способ измерения напряженности электрического поля

Формула изобретения

Способ измерения напряженности электрического поля, основанный на помещении в исследуемое пространство одновременно трех пар проводящих чувствительных элементов, входящих в общий датчик, симметрировании наружных поверхностей датчика относительно координатных плоскостей с расположением центров поверхностей чувствительных элементов попарно на трех осях выбранной системы координат симметрично относительно ее начала, нахождении трех составляющих вектора напряженности электрического поля как разности потоков по каждой паре чувствительных элементов и определении модуля вектора напряженности электрического поля путем геометрического суммирования его составляющих, отличающийся тем, что датчик ориентируют в электрическом поле так, чтобы сумма потоков вектора напряженности электрического поля через чувствительные элементы была минимальная или равна нулю, а затем поддерживают датчик в этом положении и определяют модуль вектора напряженности электрического поля по трем его составляющим.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения напряженности электрического поля в широком пространственном диапазоне с повышенной точностью.

Известен однокоординатный способ измерения напряженности электрического поля [1] , основанный на помещении в исследуемое пространство одной пары чувствительных элементов, входящих в общий датчик и находящихся на координатной оси, проходящей через центр датчика, ориентировании этих чувствительных элементов в электрическом поле до момента получения максимальной составляющей и определении модуля вектора напряженности путем измерения этой составляющей.

Недостатком этого способа является низкая точность измерения вектора напряженности неоднородного электрического поля из-за неточности ориентации датчика по направлению поля.

Известен также двухкоординатный способ измерения напряженности электрического поля [2] , основанный на помещении в исследуемое пространство двух пар чувствительных элементов, входящих в общий датчик и находящихся на двух координатных осях, проходящих через центр датчика, ориентировании этих чувствительных элементов в двух плоскостях электрического поля, измерении двух его составляющих и определении модуля вектора напряженности путем геометрического суммирования измеренных составляющих.

Недостатком этого способа также является низкая точность измерения вектора напряженности неоднородного электрического поля вследствие зависимости геометрической суммы составляющих вектора от ориентации датчика в поле.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ измерения напряженности электрического поля [3], заключающийся в том, что в исследуемое пространство одновременно помещают три пары чувствительных элементов, входящих в общий датчик, симметрируют наружную поверхность датчика относительно координатных плоскостей, располагают центры наружных поверхностей чувствительных элементов попарно на трех осях выбранной системы координат симметрично относительно его начала с последующим измерением трех координатных составляющих и определением напряженности измеряемого поля путем геометрического суммирования этих составляющих.

Недостатком прототипа является то, что при использовании этого способа для измерения неоднородных электрических полей появляется зависимость измеряемой напряженности от ориентации датчика, что приводит к значительным погрешностям измерения.

Задача изобретения - осуществление возможности измерения вектора напряженности электрического поля в широком пространственном диапазоне с повышенной точностью.

Задача достигается путем помещения в исследуемое пространство одновременно трех пар одинаковых проводящих чувствительных элементов, входящих в общий датчик, симметрировании наружных поверхностей датчика относительно координатных плоскостей с расположением центров поверхностей чувствительных элементов попарно на трех осях выбранной системы координат симметрично относительно ее начала, при этом датчик ориентируют в электрическом поле так, чтобы сумма потоков вектора напряженности электрического поля через чувствительные элементы была минимальна или равна нулю, а затем удерживают датчик в этом положении и находят три составляющие вектора напряженности электрического поля как разность потоков по каждой паре чувствительных элементов, после чего определяют модуль вектора напряженности электрического поля путем геометрического суммирования его составляющих.

Предлагаемый способ поясняется чертежом. Чувствительные элементы 1-6 представляют собой наружные поверхности шаровых сегментов, симметричных относительно плоскостей декартовой системы координат, например, в трех ординатах тела 7, представляющего из себя в частном случае шар. Центры 8-13 этих поверхностей попарно расположены на осях той же системы координат симметрично относительно ее начала 14. Чувствительные элементы, в частном случае представляющие собой шаровые сегменты, слои, треугольники, квадраты и их сочетания, с одной стороны попарно соединены в частном случае через резисторы, а в общем случае через дифференциальные преобразователи 15-17 с суммирующим устройством 18, осуществляющим геометрическое суммирование составляющих вектора напряженности электрического поля и определяющим его модуль, а с другой стороны - через сумматор 19, осуществляющий суммирование составляющих потоков вектора напряженности электрического поля со всех чувствительных элементов датчика с нуль индикатором 20.

Способ измерения реализуется следующим образом. Датчик с чувствительными элементами помещают в пространство исследуемого поля и ориентируют его в нем так, чтобы сумма потоков вектора напряженности электрического поля через все чувствительные элементы была минимальна или равна нулю, а затем удерживают датчик в этом положении и находят три составляющие вектора напряженности электрического поля как разность потоков по каждой паре чувствительных элементов, после чего определяют модуль вектора напряженности электрического поля путем геометрического суммирования его составляющих. Конфигурация и размеры чувствительных элементов должны быть одинаковыми.

Используя предлагаемый способ измерения, можно добиться повышения приблизительно на порядок точности измерения напряженности неоднородных электрических полей в широком пространственном диапазоне измерений по сравнению с известными способами.

Литература

1. Морозов Ю.А., Громов О.М. Прибор для измерения напряженности электрического поля промышленной частоты // Научные работы институтов охраны труда ВЦСПС. - М.: Профиздат. -1970. - вып. 65. -С.41-44.

2. Bocker H., Wilhelmy L. Messung der elektrischen Feldstarke bei hohen transienten und periodisch zeitabhangigen Spannungen // Elektrоtechniche zeitschrift. -1970. -A91. - 8. -S.427-430.

3. Aвторское свидетельство 473128 (СССР), МКИ G 01 R 29/14. Способ измерения напряженности электрического поля / B.C. Аксельрод, К.Б. Щегловский, В.А. Мондрусов. Опубл. 1975, Бюллетень 21.