，能产生0V/m-100kV/m均勻而恒定的模拟电场,该大气电场标定系统具有精度高、量程宽、抗干扰强的特点，系统总误差为I %。实际的均方根误差为O.365 %，几乎接近美国的高精度电场标定系统O. 3 %的误差。附图说明图I为模拟电场发生器示意图。图2为电场标定系统方框图。附图标识I、高电位板2、低电位板3、法兰盘4、第一绝缘支柱5、等电位导电环6、等分压电阻7、第二绝缘支柱8、底座9、屏蔽外罩10、不锈钢防尘盖11、高绝缘接线柱12、低压接线柱21、模拟电场发生器22、直流高压电源23、直流中压电源24、直流低压电源25、高压电表26、数字电表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度宽量程的大气电场标定系统，该大气电场标定系统包括：不锈钢模拟电场发生器(21)产生用于大气电场标定系统0V/m？100kV/m的模拟电场，高稳定度的直流高压电源(22)、直流中压电源(23)及直流低压电源(24)分别提供施加在构成模拟电场发生器(21)的不锈钢高电位板(1)和低电位板(2)之间的各种数值的电压、高精度高压电表(25)、数字电表(26)、高精度数字电表(27)或A/D数据采集卡(28)、等精度通用计数器(29)、通用示波器(210)、通用计算机和控制及数据处理模块(211)、超级隔离变压器(213)和独立接地线(214)，其特征在于，所述的模拟电场发生器包括一个底座(28)和固定在该底座(28)上的圆柱形不锈钢屏蔽外罩(29)，所述的圆柱形不锈钢屏蔽外罩(29)的内部同轴设置由两块相互平行的圆形不锈钢高电位板(1)和低电位板(2)构成的平行板电容器；所述的圆柱形不锈钢屏蔽外罩(29)上设有高绝缘接线柱(11)和低压接线柱(12)，所述的高绝缘接线柱(11)与高电位板(1)相连接，所述的低压接线柱(12)与低电位板(2)相连接，所述的不锈钢高电位板(1)和不锈钢低电位板(2)的直径和间距比≥3。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗福山，姜秀杰，高玉春，张华伟，陈大任，刘成，刘波，何渝晖，于世强，秦婷，黎芳芳，
申请(专利权)人：中国科学院空间科学与应用研究中心，
类型：发明
国别省市：