RU211936U1 - Double sensor for measuring electric field strength with separate sensing elements - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для измерения напряженности электрического поля в широком пространственном диапазоне с повышенной точностью. Предложен сдвоенный датчик для измерения напряженности электрического поля с раздельными чувствительными элементами, содержащий сферическое основание с двумя парами электропроводящих чувствительных элементов, первая пара из которых выполнена в форме сферического сегмента с внешним угловым размером θ₀, а вторая пара чувствительных элементов выполняется в форме сферического слоя с внешним θ₁<180° и внутренним θ₂ угловыми размерами, причем чувствительные элементы расположены попарно симметрично относительно центра сферического основания по одной координатной оси, проходящей через центр проводящего сферического основания, при этом чувствительные элементы и сферическое основание 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 этих же пар выполнены с возможностью соединения со 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, при этом выход второго дифференциального преобразователя является выходом второго двойного датчика, отличающийся тем, что в датчике внешний и внутренний угловые размеры первой и второй пары чувствительных элементов выполняются соответственно равными θ₀≥71° и θ₂≤71,2°, при θ₂>θ₀, а выход первого дифференциального преобразователя и выход сумматора являются выходами первого двойного и сдвоенного датчиков соответственно. Используя предлагаемый датчик можно добиться значительного повышения точности измерения напряженности неоднородных электрических полей в широком пространственном диапазоне измерений по сравнению с известными датчиками. 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. A dual sensor for measuring the electric field strength with separate sensitive elements is proposed, containing a spherical base with two pairs of electrically conductive sensitive elements, the first pair of which is made in the form of a spherical segment with an external angular size θ ₀ , and the second pair of sensitive elements is made in the form of a spherical layer with external θ ₁ <180° and internal θ ₂ angular dimensions, and the sensing elements are located in pairs symmetrically relative to the center of the spherical base along one coordinate axis passing through the center of the conductive spherical base, while the sensing elements and the spherical base of the sensor are isolated from each other, the first sensitive the 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 pairs are configured to be connected to the second inputs differential converters of the output signals of the sensor, and the outputs of the first and second differential converter of the output signals of the sensor are respectively connected to the first and second inputs of the adder, while the output of the second differential converter is the output of the second double sensor, characterized in that in the sensor the outer and inner angular dimensions of the first and the second pair of sensitive elements are respectively equal to θ ₀ ≥71° and θ ₂ ≤71.2°, with θ ₂ >θ ₀ , and the output of the first differential converter and the output of the adder are the outputs of the first double and dual sensors, respectively. Using the proposed sensor, it is possible to achieve a significant increase in the accuracy of measuring the intensity of inhomogeneous electric fields in a wide spatial measurement range compared to known sensors. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения напряженности электрического поля в широком пространственном диапазоне с повышенной точностью. The utility model relates to the field of measuring technology and can be used to measure the electric field strength in a wide spatial range with increased accuracy.

Известен однокоординатный датчик, реализованный в устройстве для измерения напряженности электрического поля [Патент №17225 РФ, МПК G01R 29/08]. Датчик содержит проводящее сферическое основание, на поверхности которого изолированно от него и друг от друга расположены два одинаковых электропроводящих чувствительных элементов в форме полусфер, центры которых лежат на одной координатной оси, проходящей через центр сферического основания, дифференциальный преобразователь выходного сигнала датчика, первый вход которого соединен с первым чувствительным элементом, а второй вход - со вторым чувствительным элементом датчика, а его выход является выходом датчика. Known single-coordinate sensor implemented in a device for measuring the electric field [Patent No. 17225 RF, IPC G01R 29/08]. The sensor contains a conductive spherical base, on the surface of which, isolated from it and from each other, there are two identical electrically conductive sensitive elements in the form of hemispheres, the centers of which lie on the same coordinate axis passing through the center of the spherical base, a differential transducer of the output signal of the sensor, 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 the output of the sensor.

Достоинством датчика является то, что он выполняется двойным, так как на координатной оси датчика расположены диаметрально противоположные пары электропроводящих чувствительных элементов. А, по 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 влияния синфазных составляющих, вызванных внешними электрическими помехами.The advantage of the sensor is that it is made double, since diametrically opposite pairs of electrically conductive sensitive elements are located on the coordinate axis of the sensor. And, the strength of the electric field is 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 measurement accuracy, by reducing the influence of common-mode components caused by external electrical noise.

Недостатком датчика является то, что датчик с чувствительными элементами в форме полусфер, угловой размер которых θ₀=180° 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 sensitive elements in the form of hemispheres, the angular size of which θ ₀ =180° in a non-uniform 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 G01R 29/12, G01R 29/08], содержащий проводящее сферическое основание с тремя парами электропроводящих чувствительных элементов, попарно и симметрично расположенных относительно поверхности корпуса датчика на его координатных осях, проходящих через центр сферического основания, при этом чувствительные элементы и сферическое основание изолированы друг от друга. Also known is a sensor implemented in a method for measuring the electric field strength [Patent RU No. 2388003, MKI G01R 29/12, G01R 29/08], containing a conductive spherical base with three pairs of electrically conductive sensitive elements, in pairs and symmetrically located relative to the surface of the sensor housing on its coordinate axes passing through the center of the spherical base, while the sensitive elements and the spherical base are isolated from each other.

Датчик второго аналога также выполнен двойным и обладает теми же достоинствами двойного датчика, что и датчик первого аналога.The sensor of the second analogue is also made double and has the same advantages of a double sensor 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≤90° и являются частью полусферы, имеющей угловой размер θ₀=180°. Ограничение угловых размеров сферических сегментов вызвано исключением их перекрытия друг другом. Датчик с чувствительными элементами в форме сферических сегментов и угловыми размерами θ₀≤90° 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 ≤90° and are part of a hemisphere having an angular dimension θ ₀ =180°. The limitation of the angular dimensions of the spherical segments is caused by the exclusion of their overlapping with each other. A sensor with sensitive elements in the form of spherical segments and angular dimensions θ ₀ ≤90° 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 №207464 U1, МКИ G01R 29/12], содержащий сферический датчик с двумя парами электропроводящих чувствительных элементов, первая пара которых выполнена в форме сферических сегментов с угловыми размерами θ₀≤90°, а вторая пара выполнена в форме сферических сегментов с угловыми размерами у основания θ₁≤180° и у вершины θ₂≥90°. Обе пары чувствительных элементов попарно и симметрично расположены относительно сферического основания датчика на одной координатной оси, проходящих через центр электропроводящего сферического основания, при этом чувствительные элементы и сферическое основание 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, причем первый вход второго сумматора соединен с первым входом первого сумматора и выходом первого дифференциального преобразователя, а второй вход второго сумматора соединен с выходом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго дифференциального преобразователя, при этом выход второго сумматора подключен к измерительному прибору. The closest is the sensor implemented in the device for measuring the electric field strength with a dual sensor [Patent RU No. 207464 U1, MKI G01R 29/12], containing a spherical sensor with two pairs of electrically conductive sensitive elements, the first pair of which is made in the form of spherical segments with angular dimensions θ ₀ ≤90°, and the second pair is made in the form of spherical segments with angular dimensions at the base θ ₁ ≤180° and at the top θ ₂ ≥90°. Both pairs of sensitive elements are located in pairs and symmetrically relative to the spherical base of the sensor on the same coordinate axis, passing through the center of the electrically conductive spherical base, while the sensitive elements and the spherical base 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 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 converters of the output signals of the sensor, the first input of the second adder is connected to the first input of the first adder and the output of the first differential converter, and the second input of the second adder is connected to the output the first adder, the second input of which is connected to the output of the second differential converter, while the output of the second adder is connected to the measuring device.

В неоднородном поле такой датчик имеет положительную погрешность, предельное, значение которой не превышает +5%.In an inhomogeneous field, such a sensor has a positive error, the limiting value of which does not exceed +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. providing the possibility of measuring near field sources and conductive surfaces.

Указанная задача достигается тем, что в известном датчике для измерения напряженности электрического поля, содержащем сферическое основание с двумя парами электропроводящих чувствительных элементов, первая пара из которых выполнена в форме сферического сегмента с внешним угловым размером θ₀, а вторая пара чувствительных элементов выполняется в форме сферического слоя с внешним θ₁<180° и внутренним θ₂ угловыми размерами, причем чувствительные элементы расположены попарно симметрично относительно центра сферического основания по одной координатной оси, проходящей через центр проводящего сферического основания, при этом чувствительные элементы и сферическое основание 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 этих же пар выполнены с возможностью соединения со 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, при этом выход второго дифференциального преобразователя является выходом второго двойного датчика, отличающееся тем, что в датчике внешний и внутренний угловые размеры первой и второй пары чувствительных элементов выполняются соответственно равными θ₀≥71° и θ₂≤71,2°, при θ₂>θ₀, а выход первого дифференциального преобразователя и выход сумматора являются выходами первого двойного 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 base with two pairs of electrically conductive sensitive elements, the first pair of which is made in the form of a spherical segment with an external angular size θ ₀ , and the second pair of sensitive elements is made in the form of a spherical layer with external θ ₁ <180° and internal θ ₂ angular dimensions, and the sensing elements are located in pairs symmetrically relative to the center of the spherical base along one coordinate axis passing through the center of the conductive spherical base, while the sensing elements and the spherical base of the sensor are isolated from each other, the first sensing elements of the corresponding pair of elements are configured to be connected to the first inputs of the differential converters of the sensor output signals, and the second sensing elements of the same pairs 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 converter of the output signals of the sensor are respectively connected to the first and second inputs of the adder, while the output of the second differential converter is the output of the second double sensor, characterized in that in the sensor the outer and inner angular dimensions of the first and the second pair of sensitive elements are respectively equal to θ ₀ ≥71° and θ ₂ ≤71.2°, with θ ₂ >θ ₀ , and the output of the first differential converter and the output of the adder are the outputs of the first double and dual sensors, respectively.

Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен датчик, представляющий собой сдвоенный двойной однокоординатный датчик для измерения напряженности электрического поля, в состав которого входит измерительная цепь; на фиг. 2 показаны чувствительные элементы 2-3 выполненные в форме сферического сегмента (фиг. 2, а) и чувствительные элементы 4-5 выполненные, в форме сферического слоя (фиг. 2, б) и их угловые размеры, а на фиг. 3 представлены графики погрешностей от неоднородности электрического поля для датчиков аналога 1, аналога 2, прототипа и заявляемого датчика в зависимости от пространственного диапазона измерения a=R/d (R - радиус сферического основания 1 датчика, d - расстояние от центра сферического основания 1 датчика до источника поля). The proposed utility model is illustrated by the drawing, where in Fig. 1 shows a sensor, which is a dual double single-coordinate sensor for measuring the electric field strength, which includes a measuring circuit; in fig. 2 shows sensitive elements 2-3 made in the form of a spherical segment (Fig. 2, a) and sensitive elements 4-5 made in the form of a spherical layer (Fig. 2, b) and their angular dimensions, and in Fig. 3 shows graphs of errors from the inhomogeneity of the electric field for sensors analog 1, analog 2, prototype and the claimed sensor, depending on the spatial measurement range a=R/d (R is the radius of the spherical base 1 of the sensor, d is the distance from the center of the spherical base 1 of the sensor to field source).

Сдвоенный датчик напряженности электрического поля состоит из электропроводящего сферического основания 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 2-3 и 4-5 соответственно подключены к входам первого и второго дифференциальных преобразователей 7 и 8, а их выходы к сумматору 9. Выходы дифференциальных преобразователей 7 и 8 и сумматора 9 являются выходами 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. Электропроводящее сферическое основание 1 может являться средней точкой или общей шиной 6 для измерительной цепи датчика. The dual electric field strength sensor consists of an electrically conductive spherical base 1 with two pairs of sensitive elements 2-3, included in the first sensor and 4-5, included in the second sensor, located on its surface on the same coordinate axis, two two-input differential converters 7 and 8 low-resistance inputs and a two-input adder 9. Sensing elements 2-3 and 4-5, respectively, are connected to the inputs of the first and second differential converters 7 and 8, and their outputs to the adder 9. The outputs of the differential converters 7 and 8 and the adder 9 are the outputs of the 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 base 1 can be a midpoint 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 и ориентируют его координатную ось 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 7 и 8 разность зарядов с каждой пары чувствительных элементов первого и второго датчика преобразуются в напряжения

(где k₁ и k₂ - коэффициенты преобразования первого и второго дифференциального преобразователя;

- разность зарядов с чувствительных элементов 2, 3 и 4, 5 соответственно). Напряжения U₁ и U₂ в свою очередь пропорциональны E₁ и E₂ напряженности измеряемого электрического поля E, определяемым первым и вторым датчиком, входящих в состав сдвоенного датчика. Далее напряжения U₁ и U₂ суммируются сумматором 9, на выходе которого формируется напряжение U. The sensor is placed in the investigated electric field and 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 7 and 8, the charge difference from each pair of sensitive elements of the first and second sensors is converted into voltages

(where k ₁ and k ₂ - conversion coefficients of the first and second differential converter;

- charge difference from sensitive elements 2, 3 and 4, 5, respectively). Voltages U ₁ and U ₂ in turn are proportional to E ₁ and E ₂ measured electric field strength E, determined by the first and second sensors included in the dual sensor. Next, the voltages U ₁ and U ₂ are summed up by the adder 9, at the output of which the voltage U is formed.

Предварительно при градуировке датчика в однородном электрическом поле регулировкой коэффициентов преобразования k₁ при одной и той же напряженности E добиваются на выходах первого и второго датчика выполнения равенства U₁=U₂. В этом случае будет выполняться условие E₁=E₂=Е. Напряжения U₁ и U₂ являются выходными напряжениями первого и второго двойных датчиков. Далее напряжения U₁ и U₂ суммируются сумматором 9 и суммарное напряжение U=U₁+U₂=k(E₁+E₂)=kE (k - коэффициент суммирования сумматора 9) будет выходным напряжением сдвоенного датчика. При выполнении коэффициента суммирования

выходное напряжение U=k₀(E₁+E₂)/2=k₀E (где k₀=1) будет пропорционально среднему значению напряженности электрического поля

, между значениями E₁ и E₂, полученными первым и вторым двойными датчиками, входящими в состав сдвоенного датчика.Preliminarily, when calibrating the sensor in a uniform electric field by adjusting the conversion coefficients k_one at the same tension E, the equality U is achieved at the outputs of the first and second sensors_one=U₂. In this case, the condition E_one=E₂=E. Voltage U_one and U₂ are the output voltages of the first and second dual sensors. Further voltages U_one and U₂ summed by the adder 9 and the total voltage U=U_one+U₂=k(E_one+E₂)=kE (k is the summation factor of the adder 9) will be the output voltage of the dual sensor. When performing the summation factor

output voltage U=k₀(E_one+E₂)/2=k₀E (where k₀=1) will be proportional to the average value of the electric field strength

, between the values of E_one and E₂obtained 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 Е₁ и Е₂ содержат противоположные по знаку относительные погрешности от неоднородности поля, соответственно равные

The use of a dual sensor improves the accuracy of measuring inhomogeneous electric fields. The increase in accuracy is achieved by the fact that in an inhomogeneous field the measured values of the intensity E ₁ and E ₂ contain opposite in sign relative errors from the inhomogeneity of the field, respectively equal to

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

где Е - напряженность исходного электрического поля. where E is the strength of the initial electric field.

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

где погрешность сдвоенного датчика, вызванная неоднородностью поляwhere is the dual sensor error caused by field inhomogeneity

В результате получаем значения напряженности электрического поля с погрешностью δ в два раза меньшей, чем разность модулей погрешностей первого δ₁ и второго δ₂ датчиков, входящих в состав сдвоенного датчика.As a result, we obtain the values of the electric field strength with an error δ two times smaller than the difference in error modules of the first δ ₁ and second δ ₂ sensors included in the dual sensor.

Построим графики (фиг. 3) погрешностей для аналога 1, аналога 2, прототипа и заявляемого датчика 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 analog 1, analog 2, prototype and the proposed sensor depending on the relative distance a=R/d (where R is the radius of the spherical sensor body, d is the distance from the center of the sensor to the field source).

В основе построения графиков погрешностей лежит известное выражение для расчета погрешности от неоднородности поля датчиков сферической формы [Бирюков С.В. Измерение напряженности электрических полей в диэлектрических средах электроиндукционными датчиками. Методы и средства измерений: монография / С.В. Бирюков. - Омск. Изд-во ОмГТУ, 2011, 196 с. см. С. 104.The construction of error graphs 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. Measurement of electric field strength in dielectric media by electroinductive sensors. Methods and means of measurement: monograph / S.V. Biryukov. - Omsk. Publishing house of OmSTU, 2011, 196 p. see p. 104.

(2)

(2)

где δ₁ и δ₂ - погрешности первого и второго двойных датчиков, входящих в состав сдвоенного датчика; θ₁ - угловой размер основания сферического слоя, являющегося чувствительным элементом датчика, θ₂ - угловой размер вершины сферического слоя, являющегося чувствительным элементом датчика. При подстановке в выражение (2) θ₂=0 и принимая θ₁=θ₀, получим выражение для погрешности первого двойного датчика с чувствительным элементом в форме сферического сегментаwhere δ ₁ and δ ₂ - the error of the first and second dual sensors included in the dual sensor; θ ₁ - the angular size of the base of the spherical layer, which is the sensitive element of the sensor, θ ₂ - the angular size of the top of the spherical layer, which is the sensitive element of the sensor. When substituting into expression (2) θ ₂ =0 and taking θ ₁ =θ ₀ , we obtain an expression for the error of the first double sensor with a sensitive element in the form of a spherical segment

А, при подстановке в выражение (2) θ₁=180° получим выражение для погрешности второго двойного датчика с чувствительным элементом в форме сферического слояAnd, when substituting into expression (2) θ ₁ \u003d 180 °, we obtain an expression for the error of the second double sensor with a sensitive element in the form of a spherical layer

С учетом выражения (1) и (3), (4) и оптимальных угловых размеров чувствительных элементов датчика θ₀=71° и θ₂=72° для погрешностей δ₁ и δ₂, погрешность заявляемого датчика δ определится какTaking into account expressions (1) and (3), (4) and the optimal angular dimensions of the sensitive elements of the sensor θ ₀ =71° and θ ₂ =72° for errors δ ₁ and δ ₂ , the error of the claimed sensor δ is determined as

(5)

(5)

Построим по выражениям (2)-(5) на рис 3. графики погрешности от неоднородности поля для аналога 1, аналога 2, прототипа и заявляемого устройства. Из графиков фиг. 3 следует, что сдвоенный датчик прототипа, с угловыми размерами чувствительных элементов первого датчика θ₀₁=90° и второго датчика θ₀₂≈180° позволяет уменьшить погрешность измерения неоднородных электрических полей до +4,6% при практически полном пространственном диапазоне измерения 0≤a<0,98 (d=1.02R).Let's build according to expressions (2)-(5) in Fig. 3. graphs of the error from the field inhomogeneity for analog 1, analog 2, prototype and the claimed device. 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 =90° and the second sensor θ ₀₂ ≈180° 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, в котором первая пара чувствительных элементов выполнена в форме сферического сегмента с угловым размером θ₀=71°, а вторая пара чувствительных элементов выполнена в форме сферического слоя с угловыми размерами при вершине θ₁≈180° и угловыми размерами у основания θ₂=71,2°, позволяет снизить погрешность δ(a) датчика прототипа до ±1% во всем пространственном диапазоне измерения, т.е. d=R.The inventive double sensor, in which the first pair of sensitive elements is made in the form of a spherical segment with an angular size θ ₀ =71°, and the second pair of sensitive elements is made in the form of a spherical layer with angular dimensions at the top θ ₁ ≈180° and angular dimensions at the base θ ₂ =71.2°, allows to reduce the error δ(a) of the prototype sensor to ±1% in the entire spatial measurement range, i.e. d=R.

Таким образом, предлагаемый сдвоенный датчик позволяет добиться значительного повышения точности измерения напряженности неоднородных электрических полей в широком пространственном диапазоне.Thus, the proposed dual sensor allows to achieve a significant increase in the accuracy of measuring the intensity of inhomogeneous electric fields in a wide spatial range.

Claims (1)

Сдвоенный датчик для измерения напряженности электрического поля с раздельными чувствительными элементами, содержащий сферическое основание с двумя парами электропроводящих чувствительных элементов, первая пара из которых выполнена в форме сферического сегмента с внешним угловым размером θ₀, а вторая пара чувствительных элементов выполняется в форме сферического слоя с внешним θ₁<180° и внутренним θ₂ угловыми размерами, причем чувствительные элементы расположены попарно симметрично относительно центра сферического основания по одной координатной оси, проходящей через центр проводящего сферического основания, при этом чувствительные элементы и сферическое основание 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 этих же пар выполнены с возможностью соединения со 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, при этом выход второго дифференциального преобразователя является выходом второго двойного датчика, отличающийся тем, что в датчике внешний и внутренний угловые размеры первой и второй пары чувствительных элементов выполняются соответственно равными θ₀≥71° и θ₂≤71,2°, при θ₂>θ₀, а выход первого дифференциального преобразователя и выход сумматора являются выходами первого двойного и сдвоенного датчиков соответственно.A dual sensor for measuring the electric field strength with separate sensitive elements, containing a spherical base with two pairs of electrically conductive sensitive elements, the first pair of which is made in the form of a spherical segment with an external angular size θ ₀ , and the second pair of sensitive elements is made in the form of a spherical layer with an external θ ₁ <180° and internal θ ₂ angular dimensions, and the sensing elements are located in pairs symmetrically relative to the center of the spherical base along one coordinate axis passing through the center of the conductive spherical base, while the sensing elements and the spherical base of the sensor are isolated from each other, the first sensing 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 pairs 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 converter of the output signals of the sensor are respectively connected to the first and second inputs of the adder, while the output of the second differential converter is the output of the second double sensor, characterized in that in the sensor the outer and inner angular dimensions of the first and the second pair of sensitive elements are respectively equal to θ ₀ ≥71° and θ ₂ ≤71.2°, with θ ₂ >θ ₀ , and the output of the first differential converter and the output of the adder are the outputs of the first double and dual sensors, respectively.

Images