Способ измерения напряженности электрического поля датчиком сдвоенного типа

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения напряженности электрического поля в широком пространственном диапазоне с повышенной точностью. Предложен способ измерения напряженности электрического поля датчиком сдвоенного типа, заключающийся в помещении в исследуемую точку поля датчиков, имеющих противоположные по знаку и отличающиеся по модулю погрешности, и измерении модулей вектора напряженности электрического поля Е₁ и Е₂, по которым вычисляют их отношение k₀=E₁/E₂ и отношение их погрешностей k=δ₁/δ₂=1.56-(k₀-1.3)², по которым определяют погрешности

и ,

через которые вычисляют напряженности E₀'=E₁/(1+δ₁) и E₀''=E₂/(1+δ₂), а затем определяют среднее значение модуля вектора напряженности электрического поля по формуле Е=(Е₀'+Е₀'')/2, согласно изобретению, датчик выполняют сдвоенным, конструктивно объединив два двойных датчика в один, обеспечивая их одновременное помещение в исследуемую точку поля и одновременное измерение модулей вектора напряженности электрического поля Е₁ и Е₂, а среднее E вычисляют встроенным в датчик измерительно-вычислительным устройством. Технический результат, наблюдаемый при реализации заявленного решения, - упрощение процесса измерений и повышение точности измерения за счет исключения погрешности позиционирования двух датчиков в одной точке пространства исследуемого поля и промежуточных округлений результатов измерений при отдельных измерениях и вычислениях по сравнению с известными способами. 2 ил.

 

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

Известен способ измерения напряженности электрического поля [Патент № 2200330 РФ, МПК G01R 29/08, МПК G01R 29/12. Способ измерения напряженности электрического поля / С.В. Бирюков. - №2001104744; Заявлено 07.10.2002; Опубл. 27.04.2003, Бюл № 12] путем помещения в исследуемое пространство датчика с чувствительными элементами, а для повышения точности измерений датчик ориентируют в электрическом поле так, чтобы сумма потоков вектора напряженности электрического поля через чувствительные элементы была минимальна или равна нулю, а затем поддерживают датчик в этом положении и определяют модуль вектора напряженности электрического поля. Конфигурация и размеры чувствительных элементов должны быть одинаковыми.

Недостатком способа является то, что для достижения повышенной точности измерения необходима ориентация датчика в электрическом поле.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ измерения напряженности электрического поля повышенной точности, [Патент № 2743617 РФ, МПК G 01 R 29/12. Способ измерения напряженности электрического поля повышенной точности / С.В. Бирюков, Е.Г. Глуховеря - №2020118083; Заявлено 02.06.2020; Опубл. 20.02.2021, Бюл № 5], основанный на поочередном помещении датчика в исследуемую точку поля и измерении модуля вектора напряженности поля по его выходному сигналу, при этом в туже точку поля помещают второй датчик, имеющий противоположную по знаку и отличающуюся по модулю погрешность и определяют по нему модуль вектора напряженности электрического поля, а затем по определенным модулям вектора напряженности электрического поля Е₁ и Е₂ вычисляют их отношение k₀=E₁/E₂ и отношение их погрешностей k=δ₁/δ₂=1.56-(k₀-1.3)², по которым определяют погрешности

и ,

через которые вычисляют напряженности E₀'=E₁/(1+δ₁) и E₀''=E₂/(1+δ₂), а затем определяют среднее значение модуля вектора напряженности электрического поля по формуле Е=(Е₀'+Е₀'')/2.

Недостатком способа является усложненный процесс измерения, требующий поочередное внесение в исследуемую точку поля двух датчиков с последующим вычислением результата измерений на внешнем вычислительном устройстве. Кроме этого появляется дополнительные погрешности, связанные с неточностью позиционирования датчиков в исследуемой точке поля и округлением результатов измерений при отдельных измерениях и вычислениях.

Задача изобретения - упрощение процессов измерений и вычислений результата измерений, и как следствие повышение точности измерений.

Задача достигается путем помещения в исследуемую точку поля датчиков, имеющих противоположные по знаку и отличающимися по модулю погрешностями и измерении модулей вектора напряженности электрического поля Е₁ и Е₂ по которым вычисляют их отношение k₀=E₁/E₂ и отношение их погрешностей k=δ₁/δ₂=1.56-(k₀-1.3)², по которым определяют погрешности

и ,

через которые вычисляют напряженности E₀'=E₁/(1+δ₁) и E₀''=E₂/(1+δ₂), а затем определяют среднее значение модуля вектора напряженности электрического поля по формуле Е=(Е₀'+Е₀'')/2, согласно изобретению, датчик выполняют сдвоенным, конструктивно объединив два двойных датчика в один, обеспечивая их одновременное помещение в исследуемую точку поля и одновременное измерение модулей вектора напряженности электрического поля Е₁ и Е₂, а среднее значение E вычисляют встроенным в датчик измерительно-вычислительным устройством.

Предлагаемый способ поясняется фиг. 1 и фиг. 2, где на фиг. 1 представлены действия, направленные на реализацию, способа, а на фиг. 2 представлена реализация способа.

На фиг. 2 представлен сдвоенный датчик, состоящий из сферического основания 1 с расположенными на его поверхности чувствительными элементами 2-5. Чувствительные элементы 2-5 это наружные сферические проводящие поверхности попарно расположенные на одной координатной оси, проходящей через центр сферического основания и расположенные симметрично относительно начала 0 координат. Чувствительные элементы 2, 3, выполненные в форме сферических сегментов, соединены с соответствующими входами дифференциального интегратора тока (ДИТ1) 6, а чувствительные элементы 4, 5, выполненные в форме полусфер соединены с соответствующими входами дифференциального интегратора тока (ДИТ2) 7. Выходы дифференциальных интеграторов тока 6 и 7 через измерительно - вычислительное устройство 8 соединены с блоком регистрации результата измерений 10. Измерительно-вычислительное устройство 8 состоит из вычислительного устройства 9 и сумматора 10 с коэффициентом суммирования 1/2, выход которого соединен с блоком регистрации результата измерений 11, регистрирующим результат измерения Е.

Способ измерения реализуется следующим образом. В исследуемую точку электрического поля помещают сдвоенный датчик, конструктивно объединяющий два двойных датчика, имеющих противоположные по знаку погрешности, вызванные неоднородностью поля. Каждым датчиком, входящим в сдвоенный датчик одновременно измеряют модули вектора напряженности электрического поля в данной точке пространства, соответственно равные E₁ и E_2. Затем по измеренным напряженностям Е₁ и Е₂ вычисляют их отношение k₀=E₁/E₂, через которые по эмпирической формуле вычисляют коэффициент k=δ₁/δ₂=1.56-(k₀-1.3)², характеризующий отношение погрешностей измерения Е₁ и Е₂. По полученным значениям k и k₀ определяют погрешности измерения Е₁ и Е₂

и .

Далее вычисляют напряженности исходного поля E₀, полученные первым E₀'=E₁/(1+δ₁) и вторым датчиком E₀''=E₂/(1+δ₂). Затем по ним находят среднее значение модуля вектора напряженности электрического поля Е = (Е₀'+Е₀'')/2, являющиеся результатом измерения.

Упрощение процесса измерений происходит за счет объединения двух сдвоенных датчиков в одном и вычислением результата измерений внутренним измерительно-вычислительным устройством. Внешне процесс измерения предлагаемым методом сводится к обычному методу внесения датчика в электрическое поле. Повышение точности измерения достигается исключением погрешности позиционирования двух датчиков в одной точке пространства исследуемого поля и исключения промежуточных округлений результатов измерений при отдельных измерениях и вычислениях.

Таким образом, используя заявляемый способ измерения можно добиться значительного упрощения процесса измерений и повышения точности измерения за счет исключения погрешности позиционирования двух датчиков в одной точке пространства исследуемого поля и промежуточных округлений результатов измерений при отдельных измерениях и вычислениях.

Способ измерения напряженности электрического поля, основанный на помещении в исследуемую точку поля датчиков, имеющих противоположные по знаку и отличающиеся по модулю погрешности, и измерении модулей вектора напряженности электрического поля Е₁ и Е₂, по которым вычисляют их отношение k₀ = E₁/E₂ и отношение их погрешностей k = δ₁/δ₂ = 1.56 - (k₀ - 1.3)², по которым определяют погрешности

и ,

через которые вычисляют напряженности E₀' = E₁ /(1 + δ₁) и E₀'' = E₂ /(1 + δ₂), а затем определяют среднее значение модуля вектора напряженности электрического поля по формуле Е = (Е₀' + Е₀'')/2, отличающийся тем, что датчик выполняют сдвоенным, конструктивно объединив два двойных датчика в один, обеспечивая их одновременное помещение в исследуемую точку поля и одновременное измерение модулей вектора напряженности электрического поля Е₁ и Е₂, а среднее значение E вычисляют встроенным в датчик измерительно-вычислительным устройством.