RU23996U1

RU23996U1 - INTERFERENCE-RESISTANT DEVICE FOR MEASURING ELECTROMAGNETIC FIELD PARAMETERS

Info

Publication number: RU23996U1
Application number: RU2001131153/20U
Authority: RU
Inventors: С.И. Васильев; С.В. Жуков
Priority date: 2001-11-19
Filing date: 2001-11-19
Publication date: 2002-07-20

Abstract

1. Помехоустойчивое устройство для измерения параметров электромагнитного поля, содержащее измерительный блок и подключенную к его входу электрическую антенну, являющуюся корпусом измерительного блока и состоящую из двух изолированных друг от друга полусфер, между которыми гальванически включен делитель напряжения и соответствующий ему переключатель диапазонов измерения напряженности электрического поля, отличающееся тем, что в него введена в качестве отдельного блока выносная магнитная приставка, состоящая из катушки индуктивности и двух последовательно включенных регулируемых делителей напряжения и снабженная разъемом, предназначенным для электрического соединения выводов блока приставки с указанными полусферами электрической антенны, при этом за счет соответствующего подбора параметров элементов блока приставки и обеспечивается требуемая помехоустойчивость устройств.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус блока приставки выполнен из электропроводящего материала и является электростатическим и электромагнитным экраном, обеспечивающим дополнительную помехоустойчивость устройства.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в блок приставки включен переключатель диапазонов измерения индукции магнитного поля, через который выводы регулируемых делителей напряжения поочередно подключаются к верхней полусфере электрической антенны.1. An anti-interference device for measuring electromagnetic field parameters, comprising a measuring unit and an electric antenna connected to its input, which is the housing of the measuring unit and consisting of two hemispheres isolated from each other, between which a voltage divider is galvanically connected and a switch for measuring ranges of electric field strength characterized in that an external magnetic attachment consisting of an induction coil is introduced as a separate unit into it two and two series-connected adjustable voltage dividers and equipped with a connector designed for electrical connection of the terminals of the set-top box with the indicated hemispheres of the electric antenna, while due to the appropriate selection of the parameters of the elements of the set-top box, the required noise immunity of the devices is ensured. 2. The device according to claim 1, characterized in that the casing of the console unit is made of an electrically conductive material and is an electrostatic and electromagnetic screen that provides additional noise immunity of the device. The device according to claim 1, characterized in that the set-top box includes a switch for measuring ranges of magnetic field induction, through which the terminals of the adjustable voltage dividers are alternately connected to the upper hemisphere of the electric antenna.

Description

ашоромАгштнсго т&пAshoromAgstnsgo t & p

Оояезкая нодеаь отиосифся к измеритеяьной техняке и может быть иснодьз0вана для измерения напряженности электрического и иидукщи магнитного нолей промвшпенной tiacTOTii в зонах пребывают людей вблизи воздушнЁК линий (ВЯ) электропередач, в распределитель ных устройствах Ш), на подстанциях (Ш) и на электрических станШ1ЯХ (ЭС), а также для измерения полей от электроустановок (Ш) и других сильноточшгх объектов разного назначения. Указанная модель разработана в обеспечение требований ГОСТ 12.1,002-84 и санитарных норм 1 5302-91 по контролю электрических полей, юздействующих на обслуживашщй Персонал BI и Ш, а также введенных с 1999 г. Минздравом России ОанитарНЕК правил и норм (СанНиН 2.2.4.723-93) Переменные магнитные поля промышленной частоты (50 Гщ) в производственных условиях.A very good node is connected to a measuring technique and can be used to measure the electric and magnetic field strengths of industrial tiacTOTii in areas where people are located near overhead power lines (HV) power lines, in switchgears Ш), at substations (Ш) and at electric stations ), as well as for measuring fields from electrical installations (W) and other very powerful objects for various purposes. The specified model is designed to meet the requirements of GOST 12.1,002-84 and sanitary standards 1,5302-91 for the control of electric fields affecting the BI and Sh staff, as well as the rules and norms introduced by the Ministry of Health of Russia OanitarNEK since 1999 (SanNiN 2.2.4.723 -93) Variable magnetic fields of industrial frequency (50 G) in a production environment.

Известно устройство (а.с. СССР J707530 & R 33/02, приоритет 30.05.83), реализущее способ измерения напряженности низкочастотного магнитного поля и содержащее приемный ферромодцуляционншй и индукхронный преобразователи, достатком этого устройства является то, что оно не может быть использовано для измерения напряженности электрического поля.A device is known (USSR AS J707530 & R 33/02, priority 05.30.83) that implements a method for measuring the intensity of a low-frequency magnetic field and contains a receiving ferromodulation and inductive transducers, an advantage of this device is that it cannot be used for measuring electric field strength.

Известно также устройство для измерения напряженности электполя промышенной частоты (а.с. СССР 369S30 5 01 / ), приоритет 09.04.69), содержащее антенну, ввшолиеш Б в виде диполя из двух металлических пластин, измерительную cxeiQr наA device is also known for measuring the electric field strength of an industrial frequency (AS USSR 369S30 5 01 /), priority 09.04.69), containing an antenna, higher than B in the form of a dipole of two metal plates, measuring cxeiQr on

базе усилителя переменного тока, двухполупериодного ) и генератора незатухающих колебаний, а также стрелочный прибор. Недостатком этого устройства является то, что он позволяет измерять только напряженность электрического поля и не предназначенbase of an alternating current amplifier, half-wave) and a generator of undamped oscillations, as well as a pointer device. The disadvantage of this device is that it allows you to measure only the electric field strength and is not intended

G 01 / 33/02, 29/12 Д1Я ИЗШРЁШШ ПАРАВШРШG 01 / 33/02, 29/12 D1 I AM SINDER

- - 4 :; - - 4 :;

дяя измерения напряженности магнитного аодя.Measuring the magnetic aode strength.

Наиболее близким к предлагаемой конструкции по технической сущности и достига мЕШ результатам является полезная модель устройства для измерения паршсетров электромагнитного поля (свидетельстю на полезную модель ) I36I5 & 01 R 33/02, приоритет от 29.06.99), принятая за прототип. В отлиссие от приведенных шше аналогов, указашшй прототип является универсальным прибором, позволящим измерять напряженность как электрического, так и магнитного полей вблизи М и на Ш. Такое расширение гу ональных: возможностей достигалось тем, что в известное устройство, служащее для измерения напряженности электрического поля и содержащее измерительный блок и подключенную к его входу электрическую антенцу, выполненную из двух гальванически несвязанных частей, дополнительно вводился индукционный магнитоприемник, снабженный разъемом, предназначенным для соединешкя выводов катушки индуктивности магнитоприемника с указанными частями электрической антенны. При этом катушка индуктивности размещалась или шутри электрической антенны, являющейся в то же время корпусом измерительного блока, или внутри съемной рукояти корпуса. В послещем случае размтения катушки индуктивности, т.е. в случае использования съемной рукояти корпуса, в процессе устройства на высоковольтной установке электрического поля был ввЕявлен существенный недостаток предложшной конструкции магнитоприемника. Данный недостаток заключался в том, что, несмотря на принятые меры по экранированию магнитоприемника от влияния электрического поля в процессе измерения поля магнитного, а именно, при наличии элшстростатического экрана, соединенного через разъеп с корпусом измерительного блока, помеха от электрического поля имела тот же порядок или даже превшала величину наведенной в катушке индуктивности а.д.с. магнитной индукции.The closest to the proposed design in terms of technical nature and achieving MES results is a utility model of a device for measuring electromagnetic field parsets (evidence of a utility model) I36I5 & 01 R 33/02, priority dated 06.29.99), adopted as a prototype. In contrast to the analogs given above, this prototype is a universal device that allows measuring the strength of both electric and magnetic fields near M and W. Such expansion of the universal: possibilities were achieved by the fact that in the known device, which serves to measure the electric field strength and containing a measuring unit and an electric antenna connected to its input, made of two galvanically unconnected parts, an induction magnet receiver equipped with a connector was additionally introduced m, designed to connect the conclusions of the inductance coil of the magnetic receiver with the indicated parts of the electric antenna. In this case, the inductor was placed either as a joke of an electric antenna, which at the same time is the housing of the measuring unit, or inside a removable handle of the housing. In the aftermath of the inductor induction, i.e. in the case of using a removable handle of the housing, in the process of the device at the high-voltage installation of the electric field, a significant drawback of the proposed design of the magnetic receiver was introduced. This drawback was that, despite the measures taken to shield the magnetic receiver from the influence of the electric field during the measurement of the magnetic field, namely, in the presence of an elstrostatic screen connected through a disconnect to the body of the measuring unit, the interference from the electric field had the same order or even exceeded the value of the induction inductor induced in the inductor coil magnetic induction.

Задачей, на ршение которой направлено заявляемое техническое решение, явжяется создание помехоустойчивого универсального прибора с вшосной магнитной приставкой, позвояяющего измерять независимо фуг от друга напряженность ааектрического и индукцию магнитного погей на указанных выше объектах.The task, to the solution of which the claimed technical solution is directed, is the creation of a noise-resistant universal device with an integrated magnetic prefix, which makes it possible to measure the aoelectric voltage and the magnetic induction of magnetic field at the above objects independently of the fugue.

Цель технического ршения - устранение влияния на показания устройства помех от электрического поля при измерении индукции магнитного поля.The purpose of the technical solution is to eliminate the influence on the readings of the device of interference from the electric field when measuring the magnetic field induction.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее измерительный блок и подключенную к его входу электрическую антенну, являщуюся корпусом измерительного блока и состоящую из двух изолированных друг от друга полусфер, между которыми гальванически включен делитель напряжения и соответствуювщй ему переключатель диапазонов измерения напряженности электрического поля, дополнительно введена в качестве отдельного блока шносная магнитная присташса, состоящая из катушки индуктивности и двух последовательно включенных регулируемых делителей напряжения и снабженная разъемом, преднвзна11еншш дкя электрического соединения выводов блока приставки с указанными полусферами электрической антенны. 1 ебуемая помехоустойчиюсть устройства обеспечивается за счет соответствующего подбора параметров элементов блока приставки. Для обеспечения дополнительной помехоустойчивости устройства корпус блока приставки шшолнен из электропроводящего мате|тала и является электростатическим и электромагнитным экраном. В блок приставки включен также переключатель диапазонов измерения индукции магнитного поля, через который выюды регулируемЕ2Х делителей напряжения поочередно подключаются к верхней полусфере электрической антенны.This goal is achieved by the fact that in a device containing a measuring unit and an electric antenna connected to its input, which is the housing of the measuring unit and consisting of two hemispheres isolated from each other, between which a voltage divider is galvanically connected and a switch for measuring ranges of electric field strength is connected to it, additionally introduced as a separate unit is a portable magnetic head, consisting of an inductor and two series-connected adjustable of voltage dividers and equipped with a connector, intended for the electrical connection of the terminals of the console unit with the indicated hemispheres of the electric antenna. 1 The required noise immunity of the device is ensured by appropriate selection of the parameters of the elements of the console unit. To provide additional noise immunity of the device, the casing of the set-top box block is made of an electrically conductive material and is an electrostatic and electromagnetic screen. The set-top box also includes a switch for measuring ranges of magnetic field induction, through which the outlets of adjustable E2X voltage dividers are alternately connected to the upper hemisphere of the electric antenna.

-на фиг.I представлена принципиальная схема блока выносной магнитной приставки и его поэ ючения к прибору;- Fig. I presents a schematic diagram of a remote magnetic attachment unit and its connection to the device;

-на |иг.2 приведено конструктивное исполнение полезной модели.-on | Ig.2 shows the design of the utility model.

Помехоустойчивое устройство для измерения параметров электромагнитного поля по $игЛ содержит измерительный блок , подключенную к его входу электрическую антенну I, стрелочный прибор 3, блок выносной магнитной приставки 4, делитель нацряжения 5 и соответствуший ему переключатель диапазонов измерения напряженности электрического поля I. Электрическая антенна I состоит из двух изолированных друг от друга полусфер и является корпусом измерительного блока 2. В этом корпусе также размещены делитель напряжения 5 и переключатель I,The noise-immunity device for measuring the parameters of the electromagnetic field by $ need contains a measuring unit, an electric antenna I connected to its input, a pointer device 3, a remote magnetic attachment unit 4, a voltage divider 5 and a corresponding switch for measuring ranges of the electric field strength I. The electric antenna I consists of two hemispheres isolated from each other and is the housing of the measuring unit 2. In this housing are also placed a voltage divider 5 and switch I,

Блок выносной магнитной приставки 4 состоит из катушки индуктивности (j ), дщух последовательно включенных регулируеюос делителей напряжения б и переключателя диапазонов измерения индукции магнитного поля ;9 2, через который выводы ре1улируемых делителей напряжения 6 поочередно подключаются к верхней полусфере электрической антенны X. Перши делитель напряжения подключен параллельно катушке индуктишости и состоит из трех резисторов Я 1,Я 2, / 3, причем переменные резисторы / I и Я 3 обеспечивают необходимую регулировку сигнала, получаемого с катушки индуктивности, на первых двух диапазонах измерения индукции магнитного поля соответственно. Делитель R 4,К5 обеспечивает регулировку сигнала на третьем диапазоне. Постоянные резисторы / 2 и / 4 служат для улучшения условий регулировки переменными резисторами.The remote magnetic attachment unit 4 consists of an inductor (j), two sequentially connected regulators of voltage dividers b and a switch for measuring ranges of magnetic field induction; 9 2 through which the terminals of adjustable voltage dividers 6 are alternately connected to the upper hemisphere of the electric antenna X. connected in parallel to the inductor and consists of three resistors I 1, I 2, / 3, and the variable resistors / I and I 3 provide the necessary adjustment of the signal received from carcass inductance, the first two bands of measurement of magnetic field induction, respectively. The divider R 4, K5 provides signal adjustment in the third range. Permanent resistors / 2 and / 4 are used to improve the regulation conditions by variable resistors.

Принцип работы штепсельного разъема, входящего в блок выносной магнитной приставки и предназначенного для электрического соединения выюдов блока присташси с полусферами электрической антенны, иллюстрируется на фиг.1 ключами KI и К2.The principle of operation of the plug connector included in the remote magnetic attachment unit and intended for the electrical connection of the outlets of the accessory unit with the hemispheres of the electric antenna is illustrated in FIG. 1 with the keys KI and K2.

2fX3//, 2fX3 //,

Принщш действия полезной модели при измерении напр5шеш1ости элекгриавскоро поля аналогичен приведенкои в описании устройства, принятого за прототип. Этот принцип основан на том, что в симметричных полусферах электрической антенны I индуцируются электрические заряду (ключ KI - замкнут, ключ К2 разомкнут), и через делитель напряжения 5 протекает ток, пропорциональный напряженности электрического поля. При протекании этого тока на делителе 5 создается падение напряжения, которое через переключатель диапазонов В I поступает на вход измерительного блока 2 и вызывает отклонение стрелки прибора 3.The principle of action of the utility model for measuring the electric field strength soon is similar to that given in the description of the device adopted for the prototype. This principle is based on the fact that electric charges are induced in the symmetric hemispheres of the electric antenna I (the KI key is closed, the K2 key is open), and a current proportional to the electric field flows through the voltage divider 5. When this current flows on the divider 5, a voltage drop is created, which, through the range switch B I, is fed to the input of the measuring unit 2 and causes a deviation of the arrow of the device 3.

Что же касается принципа действия полезной модели при измерении индукции магнитного поля (ключ KI - разомкнут, ключ К2 замкнут), то в него, в отличие от прототипа, введены соответствующие корректировки, позюлшощие устранить влияние на показания устройства помех от электрического поля и тем самым обеспечить требуемую помехоустойчивость устройства. Указанные помехи обусловлены токами смещения, протекающими через катушку индуктивности и проводящие части устройства и поступающими на вход измерительного блока 2. При этом из анализа схемы, представленной на фиг.Х, очевидно, что величина помехи зависит от соотношения между внутренними сопротивлениями блока выносной магнитной приставки 4 и измерительного блока 2. Чем меныве внутреннее сопротивление блока приставки 4 применительно к каждому из диапазонов измерения индукции магнитного поля, тем ниже чувствительность измерительного блока 2 к помехам от электрического поля.As for the principle of operation of the utility model for measuring the magnetic field induction (KI key is open, K2 key is closed), then, unlike the prototype, corresponding corrections are introduced, which helps to eliminate the influence of electric field interference on the device readings and thereby ensure required noise immunity of the device. The indicated interference is caused by bias currents flowing through the inductor and the conducting parts of the device and entering the input of the measuring unit 2. Moreover, from the analysis of the circuit shown in Fig. X, it is obvious that the magnitude of the interference depends on the ratio between the internal resistances of the remote magnetic attachment unit 4 and measuring unit 2. The smaller the internal resistance of the set-top box 4 as applied to each of the measurement ranges of the magnetic field induction, the lower the sensitivity of the measuring unit 2 to interference from electric fields.

В предлагаемой полезной модели параметры элементов блока приставки подобраны так, что его Б нутреннее сопротивление на казкдом диапазоне измерения индукции магнитного поля на два, три порядаа ниже соответствующего сопротивления измерительного блока. При таком соотношении указанных сопротивлений обеспечиваетсяIn the proposed utility model, the parameters of the elements of the set-top box block are selected so that its internal resistance in the range of measurement of the magnetic field induction is two, three orders of magnitude lower than the corresponding resistance of the measuring unit. With this ratio of these resistances is provided

шунпфующее влияние бяоха приставки, позволяющее практически полиостью исключить поступление паразитшсс токов смавения электрического поля на вход измерительного блока и добиться тем самым требуемой помехоустойчивости устройства.the shunting effect of the prefix of the set-top box, which allows almost completely to exclude the influx of parasitic currents from the electric field to the input of the measuring unit and thereby achieve the required noise immunity of the device.

Описанный выше эффект шунтирования паразитных токов смещения при соответствукщем подборе параметров элементов блока приставки никак не влияет на процесс измерения устройством индукции магнитного поля, поскольку данный процесс основан на измерении напряжения, поступающего с выхода блока пристаиси, находящегося в переменном магнитном поле, на полусферы электрической антенны. Данное наоряхение, в свою очередь, зависит от э.д.с. магнитной индукции, наюдимой в катушке индуктишости и пропорциональной произведению частоты поля на величину его индукции.The above-described effect of shunting stray bias currents with appropriate selection of the parameters of the elements of the prefix unit does not affect the process of measuring the magnetic field by the induction device, since this process is based on measuring the voltage from the output of the pristaisi unit, located in an alternating magnetic field, to the hemispheres of the electric antenna. This frustration, in turn, depends on the emf. magnetic induction, obsessed in the inductor and proportional to the product of the frequency of the field by the magnitude of its induction.

Для того« чтобы все приложенное к полусферам электрической антенны напряжение от блока приставки поступило на вход измерительного блока, необходимо до проведения измерений индукции магнитного поля отключить предусиютренный в схеме по фиг.Х делитель напряжения 5. Дяя этого достаточно при разомкнутом ключе KI переключатель диапазонов измерения напряженности электрического поля S I установить в положение ТГ.In order “for all the voltage applied to the hemispheres of the electric antenna to the input of the set-top box to the input of the measuring unit, it is necessary to disconnect the voltage divider provided in the circuit of Fig. X before making measurements of the magnetic field induction. This is sufficient when the KI switch is open, the voltage measuring range switch set SI electric field to position ТГ.

Конструктишая реализация предлагаемой полезной модели схематически представлена на фиг. 2 и шлючает в себя два блока (I и 2), соединенных между собой кабелем 3 через штепсельный разъем 4. Корпусом блока I служат две изол1фовашше друг от друга полусферы, внутри которых размещены измерительный блок, делитель напряжения и соответствующий eit переключатель ;а 1апазонов измерения напряженности электрического поля. В блок 2 объединены все элементы схемы выносной магнитной приставки: катушка индуктивности, два последовательно включенных регулируемых делителей напряжения, переключатель диапазонов измерения индукции магнитного поля. Корnyc блока приставки 2 выполнен из злектропроводящего материала и является электростатическим и электромагнитным экраном, обес печиваюнцш дополнительную помехоустойчивость устройства.The constructive implementation of the proposed utility model is schematically represented in FIG. 2 and includes two units (I and 2), connected by a cable 3 through a plug connector 4. The body of block I is two isolated half-spheres, inside of which there are a measuring unit, a voltage divider and the corresponding eit switch; and 1 measurement ranges electric field strength. Block 2 combines all the elements of a remote magnetic attachment circuit: an inductor, two series-connected adjustable voltage dividers, a switch for measuring ranges of magnetic field induction. The cornyc of the prefix unit 2 is made of electrically conductive material and is an electrostatic and electromagnetic screen, which provides additional noise immunity of the device.

Калибровку предаагаемой полезной модели по аналогии с устройстюм, принятым за прототип, сначала следует осуществлять в электрическом поле на высоковольтной установке дяя ишытаний измерителей напряженности электрического поля Между пластинами указанной установки образуется рабочая область однородного электрического поля, куда на изолирующей штанге и вносится электрическая антенна. С помощью регулируемого сопротивления R 6 добиваются на самом низшем диапазоне измерения прибора однозначности показаний между создаваемым в высоковольтной установке электрическим полем и отклонением стрелки самого прибора. В дальнейшем прибор проверяют на других диапазонах измерения напряженности электрического поля. Измеряемая величина напряженности электрического поля определяется путем умножения значения, отсчитанного по шкале прибора, на множитель, указанный на переключателе диапазонов.Calibration of the proposed utility model, by analogy with the devices adopted for the prototype, should first be carried out in an electric field on a high-voltage installation by testing the electric field strength meters. Between the plates of the specified installation, a working area of a uniform electric field is formed, where an electric antenna is introduced on the insulating rod. Using the adjustable resistance R 6, in the lowest measuring range of the device, unambiguous readings are obtained between the electric field created in the high-voltage installation and the deviation of the arrow of the device itself. Further, the device is checked on other ranges of measurement of electric field strength. The measured value of the electric field is determined by multiplying the value counted on the scale of the device, by the factor indicated on the range switch.

При калибровке прибора в магнитном поле к его корпусу подключают шесто изолирующей штанги блок выносной магнитной приставки (.2). Данный блок помещают в центр многовиткового контура, например, соленоида, в котором при подключении к нецу источника питания образуется рабочая область ОДНОРОДНОГО магнитного поля. При плавном изменении тока в контуре устанавливают стрелку прибора на оцифрованные значения шкалы и определяют фактическое значение индукции магнитного поля путем умножения тока в контуре на постоянную контура. Регулировку осуществляют сначала на самом низшем диапазоне с помощью переменного сопротивления А I, а затем на двух последующих диапазонах с помощью переменных сопротивлений R.3 кЯЬ соответственно. Определение фактическойWhen calibrating the device in a magnetic field, a pole of an insulating rod and a remote magnetic attachment unit (.2) are connected to its body. This block is placed in the center of a multi-turn circuit, for example, a solenoid, in which when a power source is connected to the net, a working area of a HOMOGENEOUS magnetic field is formed. With a smooth change in the current in the circuit, set the arrow of the device on the digitized values of the scale and determine the actual value of the magnetic field induction by multiplying the current in the circuit by the constant of the circuit. The adjustment is carried out first on the lowest range using a variable resistance A I, and then on the next two ranges using variable resistances R.3 kB, respectively. Determination of the actual

2.- y////J2.- y //// J

индукции магнитного поля производится не менее трех раз на всех оцифрованных значениях жалы прибора на каждом из диапазонов сначала по мере возрастания, а затем убывания показаний. Авторы: « О Васильев С.И. Жуков С.В, magnetic field induction is performed at least three times on all digitized values of the sting of the device in each of the ranges, first with increasing and then decreasing readings. Authors: “About Vasilyev S.I. Zhukov S.V.,

Claims

1. An anti-interference device for measuring electromagnetic field parameters, comprising a measuring unit and an electric antenna connected to its input, which is the housing of the measuring unit and consisting of two hemispheres isolated from each other, between which a voltage divider is galvanically connected and a switch for measuring ranges of electric field strength characterized in that an external magnetic attachment consisting of an induction coil is introduced as a separate unit into it of two and two series-connected adjustable voltage dividers and equipped with a connector designed for electrical connection of the terminals of the set-top box with the indicated hemispheres of the electric antenna, while due to the appropriate selection of the parameters of the elements of the set-top box, the required noise immunity of the devices is ensured.

2. The device according to claim 1, characterized in that the casing of the console unit is made of an electrically conductive material and is an electrostatic and electromagnetic screen that provides additional noise immunity of the device.

3. The device according to claim 1, characterized in that the set-top box includes a switch for measuring ranges of magnetic field induction, through which the terminals of the adjustable voltage dividers are alternately connected to the upper hemisphere of the electric antenna.