СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ Российский патент 2002 года по МПК G01R29/08 G01R29/14 

Изобретение относится к области измерительной технике и может быть использовано для измерения напряженности электрического поля и его степени неоднородности.

Известен способ измерения напряженности электрического поля [I], основанный на помещении в исследуемое пространство одного емкостного преобразователя, ориентировании его электродов 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 электрического поля из-за использования несимметричного, одинарного емкостного преобразователя и невозможность измерения степени неоднородности этого поля в объеме датчика.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ измерения напряженности электрического поля [2], 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 ее начала с последующим измерением трех координатных составляющих и определением напряженности измеряемого поля по его составляющим.

Недостатком этого способа является невозможность измерения степени неоднородности электрического поля в объеме датчика.

Задача изобретения - осуществление возможности наряду с измерением напряженности электрического поля и измерения степени неоднородности этого поля.

Задача достигается путем помещения в исследуемое пространство одновременно пары одинаковых проводящих чувствительных элементов, входящих в общий датчик, симметрировании наружных поверхностей датчика относительно координатной плоскости с расположением центров поверхностей чувствительных элементов попарно на одной оси выбранной системы координат симметрично относительно ее начала, при этом датчик ориентируют в электрическом поле так, чтобы разность полных потоков вектора напряженности электрического поля, замыкающихся на поверхностях чувствительных элементов быть максимальна, а затем, поддерживая датчик в этом положении, находят сначала разность полных потоков, пропорциональную модулю вектора напряженности электрического поля, а затем их сумму, после чего определяют степень неоднородности поля как отношение суммы потоков вектора напряженности к их разности.

Предлагаемый способ поясняется чертежом.

Чувствительные элементы 1 и 2 представляют собой наружные поверхности шаровых сегментов, симметричных относительно одной из плоскостей декартовой системы координат, например одной из ординат тела 3, представляющего собой в частотном случае шар. Центры 4 и 5 этих поверхностей попарно расположены на оси той же системы координат симметрично относительно ее начала 6. Чувствительные элементы, представляющие собой части шаровых поверхностей, например шаровые сегменты, слои, треугольники, квадраты и их сочетания, с одной стороны попарно соединены в частном случае через резистор, а в общем случае через дифференциальный преобразователь 7, осуществляющий вычитание векторных потоков, с измерительным прибором 8, измеряющим модуль вектора напряженности электрического поля, и с первым входом устройства отношений сигналов 10, а с другой стороны - через сумматор 9, осуществляющий суммирование потоков вектора напряженности электрического поля с чувствительных элементов датчика со вторым входом устройства отношений сигналов 10, соединенным с измерительным прибором 11, определяющим степень неоднородности электрического поля.

Способ измерения реализуется следующим образом.

Датчик с чувствительными элементами помещают в пространство исследуемого поля, при этом на выходах дифференциального преобразователя и сумматора возникают переменные напряжения, пропорциональные соответственно разности и сумме полных потоков вектора напряженности электрического поля, замыкающихся на открытых поверхностях чувствительных элементов.

Полные потоки вектора напряженности электрического поля через первый и второй чувствительные элементы определяются соотношениями


где вектор напряженности измеряемого электрического поля; составляющая вектора напряженности электрического поля, вызванная его неоднородностью; θ - угол между направлением вектора напряженности электрического поля и координатной осью датчика.

Напряжения на выходах дифференциального преобразователя и сумматора, пропорциональные разности и сумме полных потоков, будут определяться следующими выражениями соответственно


где k1 и k2 - коэффициенты пропорциональности.

Ориентируя датчик в электрическом поле, добиваются получения максимального показания измерительного прибора 8, а следовательно, и максимального напряжения на выходе дифференциального преобразователя, пропорционального модулю вектора напряженности электрического поля (согласно (3) максимальное напряжение будет достигаться при θ=0). Затем, удерживая датчик в этом положении, находят отношение выходных напряжений сумматора и дифференциального преобразователя соответственно, которое будет пропорционально степени неоднородности электрического поля, а именно

где η - степень неоднородности электрического поля, %; k - коэффициент пропорциональности.

Используя предлагаемый способ измерения, можно измерять как модуль вектора напряженности электрического поля, так и степень его неоднородности в объеме датчика.

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. А.С. 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.

Использование: в области измерительной техники для измерения напряженности электрического поля и его степени неоднородности. Технический результат заключается в возможности наряду с измерением напряженности электрического поля измерения степени неоднородности этого поля. Способ заключается в помещении в исследуемое пространство одновременно пары одинаковых проводящих чувствительных элементов, входящих в общий датчик, симметрировании наружных поверхностей датчика относительно координатной плоскости с расположением центров поверхностей чувствительных элементов попарно на одной оси выбранной системы координат симметрично относительно ее начала, при этом датчик ориентируют в электрическом поле так, чтобы разность полных потоков вектора напряженности электрического поля, замыкающихся на поверхностях чувствительных элементов, была максимальна, а затем, поддерживая датчик в этом положении, находят сначала разность полных потоков, пропорциональную модулю вектора напряженности электрического поля, а затем их сумму, после чего определяют степень неоднородности электрического поля как отношение суммы потоков вектора напряженности к их разности. 1 ил.

Способ измерения параметров электрического поля, основанный на помещении в исследуемое пространство одновременно одной пары проводящих чувствительных элементов, входящих в общий датчик, симметрировании наружных поверхностей датчика относительно координатной плоскости с расположением центров поверхностей чувствительных элементов на одной оси выбранной системы координат симметрично относительно ее начала, нахождении составляющей вектора напряженности электрического поля как разности полных потоков вектора напряженности электрического поля, замыкающихся на поверхностях чувствительных элементов, отличающийся тем, что датчик ориентируют в электрическом поле так, чтобы разность полных потоков вектора напряженности электрического поля через чувствительные элементы была максимальна, а затем, поддерживая датчик в этом положении, находят сумму этих потоков через те же чувствительные элементы, после чего определяют степень неоднородности электрического поля как отношение суммы потоков вектора напряженности к их разности.