RU111307U1 - DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC FIELD TENSION - Google Patents

DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC FIELD TENSION Download PDF

Info

Publication number
RU111307U1
RU111307U1 RU2011112668/28U RU2011112668U RU111307U1 RU 111307 U1 RU111307 U1 RU 111307U1 RU 2011112668/28 U RU2011112668/28 U RU 2011112668/28U RU 2011112668 U RU2011112668 U RU 2011112668U RU 111307 U1 RU111307 U1 RU 111307U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sensor
sensitive
electric field
conductive
electrode
Prior art date
Application number
RU2011112668/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Владимирович Бирюков
Original Assignee
Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" filed Critical Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет"
Priority to RU2011112668/28U priority Critical patent/RU111307U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU111307U1 publication Critical patent/RU111307U1/en

Links

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

Устройство для измерения напряженности электрического поля, содержащее сферический датчик с чувствительными электропроводящими электродами, расположенными на координатной оси, проходящей через центр корпуса датчика и симметрично относительно его корпуса, дифференциальный преобразователь сигналов датчика, преобразователь переменного напряжения в постоянное и измерительный прибор, при этом чувствительные электропроводящие электроды соединены с первым и вторым входами дифференциального преобразователя, выход которого через преобразователь переменного напряжения в постоянное соединен с входом измерительного прибора, отградуированного в единицах напряженности электрического поля, причем чувствительные электропроводящие элементы электрода выполнены в форме сферического слоя, внешний размер которого ограничен центральным конусом с углом при вершине θ1≤90°, а внутренний - центральным конусом с углом θ2<θ1 при вершине, выбираемым исходя из требуемых погрешности и пространственного диапазона измерения, отличающееся тем, что датчик выполняют с одной парой чувствительных электропроводящих электродов, при этом каждый чувствительный электропроводящий электрод датчика состоит из двух гальванически связанных электропроводящих чувствительных элементов, а координатная ось датчика, выходящая из его центра, проходит между осями двух электропроводящих чувствительных элементов, образующих чувствительный электрод, на равных угловых расстояниях от этих осей и лежит в их плоскости. A device for measuring electric field strength containing a spherical sensor with sensitive conductive electrodes located on the coordinate axis passing through the center of the sensor housing and symmetrically relative to its body, a differential sensor signal transducer, an alternating voltage to DC converter and a measuring device, while sensitive conductive electrodes connected to the first and second inputs of the differential Converter, the output of which is through a constant voltage generator is connected to the input of the measuring device, calibrated in units of electric field strength, and the sensitive conductive elements of the electrode are made in the form of a spherical layer, the external size of which is limited by a central cone with an apex angle of θ1≤90 °, and the inner one by a central cone with angle θ2 <θ1 at the vertex, selected on the basis of the required error and spatial range of measurement, characterized in that the sensor performs with one pair of senses electrically conductive electrodes, each sensitive conductive electrode of the sensor consists of two galvanically coupled electrically conductive sensitive elements, and the coordinate axis of the sensor exiting from its center passes between the axes of the two conductive sensitive elements forming the sensitive electrode at equal angular distances from these axes and lies in their plane.

Description

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для измерения напряженности электрического поля в широком пространственном диапазоне с повышенной точностью.The utility model relates to the field of measurement technology and can be used to measure the electric field in a wide spatial range with increased accuracy.

Известно устройство для измерения напряженности электрического поля [Feser К. A potential free spherical sensor for the measurement of transient electric fields / K.Feser, W.Pfaff // IEEE Transaction on Power Apparatus and Systems, vol. Pas-103. - 1984. - №10. - P. 2904-2911], содержащее сферический датчик с размещенными на его поверхности тремя парами электропроводящих чувствительных элементов, попарно расположенных на координатных осях, проходящих, через центр корпуса датчика, причем чувствительные элементы подключены к входам дифференциальных усилителей, выходы которых соединены с входами квадраторов, а выходы квадраторов через сумматор соединены с входом корнеизвлекателя, выход которого подключен к выходной клемме устройства.A device for measuring electric field strength [Feser K. A potential free spherical sensor for the measurement of transient electric fields / K. Feser, W. Pfaff // IEEE Transaction on Power Apparatus and Systems, vol. Pas-103. - 1984. - No. 10. - P. 2904-2911], containing a spherical sensor with three pairs of electrically conductive sensitive elements placed on its surface, pairwise located on the coordinate axes, passing through the center of the sensor housing, the sensitive elements being connected to the inputs of differential amplifiers, the outputs of which are connected to the inputs of the squares and the outputs of the quadrators through the adder are connected to the input of the root extractor, the output of which is connected to the output terminal of the device.

Однако это устройство можно использовать при измерении напряженности электрического поля в узком пространственном диапазоне, т.е. на расстояниях от источников поля, значительно превышающих размеры датчика. В этой области электрическое поле можно считать однородным. При приближении датчика к источнику поля электрическое поле становится неоднородным, и появляется зависимость измеряемой напряженности от ориентации датчика, что также приводит к значительным погрешностям измерения. Кроме этого, такое устройство имеет расширенный диапазон преобразования входных сигналов и обладает повышенной сложностью реализации.However, this device can be used to measure the electric field in a narrow spatial range, i.e. at distances from field sources significantly exceeding the size of the sensor. In this region, the electric field can be considered homogeneous. As the sensor approaches the source of the field, the electric field becomes inhomogeneous, and the measured voltage depends on the orientation of the sensor, which also leads to significant measurement errors. In addition, such a device has an extended range of conversion of input signals and has increased implementation complexity.

Наиболее близким устройством к заявляемому является устройство для измерения напряженности электрического поля [Свидетельство на полезную модель №26136 РФ МКИ G01R 29/08. Устройство для измерения напряженности электрического поля / С.В.Бирюков - Опубл. 10.11.2002, Бюл №31] содержащее сферический датчик с тремя парами чувствительных электропроводящих элементов, попарно расположенных на координатных осях, проходящих через центр корпуса датчика и симметрично относительно его корпуса, дифференциальный преобразователь сигналов датчика, преобразователь переменного напряжения в постоянное и измерительный прибор, при этом первые чувствительные электропроводящие элементы каждой пары соединены вместе в первой узловой точке, а вторые - во второй узловой точке, в свою очередь первая узловая точка соединена с первым входом, а вторая со вторым входом дифференциального преобразователя, выход которого через преобразователь переменного напряжения в постоянное соединен с входом измерительного прибора, отградуированного в единицах напряженности электрического поля, причем чувствительные электропроводящие элементы выполнены в форме сферического слоя, внешний размер которого ограничен центральным конусом с углом при вершине θ1≤90°, а внутренний - центральным конусом с углом θ21 при вершине, выбираемым исходя из требуемых погрешности и пространственного диапазона измерения.The closest device to the claimed is a device for measuring the electric field [Certificate for a utility model No. 26136 RF MKI G01R 29/08. Device for measuring electric field strength / S.V. Biryukov - Publ. 10.11.2002, Bull No. 31] containing a spherical sensor with three pairs of sensitive conductive elements, pairwise located on the coordinate axes passing through the center of the sensor housing and symmetrically relative to its body, a differential transducer of the sensor signals, an alternating voltage to DC converter and a measuring device, this, the first sensitive conductive elements of each pair are connected together at the first nodal point, and the second at the second nodal point, in turn the first nodal point connected to the first input, and the second to the second input of the differential transducer, the output of which is connected to the input of a measuring device calibrated in units of electric field intensity through an AC / DC converter, moreover, the sensitive electrically conductive elements are made in the form of a spherical layer, the external size of which is limited by the central cone with an apex angle θ 1 ≤90 °, and the inside - with a central cone angle of θ 21 at the vertex selected within an error on the basis of the required minute and spatial span.

Достоинством этого устройства является простота схемной реализации, а недостатком - значительные погрешности измерения напряженности на расстояниях от источника электрического поля больших или равных 1,5·R, где R - условный радиус корпуса датчика и усложненная конструкция датчика.The advantage of this device is the simplicity of the circuit implementation, and the disadvantage is the significant errors in measuring the voltage at distances from the source of the electric field greater than or equal to 1.5 · R, where R is the conditional radius of the sensor housing and the complicated design of the sensor.

Задачей полезной модели является расширение пространственного диапазона измерения напряженности электрического поля в сторону расстояний меньших значений 1,5·R от источника поля и упрощение конструкции датчика.The objective of the utility model is to expand the spatial range of measurement of electric field strength towards smaller distances of 1.5 · R from the field source and to simplify the design of the sensor.

Указанная задача достигается тем, что в известном устройстве для измерения напряженности электрического поля, содержащем сферический датчик с чувствительными электропроводящими электродами, попарно расположенными на координатных осях, проходящих через центр корпуса датчика и симметрично относительно его корпуса, дифференциальный преобразователь сигналов датчика, преобразователь переменного напряжения в постоянное и измерительный прибор, при этом первые чувствительные электропроводящие электроды соответственно соединены с первым и со вторым входами дифференциального преобразователя, выход которого через преобразователь переменного напряжения в постоянное соединен с входом измерительного прибора, отградуированного в единицах напряженности электрического поля, причем чувствительные электропроводящие элементы электрода выполнены в форме сферического слоя, внешний размер которого ограничен центральным конусом с углом при вершине θ1≤90°, а внутренний - центральным конусом с углом θ21 при вершине, выбираемым исходя из требуемых погрешности и пространственного диапазона измерения, согласно заявленной полезной модели датчик выполняют с одной парой чувствительных электропроводящих электродов, при этом каждый чувствительный электропроводящий электрод датчика состоит из двух гальванически связанных электропроводящих чувствительных элементов, а координатная ось датчика, выходящая из его центра, проходит между осями двух электропроводящих чувствительных элементов, образующих чувствительный электрод, на равных угловых α расстояниях от этих осей и лежит в их плоскости.This problem is achieved by the fact that in the known device for measuring electric field strength, containing a spherical sensor with sensitive conductive electrodes, pairwise located on the coordinate axes passing through the center of the sensor housing and symmetrically relative to its body, a differential sensor signal transducer, an alternating voltage to DC converter and a measuring device, while the first sensitive conductive electrodes are respectively connected to the first m and with the second inputs of the differential transducer, the output of which is connected to the input of a measuring device calibrated in units of electric field intensity through an AC / DC converter, moreover, the sensitive electroconductive elements of the electrode are made in the form of a spherical layer whose external size is limited by a central cone with an angle at the apex θ 1 ≤90 °, and the inside - with a central cone angle of θ 21 at the vertex selected based on the desired spatial errors and According to the claimed utility model, the sensor is made with one pair of sensitive conductive electrodes, each sensitive conductive electrode of the sensor consists of two galvanically coupled conductive sensitive elements, and the coordinate axis of the sensor exiting from its center passes between the axes of two conductive sensitive elements forming a sensitive electrode at equal angular α distances from these axes and lies in their plane.

Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами фиг.1 - фиг.5, гдеThe proposed utility model is illustrated by drawings of figure 1 - figure 5, where

на фиг.1 изображен датчик и структурная схема устройства для измерения напряженности электрического поля;figure 1 shows the sensor and the structural diagram of a device for measuring electric field strength;

на фиг.2 - пример одной из возможных форм чувствительных элементов 4-7 электродов датчика 2-3, выполненной, в общем случае, в виде сферического слоя с внешним θ1 и внутренним θ2 угловыми размерами;figure 2 is an example of one of the possible forms of the sensitive elements 4-7 of the electrodes of the sensor 2-3, made, in the General case, in the form of a spherical layer with external θ 1 and internal θ 2 angular dimensions;

на фиг.3 - фиг.5 - представлены графики погрешности датчика в зависимости от пространственного диапазона измерения и угловых размеров его чувствительных элементов при угловых расстояниях между осями чувствительных элементов и координатной осью датчика α=45°.figure 3 - figure 5 - presents graphs of the error of the sensor depending on the spatial range of measurement and the angular dimensions of its sensitive elements with angular distances between the axes of the sensitive elements and the coordinate axis of the sensor α = 45 °.

Устройство для измерения напряженности электрического поля содержит датчик 1 с расположенной на его поверхности парой электропроводящих чувствительных электродов 2 и 3 центры 12 и 13 которых размещены на оси декартовой системы координат симметрично относительно ее начала 14, дифференциальный преобразователь 15, преобразователь переменного напряжения в постоянное 16 и измерительный прибор 17. Чувствительные электроды 2, 3, соответственно состоят из одинаковых электропроводящих чувствительных элементов 4, 6 и 5, 1 в форме сферических сегментов, ограниченных центральным внешним конусом с углом при вершине θ1<90°, в которых вырезаны окна центральным внутренним конусом с углом θ21. Чувствительные элементы 4, 5 и 6, 7 расположены попарно симметрично на диаметрально противоположных участках сферического проводящего корпуса 1, изолированно от него и один от другого. Оси пар чувствительных элементов 4, 5 и 6, 7 проходят через центр датчика 14 и центры 8, 9 и 10, 11 пар чувствительных элементов. Координатная ось датчика выходит из его центра 14, проходит через центры 12 и 13 чувствительных электродов 2, 3, расположенные между осями пар чувствительных элементов 4, 5 и 6, 7 на равном угловом а расстоянии от них и лежит в одной плоскости с осями чувствительных элементов 4, 5 и 6, 7. Чувствительные элементы 4 и 6 гальванически связаны и подключены к первому входу дифференциального преобразователей 15, а чувствительные элементы 5 и 7 гальванически связаны и подключены ко второму входу того же дифференциального преобразователя 15, выход которого через преобразователь переменного напряжения в постоянное 16 подключен к входу измерительного прибора 17, отградуированного в единицах напряженности электрического поля.A device for measuring the electric field strength contains a sensor 1 with a pair of conductive sensitive electrodes 2 and 3 located on its surface, centers 12 and 13 of which are placed on the axis of the Cartesian coordinate system symmetrically with respect to its beginning 14, a differential transducer 15, an alternating voltage to direct current converter 16 and a measuring one device 17. Sensitive electrodes 2, 3, respectively, consist of the same electrically conductive sensitive elements 4, 6 and 5, 1 in the form of spherical segments, Neighboring central external cone with an apex angle θ 1 <90 °, in which the window cut central inner cone with an angle of θ 21. Sensitive elements 4, 5 and 6, 7 are arranged in pairs symmetrically on diametrically opposite sections of the spherical conductive housing 1, isolated from it and one from the other. The axis of the pairs of sensing elements 4, 5 and 6, 7 pass through the center of the sensor 14 and the centers 8, 9 and 10, 11 of the pairs of sensing elements. The coordinate axis of the sensor leaves its center 14, passes through the centers 12 and 13 of the sensitive electrodes 2, 3, located between the axes of the pairs of sensitive elements 4, 5 and 6, 7 at an equal angle and the distance from them lies in the same plane with the axes of the sensitive elements 4, 5 and 6, 7. Sensitive elements 4 and 6 are galvanically connected and connected to the first input of the differential transducer 15, and sensitive elements 5 and 7 are galvanically connected and connected to the second input of the same differential transducer 15, the output of which is converter AC to DC 16 is connected to the input of the measuring device 17 is calibrated in terms of electric field intensity.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Датчик 1 с чувствительными электродами 2 и 3 помещают в пространство исследуемого переменного электрического поля, при этом на чувствительных электродах 2 и 3 возникают переменные во времени электрические заряды, пропорциональные составляющей модуля вектора напряженности измеряемого поля, т.е. суммы исходного поля и собственного поля датчика. Изменение зарядов во времени приводит к возникновению электрических токов, пропорциональных этим зарядам. В составе этих токов присутствует составляющая, обусловленная собственным полем датчика 1. За счет дифференциального преобразования сигналов с чувствительных электродов 2 и 3 датчика 1 на выходе дифференциального преобразователя 15 выделяется переменное напряжение U~, пропорциональное модулю вектора напряженности только исходного электрического поля Е. Это напряжение преобразователем 16 переменного напряжения в постоянное, преобразуется в постоянное напряжение U=, которое измеряется измерительным прибором 17, отградуированным в единицах напряженности электрического поля.A sensor 1 with sensitive electrodes 2 and 3 is placed in the space of the investigated alternating electric field, while on the sensitive electrodes 2 and 3 there are time-varying electric charges proportional to the component of the modulus of the vector of the measured field intensity, i.e. the sum of the source field and the sensor’s own field. A change in charges over time leads to the appearance of electric currents proportional to these charges. These currents contain a component due to the intrinsic field of the sensor 1. Due to the differential conversion of the signals from the sensitive electrodes 2 and 3 of the sensor 1, an alternating voltage U ~ is allocated to the output of the differential transducer 15, which is proportional to the magnitude of the voltage vector of the initial electric field E. This is the voltage 16 AC to DC is converted into a DC voltage U =, which is measured by the measuring device 17, a calibrated in units ah electric field intensity.

Для получения результата измерений датчик 1 ориентируют в электрическом поле до достижения максимального показания измерительного прибора 17, которое будет соответствовать напряженности исходного электрического поля. Максимальное показание измерительного прибора 17 будет достигаться, когда координатная ось х датчика совпадет с направлением вектора напряженности электрического поля .To obtain the measurement result, the sensor 1 is oriented in an electric field until the maximum reading of the measuring device 17 is reached, which will correspond to the strength of the initial electric field. The maximum reading of the measuring device 17 will be achieved when the coordinate axis x of the sensor coincides with the direction of the electric field vector .

В этом случае показания N измерительного прибора будут равныIn this case, the readings N of the measuring device will be equal

, где k - безразмерный постоянный коэффициент; k1 - коэффициент, учитывающий коэффициенты преобразования интегратора тока, преобразователя переменного напряжения в постоянное и измерительного прибора; ε1 - диэлектрическая проницаемость среды, в которой находится датчик; R - радиус корпуса датчика; φ, θ1 и θ2 угловые размеры чувствительного элемента, выполненного в форме сферического слоя (φ=π) или его части (φ<π); σ(θ1, θ2, α) - погрешность датчика в неоднородном ЭП, зависящая от углов θ1 θ2 и параметра α; α=R|d - параметр, определяющий пространственный диапазон измерения (d - расстояние от центра датчика до источника поля); Е - напряженность исходного электрического поля. where k is the dimensionless constant coefficient; k 1 - coefficient taking into account the conversion factors of the current integrator, AC to DC converter and measuring device; ε 1 is the dielectric constant of the medium in which the sensor is located; R is the radius of the sensor housing; φ, θ 1 and θ 2 are the angular dimensions of the sensitive element made in the form of a spherical layer (φ = π) or its part (φ <π); σ (θ 1 , θ 2 , α) is the error of the sensor in an inhomogeneous EP, depending on the angles θ 1 θ 2 and parameter α; α = R | d is a parameter that determines the spatial range of measurement (d is the distance from the center of the sensor to the field source); E is the intensity of the initial electric field.

Уменьшение погрешности устройства и расширение пространственного диапазона измерения достигается:Reducing the error of the device and expanding the spatial range of measurement is achieved:

1) за счет организации чувствительного электрода датчика из двух гальванически связанных чувствительных элементов, выполненных в форме сферических сегментов (сферических слоев), центры которых отклонены от координатной оси датчика в общем случае на угол α;1) due to the organization of the sensitive electrode of the sensor from two galvanically coupled sensitive elements made in the form of spherical segments (spherical layers), the centers of which are deviated from the coordinate axis of the sensor in the general case by an angle α;

2) за счет оптимального выбора угловых размеров θ1 и θ2 сферических слоев.2) due to the optimal choice of the angular dimensions θ 1 and θ 2 of the spherical layers.

Упрощение конструкции датчика достигается за счет использования одной пары чувствительных электродов вместо трех в прототипе.Simplification of the design of the sensor is achieved through the use of one pair of sensitive electrodes instead of three in the prototype.

При этом распределение зарядов, индуцированных на поверхности, полученных таким образом электродов датчика приближается к распределению в однородном поле.In this case, the distribution of charges induced on the surface of the sensor electrodes obtained in this way approaches the distribution in a uniform field.

Из графиков фиг.3-фиг.5 видно, что, изменение внешнего углового размера θ1 сферического сегмента и внутреннего углового размера θ2 окна сферического слоя при фиксированном внешнем угловом размере θ1 приводит как к уменьшению погрешности датчика, так и расширению его пространственного диапазона измерений по сравнению с прототипом. From the graphs of FIGS. 3 to 5, it can be seen that a change in the external angular size θ 1 of the spherical segment and the internal angular size θ 2 of the window of the spherical layer with a fixed external angular size θ 1 leads to both a decrease in the error of the sensor and the expansion of its spatial range measurements compared to the prototype.

Таким образом, при измерении напряженности электрического поля датчик 1 ориентируют в поле до получения максимального показания измерительного прибора 17. Удерживают датчик 1 в этом положении и измерительным прибором 17 измеряют модуль вектора напряженности исходного электрического поля.Thus, when measuring the electric field, the sensor 1 is oriented in the field until the maximum reading of the measuring device 17 is obtained. Hold the sensor 1 in this position and the measuring device 17 measures the magnitude of the vector of the initial electric field.

Размер чувствительных элементов, выполненных в форме сферического сегмента или сферического слоя выбирают исходя из максимально возможного пространственного диапазона измерения и минимально возможной погрешности измерения, согласно, графикам, представленным на фиг.3-5 и таблицам 1-3.The size of the sensitive elements made in the form of a spherical segment or a spherical layer is selected based on the maximum possible spatial range of measurement and the minimum possible measurement error, according to the graphs presented in figures 3-5 and tables 1-3.

Согласно фиг.3 и фиг.4, оптимальные размеры чувствительных элементов 4-7, выполненных в форме сферического сегмента или его части лежат в двух диапазонах изменения их угловых размеров: 47°<θ1<60° при θ2=0 и 72°<θ1<90° при θ2=0. Оптимальные размеры чувствительных элементов 4-7, выполненных в форме сферического слоя (фиг.5) при θ1=45° лежат в диапазоне 8°<θ2<22°.According to figure 3 and figure 4, the optimal dimensions of the sensitive elements 4-7, made in the form of a spherical segment or part thereof lie in two ranges of changes in their angular dimensions: 47 ° <θ1 <60 ° at θ 2 = 0 and 72 ° < θ 1 <90 ° at θ 2 = 0. The optimal dimensions of the sensitive elements 4-7, made in the form of a spherical layer (figure 5) with θ 1 = 45 ° lie in the range of 8 ° <θ 2 <22 °.

Таблица 1 - Зависимости внешнего углового размера θ1 чувствительного элемента, выполненного в форме сферического сегмента при его внутреннем размере θ2=0° и максимально возможного параметра αмакс., определяющего пространственный диапазон измерения, от требуемой погрешности датчика ±σ (для первого диапазона) при угловых расстояниях между осями чувствительных элементов и координатной осью датчика α=45°.Table 1 - Dependences of the external angular size θ 1 of the sensitive element made in the form of a spherical segment with its internal size θ 2 = 0 ° and the maximum possible parameter α max. determining the spatial range of measurement from the required sensor error ± σ (for the first range) at angular distances between the axes of the sensing elements and the coordinate axis of the sensor α = 45 °.

σ,%σ,% 0.1250.125 0.250.25 0.50.5 1one 1.51.5 22 θ1 θ 1 6060 5858 56.556.5 53.453.4 51.551.5 50.150.1 αмакс.α max 0.40.4 0.450.45 0.530.53 0.620.62 0.690.69 0.730.73 Продолжение табл.1Continuation of table 1 σ,%σ,% 2.52.5 33 3.53.5 4four θ1°θ 1 ° 49.149.1 48.348.3 47.6547.65 47.147.1 αмакс.α max 0.780.78 0.810.81 0.840.84 0.880.88

Таблица 2 - Зависимости внешнего углового размера θ1 чувствительного элемента, выполненного в форме сферического сегмента при его внутреннем размере θ2=0 и максимально возможного параметра αмакс, определяющего пространственный диапазон измерения, от требуемой погрешности датчика ±σ (для второго диапазона) при угловых расстояниях между осями чувствительных элементов и координатной осью датчика α=45°.Table 2 - Dependences of the external angular size θ 1 of the sensitive element made in the form of a spherical segment with its internal size θ 2 = 0 and the maximum possible parameter α max , which determines the spatial measurement range, on the required sensor error ± σ (for the second range) for angular the distances between the axes of the sensing elements and the coordinate axis of the sensor α = 45 °.

σ,%σ,% 2.12.1 2.252.25 2.52.5 33 3.253.25 3.53.5 θ1°θ 1 ° 9090 8383 8080 7777 76.276.2 75.475.4 αмакс.α max 0.880.88 0.930.93 0.990.99 0.990.99 0.990.99 0.990.99 Продолжение табл.2Continuation of Table 2 σ,%σ,% 3.753.75 4four 4.254.25 4.54.5 4.754.75 55 θ1°θ 1 ° 74.874.8 74.274.2 73.773.7 73.373.3 72.972.9 72.5572.55 αмакс.α max 0.990.99 0.990.99 0.990.99 0.990.99 0.990.99 0.990.99

Из анализа таблиц 1 и 2 следует, что лучшими угловыми размерами чувствительного элемента, выполненного в форме сферического сегмента является угловые размеры θ1=90° и θ2=0, соответствующие погрешности σ=2,1%. Сферическим сегментом с таким угловым размером будет полусфера. Таким образом, чувствительные элементы 4-7 выполняются ввиде полусфер, образованных четырьмя конгруэнтными (равными)сферическими треугольниками, полученными путем рассечения сферы тремя взаимно перпендикулярными плоскостями, проходящими через центр сферы. Чувствительные элементы с угловыми размерами 47°<θ1<90° и θ2=0 следует выполнять в виде части сферического сегмента.From the analysis of tables 1 and 2 it follows that the best angular dimensions of the sensitive element made in the form of a spherical segment are angular dimensions θ 1 = 90 ° and θ 2 = 0, corresponding to errors σ = 2.1%. A spherical segment with such an angular size will be a hemisphere. Thus, the sensitive elements 4-7 are performed in the form of hemispheres formed by four congruent (equal) spherical triangles obtained by dissecting a sphere by three mutually perpendicular planes passing through the center of the sphere. Sensitive elements with angular sizes 47 ° <θ 1 <90 ° and θ 2 = 0 should be performed as part of a spherical segment.

Таблица 3 - Зависимости внутреннего углового размера θ2 чувствительного элемента, выполненного в форме сферического слоя при его внешнем размере θ1=45° и максимально возможного параметра αмакс., определяющего пространственный диапазон измерения, от требуемой погрешности датчика ±σ при угловых расстояниях между осями чувствительных элементов и координатной осью датчика α=45°.Table 3 - Dependences of the internal angular size θ 2 of the sensing element made in the form of a spherical layer with its external size θ 1 = 45 ° and the maximum possible parameter α max , which determines the spatial measurement range, on the required sensor error ± σ at angular distances between the axes sensitive elements and the coordinate axis of the sensor α = 45 °.

σ,%σ,% 0.50.5 1one 1.51.5 22 2.52.5 33 3.53.5 4four 4.54.5 55 θ2°θ 2 ° 2222 18.518.5 16.116.1 14.514.5 13.113.1 1212 11.111.1 10.310.3 9.59.5 8.88.8 αмакс.α max 0.460.46 0.60.6 0.740.74 0.860.86 0.970.97 0.990.99 0.990.99 0.990.99 0.990.99 0.990.99

Из анализа таблицы 3 следует, что оптимальными угловыми размерами чувствительного элемента, выполненного в форме сферического слоя является угловые размеры θ1=45° и θ2=12°, соответствующие погрешности σ=3%From the analysis of table 3 it follows that the optimal angular dimensions of the sensing element, made in the form of a spherical layer is the angular dimensions θ 1 = 45 ° and θ 2 = 12 °, corresponding errors σ = 3%

В таблицах параметр αмакс=R|dмин, где R - радиус сферического корпуса датчика; dмин. - минимально возможное расстояние от центра датчика до источника поля при требуемой погрешности.In the tables, the parameter α max = R | d min , where R is the radius of the spherical body of the sensor; d min - the minimum possible distance from the center of the sensor to the source of the field with the required error.

Таким образом, пространственный диапазон измерения датчика будет находиться в пределах от dмин=R|αмакс до ∞. Следовательно, чем больше αмакс., тем шире пространственный диапазон и тем ближе к источнику поля можно располагать датчик.Thus, the spatial measurement range of the sensor will be in the range from d min = R | α max to ∞. Therefore, the greater the α max ., The wider the spatial range and the closer to the source of the field the sensor can be located.

Заявляемое техническое решение позволяет при правильном выборе конфигурации и размеров чувствительных элементов добиться погрешностиизмерения менее±3% на расстояниях от источника поля и проводящих поверхностей, больших или равных 1.01R, где R - радиус сферического корпуса датчика, а также упростить конструкцию датчика, за счет использования одной, вместо трех пар чувствительных элементов.The claimed technical solution allows, with the right choice of configuration and size of the sensitive elements, to achieve a measurement error of less than ± 3% at distances from the field source and conductive surfaces greater than or equal to 1.01R, where R is the radius of the spherical housing of the sensor, and also to simplify the design of the sensor by using one, instead of three pairs of sensing elements.

Claims (1)

Устройство для измерения напряженности электрического поля, содержащее сферический датчик с чувствительными электропроводящими электродами, расположенными на координатной оси, проходящей через центр корпуса датчика и симметрично относительно его корпуса, дифференциальный преобразователь сигналов датчика, преобразователь переменного напряжения в постоянное и измерительный прибор, при этом чувствительные электропроводящие электроды соединены с первым и вторым входами дифференциального преобразователя, выход которого через преобразователь переменного напряжения в постоянное соединен с входом измерительного прибора, отградуированного в единицах напряженности электрического поля, причем чувствительные электропроводящие элементы электрода выполнены в форме сферического слоя, внешний размер которого ограничен центральным конусом с углом при вершине θ1≤90°, а внутренний - центральным конусом с углом θ21 при вершине, выбираемым исходя из требуемых погрешности и пространственного диапазона измерения, отличающееся тем, что датчик выполняют с одной парой чувствительных электропроводящих электродов, при этом каждый чувствительный электропроводящий электрод датчика состоит из двух гальванически связанных электропроводящих чувствительных элементов, а координатная ось датчика, выходящая из его центра, проходит между осями двух электропроводящих чувствительных элементов, образующих чувствительный электрод, на равных угловых расстояниях от этих осей и лежит в их плоскости.
Figure 00000001
A device for measuring electric field strength containing a spherical sensor with sensitive conductive electrodes located on the coordinate axis passing through the center of the sensor housing and symmetrically relative to its body, a differential sensor signal transducer, an alternating voltage to DC converter and a measuring device, while sensitive conductive electrodes connected to the first and second inputs of the differential Converter, the output of which is through the ac voltage generator is connected to the input of the measuring device, calibrated in units of electric field strength, and the sensitive conductive elements of the electrode are made in the form of a spherical layer, the external size of which is limited by a central cone with an apex angle θ 1 ≤90 °, and the inner one - by a central cone with an angle θ 21 at the vertex, selected on the basis of the required error and spatial range of measurement, characterized in that the sensor is performed with one pair of senses conductive electrodes, each sensitive conductive electrode of the sensor consists of two galvanically coupled electrically conductive sensitive elements, and the coordinate axis of the sensor emerging from its center passes between the axes of the two conductive sensitive elements forming the sensitive electrode at equal angular distances from these axes and lies in their plane.
Figure 00000001
RU2011112668/28U 2011-04-01 2011-04-01 DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC FIELD TENSION RU111307U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011112668/28U RU111307U1 (en) 2011-04-01 2011-04-01 DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC FIELD TENSION

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011112668/28U RU111307U1 (en) 2011-04-01 2011-04-01 DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC FIELD TENSION

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010138128 Previously-Filed-Application 2010-09-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU111307U1 true RU111307U1 (en) 2011-12-10

Family

ID=45406218

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011112668/28U RU111307U1 (en) 2011-04-01 2011-04-01 DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC FIELD TENSION

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU111307U1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108267704A (en) * 2018-04-10 2018-07-10 南京信息工程大学 Atmospheric electric field detector calibrating platform
RU190509U1 (en) * 2019-04-25 2019-07-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" (ОмГТУ) ELECTRIC FIELD DENSITY SENSOR
RU190511U1 (en) * 2019-04-25 2019-07-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) ELECTRIC FIELD DENSITY SENSOR
RU2774654C1 (en) * 2021-07-14 2022-06-21 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" (ОмГТУ) Method for measuring the electric field strength by a dual-type sensor

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108267704A (en) * 2018-04-10 2018-07-10 南京信息工程大学 Atmospheric electric field detector calibrating platform
RU190509U1 (en) * 2019-04-25 2019-07-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" (ОмГТУ) ELECTRIC FIELD DENSITY SENSOR
RU190511U1 (en) * 2019-04-25 2019-07-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) ELECTRIC FIELD DENSITY SENSOR
RU2774654C1 (en) * 2021-07-14 2022-06-21 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" (ОмГТУ) Method for measuring the electric field strength by a dual-type sensor
RU211936U1 (en) * 2022-02-02 2022-06-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет" (СибАДИ) Double sensor for measuring electric field strength with separate sensing elements

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI764953B (en) Non-contact measurement system and the method thereof
US8493054B2 (en) Calibration of non-contact voltage sensors
Scharfetter et al. Magnetic induction tomography: hardware for multi-frequency measurements in biological tissues
RU111307U1 (en) DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC FIELD TENSION
CN110702965B (en) Cable state monitoring sensor device
JP2023541200A (en) Non-contact electrical parameter measurement device with dual radial mounting sensors
CN109394214B (en) Bio-impedance measuring device and method based on isolation excitation current phase-locking method
RU107366U1 (en) DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC FIELD TENSION
RU181781U1 (en) ELECTRIC FIELD TENSION SENSOR
RU207465U1 (en) DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC FIELD VOLTAGE WITH DUAL SENSOR
RU80242U1 (en) DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC FIELD TENSION
Zhao et al. Tunneling magnetoresistive sensors for high-frequency corona discharge location
RU89244U1 (en) DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC FIELD TENSION
Timofeev et al. Experimental research of the electric field potential of a rotating magnetized sphere
RU207464U1 (en) DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC FIELD VOLTAGE WITH DUAL SENSOR
CN212111561U (en) Device current measuring device follows based on tunnel magnetic resistance chip
RU26136U1 (en) DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC FIELD TENSION
RU217326U1 (en) Spherical electric field strength sensor with biangular sensing elements
RU26135U1 (en) DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC FIELD TENSION
RU2749335C1 (en) Method for measuring electric field strength
RU214867U1 (en) Electric field strength sensor with sensing elements in the form of a spherical square
CN203953659U (en) A kind of complex impedance circuit board for bio-impedance spectrum systems
RU169304U1 (en) ELECTROSTATIC FIELD TENSION CONTROL DEVICE
RU211166U1 (en) Dual sensor for measuring electric field strength
RU211936U1 (en) Double sensor for measuring electric field strength with separate sensing elements

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20160402