RU210427U1 - Double sensor for measuring electric field strength with clamp-on sensing elements - Google Patents

Double sensor for measuring electric field strength with clamp-on sensing elements Download PDF

Info

Publication number
RU210427U1
RU210427U1 RU2022101434U RU2022101434U RU210427U1 RU 210427 U1 RU210427 U1 RU 210427U1 RU 2022101434 U RU2022101434 U RU 2022101434U RU 2022101434 U RU2022101434 U RU 2022101434U RU 210427 U1 RU210427 U1 RU 210427U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sensor
sensitive elements
electric field
field strength
differential
Prior art date
Application number
RU2022101434U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Владимирович Бирюков
Людмила Владимировна Тюкина
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего 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 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"
Priority to RU2022101434U priority Critical patent/RU210427U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU210427U1 publication Critical patent/RU210427U1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/12—Measuring electrostatic fields or voltage-potential
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для измерения напряженности электрического поля в широком пространственном диапазоне с повышенной точностью. Сдвоенный датчик для измерения напряженности электрического поля с накладными чувствительными элементами, содержащий сферический корпус с двумя парами электропроводящих чувствительных элементов, выполненных в форме сферических сегментов с угловыми размерами θ01и θ02 ≤ 90°попарно и симметрично расположенных относительно поверхности датчика на одной координатной оси, проходящей через центр электропроводящего сферического корпуса, при этом чувствительные элементы и корпус датчика изолированы друг от друга, первые чувствительные элементы соответствующей пары элементов выполнены с возможностью соединения с первыми входами дифференциальных преобразователей выходных сигналов датчика, а вторые чувствительные элементы этой же пары выполнены с возможностью соединения со вторыми входами дифференциальных преобразователей выходных сигналов датчика, причемв датчике первая пара чувствительных элементов выполняется с угловым размером θ01=47°, а выходы первого, второго дифференциальных преобразователей и выход сумматора являются выходами первого, второго двойных и сдвоенного датчиков соответственно.Техническим результатом при реализации заявленного решения является значительное повышение точности измерения напряженности неоднородных электрических полей, при этом погрешность датчика составляетδ=±2,1 % и не превышает её в пространственном диапазоне 0≤a≤0,93 (d≈1,08R). 3 ил.The utility model relates to the field of measurement technology and can be used to measure the electric field strength in a wide spatial range with increased accuracy. Dual sensor for measuring electric field strength with overlay sensitive elements, containing a spherical housing with two pairs of electrically conductive sensitive elements made in the form of spherical segments with angular dimensions θ01 and θ02 ≤ 90° in pairs and symmetrically located relative to the sensor surface on one coordinate axis passing through the center an electrically conductive spherical housing, while the sensitive elements and the sensor housing are isolated from each other, the first sensitive elements of the corresponding pair of elements are configured to be connected to the first inputs of the differential converters of the output signals of the sensor, and the second sensitive elements of the same pair are configured to be connected to the second inputs of the differential transducers of the output signals of the sensor, and in the sensor the first pair of sensitive elements is made with an angular size θ01=47°, and the outputs of the first, second differential transducers and the output of the adder are the outputs of the first, second double and dual sensors, respectively. The technical result in the implementation of the proposed solution is a significant increase in the accuracy of measuring the intensity of inhomogeneous electric fields, while the sensor error is δ=±2.1% and does not exceed it in the spatial range 0≤ a≤0.93 (d≈1.08R). 3 ill.

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 strength in a wide spatial range with increased accuracy.

Известен датчик для измерения составляющих электрического поля [Мисакян М., Коттер Ф.Р., Калер Р.Л. Миниатюрный датчик электрического поля // Приборы для научных исследований. – 1978. -№7. – С.52–55], содержащий однокоординатный дифференциальный датчик с одной парой одинаковых электропроводящих чувствительных элементов в форме полусфер, диаметрально расположенных на одной координатной оси, с началом координат, совмещенным с центром корпуса датчика, дифференциальный преобразователь выходного сигнала датчика, первый вход которого соединен с первым чувствительным элементом, а второй вход – со вторым чувствительным элементом датчика, а его выход соединен с измерительным прибором, при этом датчик ориентирован так, чтобы вектор напряженности электрического поля совпадал с направлением координатной оси датчика.Known sensor for measuring the components of the electric field [Misakyan M., Kotter F.R., Kaler R.L. Miniature electric field sensor // Instruments for scientific research. - 1978. -№7. - P.52–55], containing a single-coordinate differential sensor with one pair of identical electrically conductive sensing elements in the form of hemispheres, diametrically located on the same coordinate axis, with the origin aligned with the center of the sensor body, a differential converter of the sensor output signal, the first input of which is connected with the first sensitive element, and the second input - with the second sensitive element of the sensor, and its output is connected to the measuring device, while the sensor is oriented so that the electric field strength vector coincides with the direction of the coordinate axis of the sensor.

Достоинством датчика является то, что он выполняется двойным, так как по каждой координатной оси датчика расположены диаметрально противоположные пары электропроводящих чувствительных элементов. А, о составляющих вектора напряженности электрического поля судят по величине разности зарядов между противоположными парами чувствительных элементов. Использование датчика в дифференциальном включении приводит к повышению точности измерений, за счет уменьшения синфазных составляющих, т.е. внешних электрических помех.The advantage of the sensor is that it is double, since diametrically opposite pairs of electrically conductive sensitive elements are located along each coordinate axis of the sensor. And, the components of the electric field strength vector are judged by the magnitude of the charge difference between opposite pairs of sensitive elements. The use of a sensor in a differential connection leads to an increase in the accuracy of measurements, due to a decrease in common-mode components, i.e. external electrical interference.

Недостатком датчика является то, что датчик с измерительными электродами в форме полусфер, угловой размер которых θ0=90° в неоднородном поле имеет отрицательную погрешность, предельное значение которой достигает -35 %. В результате значение напряженности электрического поля будет занижено. The disadvantage of the sensor is that the sensor with measuring electrodes in the form of hemispheres, the angular size of which θ 0 =90° in an inhomogeneous field has a negative error, the limit value of which reaches -35%. As a result, the value of the electric field strength will be underestimated.

Известен также датчик, реализованный в способе измерения напряженности электрического поля, [Патент RU № 2388003, МКИ G01 R 29/12, G01 R 29/08], содержащий электропроводящий сферический корпус с тремя парами электропроводящих чувствительных элементов в форме сферических сегментов с угловыми размерамиθ0≤45°, попарно и симметрично расположенных относительно поверхности корпуса датчика на его координатных осях, проходящих через центр сферического корпуса, при этом чувствительные элементы и корпус датчика изолированы друг от друга. Also known is a sensor implemented in a method for measuring the electric field strength, [Patent RU No. 2388003, MKI G01 R 29/12, G01 R 29/08], containing an electrically conductive spherical housing with three pairs of electrically conductive sensitive elements in the form of spherical segments with angular dimensions θ 0 ≤45°, located in pairs and symmetrically relative to the surface of the sensor housing on its coordinate axes passing through the center of the spherical housing, while the sensitive elements and the sensor housing are isolated from each other.

Датчик второго аналога также выполнен двойным и обладает теми же достоинствами, что и датчик первого аналога.The sensor of the second analogue is also made double and has the same advantages as the sensor of the first analogue.

Недостатком второго аналога является то, что его чувствительные элементы выполнены в форме сферических сегментов с угловыми размерами θ0≤45° и являются частью полусферы, имеющей угловой размер θ0=90°. Ограничение угловых размеров сферических сегментов вызвано исключением их наложения друг на друга. Датчик с чувствительными элементами в форме сферических сегментов и угловыми размерами θ0≤45° в неоднородном поле имеет положительную погрешность, предельное значение которой достигает +35 %. В результате значение напряженности электрического поля будут завышено. The disadvantage of the second analogue is that its sensitive elements are made in the form of spherical segments with angular dimensions θ 0 ≤45° and are part of a hemisphere having an angular dimension θ 0 =90°. The limitation of the angular dimensions of spherical segments is caused by the exclusion of their overlapping. A sensor with sensitive elements in the form of spherical segments and angular dimensions θ 0 ≤45° in an inhomogeneous field has a positive error, the limit value of which reaches +35%. As a result, the value of the electric field strength will be overestimated.

Наиболее близким является датчик, реализованный в устройстве для измерения напряженности электрического поля со сдвоенным датчиком [Патент RU № 207465 U1, МКИ G01 R 29/12], содержащий сферический датчик с двумя парами электропроводящими чувствительными элементами в форме сферических сегментов, первая пара которых выполнена с угловыми размерами θ0≤45°, а вторая пара выполнена с угловыми размерами θ0≤90. Обе пары чувствительных элементов попарно и симметрично расположенных относительно поверхности датчика на одной координатной оси, проходящих через центр электропроводящего сферического корпуса, при этом чувствительные элементы и корпус датчика изолированы друг от друга, первые чувствительные элементы соответствующей пары элементов выполнены с возможностью соединения с первыми входами дифференциальных преобразователей выходных сигналов датчика, а вторые чувствительные элементы этой же пары выполнены с возможностью соединения с вторыми входами дифференциальных преобразователей выходных сигналов датчика, выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого подключен к измерительному прибору. The closest is a sensor implemented in a device for measuring electric field strength with a dual sensor [Patent RU No. 207465 U1, MKI G01 R 29/12], containing a spherical sensor with two pairs of electrically conductive sensitive elements in the form of spherical segments, the first pair of which is made with angular dimensions θ 0 ≤45°, and the second pair is made with angular dimensions θ 0 ≤90. Both pairs of sensitive elements are located in pairs and symmetrically relative to the sensor surface on the same coordinate axis, passing through the center of the electrically conductive spherical housing, while the sensitive elements and the sensor housing are isolated from each other, the first sensitive elements of the corresponding pair of elements are configured to be connected to the first inputs of differential transducers output signals of the sensor, and the second sensitive elements of the same pair are configured to be connected to the second inputs of differential converters of the output signals of the sensor, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the adder, the output of which is connected to the measuring device.

В неоднородном поле такой датчик имеет положительную погрешность, предельное, значение которой достигает +5 %.In an inhomogeneous field, such a sensor has a positive error, the limiting value of which reaches +5%.

Общим недостатком известных датчиков является низкая точность при измерении неоднородных электрических полей и ограниченный пространственный диапазон измерений. A common disadvantage of the known sensors is the low accuracy in measuring inhomogeneous electric fields and the limited spatial range of measurements.

Задачей полезной модели является повышение точности измерения напряженности неоднородных электрических полей в широком пространственном диапазоне измерений, т. е. обеспечение возможности измерения вблизи источников поля и проводящих поверхностей. The objective of the utility model is to improve the accuracy of measuring the intensity of inhomogeneous electric fields in a wide spatial measurement range, i.e., to provide the possibility of measuring near field sources and conductive surfaces.

Указанная задача достигается тем, что в известном датчике для измерения напряженности электрического поля, содержащем сферический корпус с двумя парами электропроводящих чувствительных элементов, выполненных в форме сферических сегментов с угловыми размерами θ01 и θ02 ≤ 90° попарно и симметрично расположенных относительно поверхности датчика на одной координатной оси, проходящей через центр электропроводящего сферического корпуса, при этом чувствительные элементы и корпус датчика изолированы друг от друга, первые чувствительные элементы соответствующей пары элементов выполнены с возможностью соединения с первыми входами дифференциальных преобразователей выходных сигналов датчика, а вторые чувствительные элементы этой же пары выполнены с возможностью соединения с вторыми входами дифференциальных преобразователей выходных сигналов датчика, согласно заявляемому техническому решению в датчике первая пара чувствительных элементов выполняется с угловым размером θ01=47°, а выходы первого, второго дифференциальных преобразователей и выход сумматора являются выходами первого, второго двойных и сдвоенного датчиков соответственно.This task is achieved by the fact that in a known sensor for measuring the electric field strength, containing a spherical housing with two pairs of electrically conductive sensitive elements made in the form of spherical segments with angular dimensions θ01 and θ02≤ 90° located in pairs and symmetrically relative to the sensor surface on the same coordinate axis passing through the center of the electrically conductive spherical housing, while the sensitive elements and the sensor housing are isolated from each other, the first sensitive elements of the corresponding pair of elements are configured to be connected to the first inputs of the differential transducers of the sensor output signals, and the second sensitive elements of the same pair are configured to be connected to the second inputs of the differential converters of the output signals of the sensor, according to the claimed technical solution in the sensor, the first pair of sensitive elements is made with an angular size θ01=47°, and the outputs of the first, second differential converters and the output of the adder are the outputs of the first, second double and dual sensors, respectively.

Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен датчика, представляющий собой сдвоенный двойной однокоординатный датчик для измерения напряженности электрического поля, в состав которого входит измерительная цепь; на фиг.2 показаны угловые размеры θ 0 1 =47° для чувствительных элементов 2-3 и θ 0 2 =90° для чувствительных элементов 4-5 (фиг. 2,а), и их форма выполнения в виде сферического сегмента (фиг.2,б), а на фиг.3 представлены графики погрешностей от неоднородности электрического поля для датчика, прототипа δ 3 , заявляемого датчика: для первого δ 1 , второго δ 2 двойных датчиков в составе сдвоенного датчика и сдвоенного датчика δ в зависимости от пространственного диапазона измерения a=R/d (R- радиус корпуса 1 датчика, d- расстояние от центра корпуса 1 датчика до источника поля) для чувствительных элементов первой пары 2-3, выполненных в форме сферического сегмента с угловым размером θ 0 =47° и второй пары 4-5, выполненных в форме сферического сегмента с угловым размером θ 0 ≤90°.The proposed utility model is illustrated by a drawing, where figure 1 shows a sensor, which is a dual double single-coordinate sensor for measuring the electric field strength, which includes a measuring circuit; figure 2 shows the angular dimensionsθ 0 one =47° for sensors 2-3 andθ 0 2 =90° for sensitive elements 4-5 (Fig. 2, a), and their form of execution in the form of a spherical segment (Fig. 2, b), and Fig. 3 shows graphs of errors from the inhomogeneity of the electric field for the sensor, the prototypeδ 3 , the proposed sensor: for the firstδ one , secondδ 2 double sensors as part of dual sensor and dual sensorδ depending on the spatial measurement rangea=R/d (R- radius of the body of 1 sensor,d- distance from the center of the body 1 of the sensor to the field source) for the first pair of sensitive elements 2-3, made in the form of a spherical segment with an angular sizeθ 0 =47° and the second pair 4-5, made in the form of a spherical segment with an angular dimensionθ 0 ≤90°.

Сдвоенный датчик напряженности электрического поля состоит из электропроводящего сферического корпуса 1 с расположенными на его поверхности на одной координатной оси двумя парами чувствительных элементов 2-3, входящих в первый датчик и 4-5, входящих во второй датчик, двух двухвходовых дифференциальных преобразователей 7 и 8 низкоомными входами и двухвходового сумматора 9. Чувствительные элементы 2 и 5 подключены к первым входам, а чувствительные элементы 3 и 4 подключены к вторым входам дифференциальных преобразователей 7 и 8 соответственно. Выходы первого 7 и второго 8 дифференциальных преобразователей соответственно соединены с первым и вторым входами сумматора 9. Выходы первого 7 и второго 8 дифференциальных преобразователей соответственно являются выходами первого и второго двойных датчика, а выход сумматора 9 является выходом сдвоенного датчика. Дифференциальные преобразователи 7 и 8, сумматор 9 представляют собой измерительную цепь. Измерительная цепь может быть иной, построенной, например, с использованием цифровых и микропроцессорных технологий. В качестве дифференциальных преобразователей измерительной цепи могут, например, использоваться дифференциальные интеграторы тока или усилители заряда. Электропроводящий сферический корпус 1 может являться средней точкой датчика или общей шиной 6 для измерительной цепи датчика. The dual electric field strength sensor consists of an electrically conductive spherical body 1 with two pairs of sensitive elements 2-3 located on its surface on the same coordinate axis, included in the first sensor and 4-5 included in the second sensor, two two-input differential converters 7 and 8 low-resistance inputs and two-input adder 9. Sensors 2 and 5 are connected to the first inputs, and sensors 3 and 4 are connected to the second inputs of differential transducers 7 and 8, respectively. The outputs of the first 7 and second 8 differential converters, respectively, are connected to the first and second inputs of the adder 9. The outputs of the first 7 and second 8 differential converters, respectively, are the outputs of the first and second dual sensors, and the output of the adder 9 is the output of a dual sensor. Differential converters 7 and 8, adder 9 are a measuring circuit. The measuring circuit may be different, built, for example, using digital and microprocessor technologies. As differential converters of the measuring circuit, for example, differential current integrators or charge amplifiers can be used. The electrically conductive spherical body 1 can be the middle point of the sensor or a common bus 6 for the measuring circuit of the sensor.

Датчик работает следующим образом.The sensor works as follows.

Датчик помещают в исследуемое электрическое поле так, чтобы его координатная ось была сориентирована по направлению поля. Под действием электрического поля на чувствительных элементах 2-3 и 4-5 первого и второго датчика, входящих в сдвоенный датчик индуцируются электрические заряды. С помощью дифференциальных преобразователей (интеграторов тока) 7 и 8 разность зарядов с каждой пары чувствительных элементов первого и второго датчика преобразуются в напряжения

Figure 00000001
и
Figure 00000002
(где k 1 и k 2 – коэффициенты преобразования первого и второго дифференциального преобразователя;
Figure 00000003
и
Figure 00000004
- разность зарядов с чувствительных элементов 2, 3 и 4, 5 соответственно). Напряжения U 1 и U 2 в свою очередь пропорциональны напряженностям E 1 и E 2 измеряемого электрического поля E, определяемым первым и вторым датчиком, входящих в состав сдвоенного датчика. Далее напряжения U 1 и U 2 суммируются сумматором 9, на выходе которого формируется напряжение U. The sensor is placed in the investigated electric field so that its coordinate axis is oriented along the direction of the field. Under the action of an electric field on the sensitive elements 2-3 and 4-5 of the first and second sensors included in the dual sensor, electric charges are induced. With the help of differential converters (current integrators) 7 and 8, the charge difference from each pair of sensitive elements of the first and second sensors is converted into voltages
Figure 00000001
and
Figure 00000002
(wherek one andk 2 are the conversion coefficients of the first and second differential converters;
Figure 00000003
and
Figure 00000004
- charge difference from sensitive elements 2, 3 and 4, 5, respectively). VoltageU one andU 2 are in turn proportional to the stressesE one andE 2 measured electric fieldEdetermined by the first and second sensors included in the dual sensor. Further voltageU one andU 2 summed by the adder 9, at the output of which a voltage is formedU.

Предварительно при градуировке датчика в однородном электрическом поле регулировкой коэффициентов преобразования k 1 при одной и той же напряженности E добиваются на выходах первого и второго датчика выполнения равенства U 1 =U 2 . В этом случае будет выполняться условие E 1 =E 2 =Е. Напряжения U 1 и U 2 являются выходными напряжениями первого и второго двойных датчиков. Далее напряжения U 1 и U 2 суммируются сумматором 9 и суммарное напряжение U=U 1 +U 2 =k(E 1 +E 2 )=kE (k - коэффициент суммирования сумматора 9) будет выходным напряжением сдвоенного датчика. При выполнении коэффициента суммирования

Figure 00000005
выходное напряжение U=k 0 (E 1 +E 2 )/2=k 0 E (где k 0 =1) будет пропорционально среднему значению напряженности электрического поля
Figure 00000006
, между значениями E 1 и E 2 , полученными первым и вторым двойными датчиками, входящими в состав сдвоенного датчика.Preliminary when calibrating the sensor in a uniform electric field by adjusting the conversion coefficientsk one at the same tensionEseek at the outputs of the first and second equality fulfillment sensorsU one =U 2 . In this case, the conditionE one =E 2 =E. VoltageU one andU 2 are the output voltages of the first and second dual sensors. Further voltageU one andU 2 summed by the adder 9 and the total voltageU=U one +U 2 =k(E one +E 2 )=kE (k- the summation factor of the adder 9) will be the output voltage of the dual sensor. When performing the summation factor
Figure 00000005
output voltageU=k 0 (E one +E 2 )/2=k 0 E (where k 0 =1) will be proportional to the average value of the electric field strength
Figure 00000006
, between valuesE one andE 2 obtained by the first and second dual sensors included in the dual sensor.

Использование сдвоенного датчика повышает точность измерения неоднородных электрических полей. Повышение точности достигается тем, что в неоднородном поле измеренные значения напряженности Е 1 и Е 2 содержат противоположные по знаку относительные погрешности от неоднородности поля, соответственно равные

Figure 00000007
и
Figure 00000008
. The use of a dual sensor improves the accuracy of measuring inhomogeneous electric fields. An increase in accuracy is achieved by the fact that in an inhomogeneous field the measured values of the intensityE one andE 2 contain opposite in sign relative errors from the field inhomogeneity, respectively equal to
Figure 00000007
and
Figure 00000008
.

С учетом погрешностей, можно записатьTaking into account the errors, we can write

Figure 00000009
и
Figure 00000010
,
Figure 00000009
and
Figure 00000010
,

где Е–напряженность исходного электрического поля. where E is the intensity of the initial electric field.

Напряженность измеряемого поля определится по формуле The strength of the measured field is determined by the formula

Figure 00000011
,
Figure 00000011
,

где

Figure 00000012
- погрешность измерения, вызванная неоднородностью поля. В результате получаем значения напряженности электрического поля с погрешностью δ в два раза меньшей, чем разность модулей погрешностей первого δ 1 и второгоδ 2 датчиков, входящих в состав сдвоенного датчика.where
Figure 00000012
- measurement error caused by field inhomogeneity. As a result, we obtain the values of the electric field strength with an errorδtwo times smaller than the difference between the error modules of the firstδ one and secondδ 2 sensors included in the dual sensor.

Построим графики (фиг. 3) погрешностей для первого датчик δ 1 , второго датчика δ 2 , прототипа δ 3 и заявляемого датчика δ в зависимости от относительного расстояния a=R/d (где R– радиус сферического корпуса датчика, d – расстояние от центра датчика до источника поля). Let's build graphs (Fig. 3) of errors for the first sensor δ 1 , the second sensor δ 2 , the prototype δ 3 and the claimed sensor δ depending on the relative distance a = R/d (where R is the radius of the spherical sensor housing, d is the distance from the center sensor to the field source).

В основе построения графиков погрешностей δ 1 , δ 2 , δ 2 и δ лежит известное выражение для расчета погрешности от неоднородности поля датчиков сферической формы [Бирюков С.В. Расчет и измерение напряженности электрического поля в электроустановках сверх – и ультравысокого напряжения /С.В. Бирюков, Ф.Г. Кайданов, Р.А. Кац, Е.С. Колечинский, В.Я. Ложников, Н.С. Смекалова, М.Д. Столяров //Влияние электроустановок высокого напряжения на окружающую среду: Переводы докладов Международной конференции по большим электрическим системам (СИГРЭ-86) (Энергетика за рубежом) / Под ред. Ю.П. Шкарина. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – С. 6-13].The plotting of error graphs δ 1 , δ 2 , δ 2 and δ is based on the well-known expression for calculating the error from the inhomogeneity of the field of sensors of a spherical shape [Biryukov S.V. Calculation and measurement of the electric field strength in electrical installations of over - and ultra-high voltage / S.V. Biryukov, F.G. Kaidanov, R.A. Katz, E.S. Kolechinsky, V.Ya. Lozhnikov, N.S. Smekalova, M.D. Stolyarov // The impact of high voltage electrical installations on the environment: Translations of the reports of the International Conference on Large Electrical Systems (SIGRE-86) (Energy abroad) / Ed. Yu.P. Shkarina. - M.: Energoatomizdat, 1988. - S. 6-13].

Figure 00000013
,
Figure 00000013
,

где а=R/d- пространственного диапазона измерения, R – радиус сферического корпуса датчика, d – расстояние от центра сферического корпуса датчика до источника поля, θ 0 - угловой размер чувствительного элемента датчика.where a=R/d is the spatial measurement range, R is the radius of the spherical sensor body, d is the distance from the center of the spherical sensor body to the field source, θ 0 is the angular size of the sensor's sensing element.

Подставив в эту формулу угловые размеры чувствительных элементов первого θ01=47° и второго θ02≤90° датчиков, получим для них графики погрешностей δ 1 и δ 2 . Вычислив по ним погрешность

Figure 00000014
, получим график погрешности заявляемого датчика, которая в два раза меньшей, чем разность модулей погрешностей δ 1 и δ 2 .Substituting in this formula the angular dimensions of the sensitive elements of the first θ 01 =47° and the second θ 02 ≤90° sensors, we get for them graphs of errors δ 1 and δ 2 . Calculating the error
Figure 00000014
 , we get a graph of the error of the proposed sensor, which is two times less than the difference between error modules δ 1 and δ 2 .

Из графиков фиг. 3 следует, что сдвоенный датчик прототипа, с угловыми размерами чувствительных элементов первого датчика θ01=45° и второго датчика θ02=90° позволяет уменьшить погрешность измерения неоднородных электрических полей до +4,6 % при практически полном пространственном диапазоне измерения 0≤a<0,98 (d=1,02R). From the graphs of Fig. 3 it follows that the dual sensor of the prototype, with the angular dimensions of the sensing elements of the first sensor θ 01 =45° and the second sensor θ 02 =90° allows you to reduce the measurement error of inhomogeneous electric fields to +4.6% with almost full spatial measurement range 0≤ a <0.98 ( d= 1.02R ).

Заявляемый двойной датчик позволяет в два раза уменьшить погрешность датчика прототипа при практически том же пространственном диапазоне измерения. При этом угловые размеры θ01 чувствительных элементов первого датчика должны быть увеличены с 45° до 47° при угловых размерах θ02≤90° чувствительных элементов второго датчика.The inventive double sensor allows to reduce the error of the sensor of the prototype by half with almost the same spatial measurement range. In this case, the angular dimensions θ 01 of the sensitive elements of the first sensor must be increased from 45° to 47° with the angular dimensions θ 02 ≤90° of the sensitive elements of the second sensor.

Угловой размер чувствительных элементов θ0=47° был получен путем нахождения минимума погрешности

Figure 00000015
заявляемого двойного датчика при изменении углового размера θ0 чувствительных элементов первого датчика. В результате минимизации погрешности двойного датчика прототипа установлено, что при угловом размере θ0=47° чувствительных элементов погрешность датчика составляет δ=+2,5 % и не превышает её в пространственном диапазоне 0≤a≤0,93 (d≈1,08R).The angular size of the sensitive elements θ 0 =47° was obtained by finding the minimum error
Figure 00000015
 of the inventive double sensor when changing the angular size θ 0 of the sensitive elements of the first sensor. As a result of minimizing the error of the prototype double sensor, it was found that with the angular size θ 0 =47° of the sensitive elements, the sensor error is δ= + 2.5% and does not exceed it in the spatial range 0≤ a ≤0.93 ( d≈1.08R ).

Таким образом, сдвоенный датчик с оптимальными угловыми размерами θ01=47° чувствительных элементов первого датчика и угловыми размерами θ02=90° чувствительных элементов второго датчика позволяет добиться значительного повышения точности измерения напряженности неоднородных электрических полей.Thus, a dual sensor with optimal angular dimensions θ 01 =47° of the sensing elements of the first sensor and angular dimensions θ 02 =90° of the sensing elements of the second sensor makes it possible to achieve a significant increase in the accuracy of measuring the intensity of inhomogeneous electric fields.

Claims (1)

Сдвоенный датчик для измерения напряженности электрического поля с накладными чувствительными элементами, содержащий сферический корпус с двумя парами электропроводящих чувствительных элементов, выполненных в форме сферических сегментов с угловыми размерами θ01 и θ02 ≤90° попарно и симметрично расположенных относительно поверхности датчика на одной координатной оси, проходящей через центр электропроводящего сферического корпуса, при этом чувствительные элементы и корпус датчика изолированы друг от друга, первые чувствительные элементы соответствующей пары элементов выполнены с возможностью соединения с первыми входами дифференциальных преобразователей выходных сигналов датчика, а вторые чувствительные элементы этой же пары выполнены с возможностью соединения с вторыми входами дифференциальных преобразователей выходных сигналов датчика, а выходы первого и второго дифференциального преобразователя выходных сигналов датчика соответственно соединены с первым и вторым входами сумматора, отличающийся тем, что в датчике первая пара чувствительных элементов выполняется с угловым размером θ01=47°, а выходы первого, второго дифференциальных преобразователей и выход сумматора являются выходами первого, второго двойных и сдвоенного датчиков соответственно.Dual sensor for measuring electric field strength with overlay sensitive elements, containing a spherical housing with two pairs of electrically conductive sensitive elements made in the form of spherical segments with angular dimensions θ01 and θ02≤90° located in pairs and symmetrically relative to the sensor surface on the same coordinate axis passing through the center of the electrically conductive spherical housing, while the sensitive elements and the sensor housing are isolated from each other, the first sensitive elements of the corresponding pair of elements are configured to be connected to the first inputs of the differential transducers of the sensor output signals, and the second sensitive elements of the same pair are configured to be connected to the second inputs of the differential converters of the output signals of the sensor, and the outputs of the first and second differential converters of the output signals of the sensor, respectively, are connected to the first and second inputs of the adder, characterized in that in the sensor the first pair of sensitive elements is made with an angular size θ01=47°, and the outputs of the first, second differential converters and the output of the adder are the outputs of the first, second double and dual sensors, respectively.
RU2022101434U 2022-01-24 2022-01-24 Double sensor for measuring electric field strength with clamp-on sensing elements RU210427U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2022101434U RU210427U1 (en) 2022-01-24 2022-01-24 Double sensor for measuring electric field strength with clamp-on sensing elements

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2022101434U RU210427U1 (en) 2022-01-24 2022-01-24 Double sensor for measuring electric field strength with clamp-on sensing elements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU210427U1 true RU210427U1 (en) 2022-04-15

Family

ID=81255775

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2022101434U RU210427U1 (en) 2022-01-24 2022-01-24 Double sensor for measuring electric field strength with clamp-on sensing elements

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU210427U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU214868U1 (en) * 2022-10-11 2022-11-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)" Electric field strength sensor with sensing elements in the form of a spherical rectangle

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN207133364U (en) * 2017-09-05 2018-03-23 北京森馥科技股份有限公司 Field measurement device and system
RU181781U1 (en) * 2018-04-23 2018-07-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" ELECTRIC FIELD TENSION SENSOR
CN209372976U (en) * 2019-01-08 2019-09-10 广东省职业病防治院 electric field measuring assembly and electric field measuring device
RU207465U1 (en) * 2021-04-23 2021-10-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC FIELD VOLTAGE WITH DUAL SENSOR
RU207464U1 (en) * 2021-04-23 2021-10-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC FIELD VOLTAGE WITH DUAL SENSOR

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN207133364U (en) * 2017-09-05 2018-03-23 北京森馥科技股份有限公司 Field measurement device and system
RU181781U1 (en) * 2018-04-23 2018-07-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" ELECTRIC FIELD TENSION SENSOR
CN209372976U (en) * 2019-01-08 2019-09-10 广东省职业病防治院 electric field measuring assembly and electric field measuring device
RU207465U1 (en) * 2021-04-23 2021-10-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC FIELD VOLTAGE WITH DUAL SENSOR
RU207464U1 (en) * 2021-04-23 2021-10-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC FIELD VOLTAGE WITH DUAL SENSOR

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU214868U1 (en) * 2022-10-11 2022-11-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)" Electric field strength sensor with sensing elements in the form of a spherical rectangle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6806932B1 (en) Electrostatic self-energy supply strain grid sensor
WO2012031551A1 (en) Magnetic encoder using giant-hall-effect magnetic sensing element
RU207464U1 (en) DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC FIELD VOLTAGE WITH DUAL SENSOR
RU207465U1 (en) DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC FIELD VOLTAGE WITH DUAL SENSOR
RU210427U1 (en) Double sensor for measuring electric field strength with clamp-on sensing elements
RU210806U1 (en) Dual sensor for measuring electric field strength with multiple sensing elements
RU211166U1 (en) Dual sensor for measuring electric field strength
RU211936U1 (en) Double sensor for measuring electric field strength with separate sensing elements
RU2814188C1 (en) Dual-type electric field intensity sensor
US9851419B2 (en) Hall sensor
RU2807952C1 (en) Single-coordinate spherical electric field strength sensor
RU214868U1 (en) Electric field strength sensor with sensing elements in the form of a spherical rectangle
RU215001U1 (en) Electric field strength sensor with sensitive elements in the form of a spherical bicagon
RU111307U1 (en) DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC FIELD TENSION
RU2768200C1 (en) Double sensor of electric field strength vector components
RU2799972C1 (en) Method for measuring the electric field strength by the equality of two components
RU2799666C1 (en) Method for measuring the electric field strength by one component
RU21308U1 (en) ELECTRIC FIELD PARAMETERS
RU214867U1 (en) Electric field strength sensor with sensing elements in the form of a spherical square
RU169304U1 (en) ELECTROSTATIC FIELD TENSION CONTROL DEVICE
RU20588U1 (en) DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC FIELD TENSION
RU2307356C1 (en) Device for measurement of objective speed
RU19419U1 (en) DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC FIELD TENSION
RU26135U1 (en) DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC FIELD TENSION
RU107366U1 (en) DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC FIELD TENSION