способ измерения напряженности электрического поля

Формула изобретения

Способ измерения напряженности электрического поля, основанный на помещении в исследуемое пространство одновременно n пар проводящих чувствительных элементов, входящих в общий датчик, симметрировании наружных поверхностей датчика относительно координатных плоскостей с расположением центров поверхностей чувствительных элементов попарно на n осях выбранной системы координат симметрично относительно ее начала, отличающийся тем, что датчик ориентируют и затем поддерживают так, чтобы вектор напряженности электрического поля был равноудален от координатных осей датчика, т.е., чтобы его составляющие по координатным осям были равны, а конфигурацию и размер чувствительных элементов выбирают из условия минимума погрешности от неоднородности электрического поля при максимальном пространственном диапазоне



где n = 2, 3;

Е_i - составляющие вектора напряженности электрического поля по координатным осям, зависящие от конфигурации и размеров чувствительных элементов, а также от пространственного диапазона измерений;

Е₀ - модуль вектора напряженности однородного электрического поля,

при этом модуль вектора напряженности измеряемого электрического поля определяют измерением одной из составляющих датчика.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерительной технике 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.

Достоинство такого способа измерения напряженности электрического поля, заключается в том, что устройство, реализующее этот способ, имеет узкий диапазон входных сигналов и простую схемную реализацию.

Недостатком этого способа является низкая точность измерения вектора напряженности неоднородного электрического поля и узкий пространственный диапазон измерения.

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, узкий пространственный диапазон измерения и расширенный диапазон входных сигналов устройства, реализующего этот способ.

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.

Общим недостатком известных способов и прототипа является то, что их можно использовать при измерении напряженности электрического поля в узком пространственном диапазоне, т.е. на расстоянии от источников поля и проводящих поверхностей, значительно превышающих размеры датчика. В этой области электрическое поле можно считать однородным. При приближении датчика к источнику поля или проводящим поверхностям электрическое поле становится неоднородным и появляется зависимость измеряемой напряженности от ориентации датчика, что приводит к значительным погрешностям измерения.

Кроме этого, устройства, реализующие эти способы, имеют расширенные диапазоны измерения входных сигналов и обладают повышенной сложностью реализации.

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

Задача достигается путем помещения в исследуемое пространство одновременно n-пар проводящих чувствительных элементов, входящих в общий датчик, симметрировании наружных поверхностей датчика относительно координатных плоскостей с расположением центров поверхностей чувствительных элементов попарно на n осях выбранной системы координат симметрично относительно ее начала, при этом датчик ориентируют и затем поддерживают так, чтобы вектор напряженности электрического поля был равноудален от координатных осей датчика, т. е., чтобы его составляющие по координатным осям были равны, а конфигурацию и размер чувствительных элементов выбирают из условия минимума погрешности от неоднородности электрического поля при максимальном пространственном диапазоне измерения



где n=2; 3;

Е_i - составляющие вектора напряженности электрического поля по координатным осям, зависящие от конфигурации и размеров чувствительных элементов, а также от пространственного диапазона измерений;

Е₀ - модуль вектора напряженности однородного электрического поля.

При этом модуль вектора измеряемого электрического поля определяют измерением одной из составляющих датчика.

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, соединены в частном случае через резисторы, а в общем случае через дифференциальные преобразователи 15-17, и логическое устройство 18 со звуковым, световым или иным сигнализатором 19 равенства составляющих вектора напряженности по координатным осям, а выход одного из дифференциальных преобразователей, например, по оси X, соединен с измерительным прибором 20.

Способ измерения реализуется следующим образом. Датчик с чувствительными элементами помещают в пространство исследуемого поля и ориентируют его в нем до момента равенства составляющих вектора напряженности электрического поля по всем координатным осям, и удерживая датчик в этом положении, измеряют одну из составляющих вектора напряженности электрического поля, по которой и определяют его модуль. Конфигурацию и размер чувствительных элементов выбирают из условия минимума погрешности от неоднородности электрического поля при максимальном пространственном диапазоне измерения



где n=2; 3;

Е_i - составляющие вектора напряженности электрического поля по координатным осям, зависящие от конфигурации и размеров чувствительных элементов, а также от пространственного диапазона измерений;

Е₀ - модуль вектора напряженности однородного электрического поля.

Используя предлагаемый способ измерения и при правильном выборе конфигурации и размеров чувствительных элементов можно добиться погрешности измерения менее 1% на расстояниях от источника поля и проводящих поверхностей больших или равных 1,5R, где R - условный радиус тела датчика. Кроме этого упрощается устройство обработки сигналов датчика и сужается диапазон входных сигналов устройства.

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 // Elektrotechniche zeitschrift. - 1970. - A91. - 8. - S.427-430.

3. A.с. 473128 (СССР), МКИ G 01 R 29/14. Способ измерения напряженности электрического поля / B.C. Акселърод, К.Б.Щегловский, В.А.Мондрусов. Опубл. 1975, БИ 21.