ДАТЧИК НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для измерения ортогональных составляющих вектора напряженности электрического поля.
х
х
у
Известен датчик электромагнитного поля [Авторское свидетельство СССР №574683, МКИ G 01 R 29/08. Датчик электромагнитного поля /Е.Г. Горбунова, В.А. Сикарев, В.И. Содоваров. - №2097768/09; Заявлено 14.01.75; Опубл. 30.09.77, Бюл. №36], содержащий два полуцилиндрических чувствительных элемента, охватывающий корпус из проводящего материала. Индуцированные электрические заряды на полуцилиндрических электродах пропорциональны составляющей вектора напряженности электромагнитного поля Е. Цилиндрическая форма датчика говорит о его пригодности для измерения радиальных электромагнитных полей, имеющих только две составляющие напряженности электромагнитного поля Е и Е.
Достоинством датчика электромагнитного поля является то, что его чувствительные элементы представляют собой полуцилиндры с максимально возможным угловым размером ^=180°. Это обеспечивает максимально возможную чувствительность датчика электромагнитного поля.
К недостаткам датчика электромагнитного поля можно отнести то, что его чувствительные элементы расположены на одной координатной оси, проходящей через их центры. Вследствие этого сформировавшийся однокоординатный датчик требует ориентации в электромагнитном поле, до получения максимальной составляющей вектора напряженности электромагнитного поля, т.е. его модуля.
Наиболее близким устройством к заявляемому является двухкоординатный датчик напряженности электрического поля [Климашевский И.П., Кондратьев Б.Л., Полетаев В.А., Юркевич В.М.
х
у
Измеритель вектора напряженности электрического поля высоковольтного оборудования // Измерительная техника. - 1983. - №1. С. 48-49], представляющий собой проводящий цилиндр, разрезанный взаимно перпендикулярными плоскостями, проходящими через его ось симметрии цилиндра. Образовавшиеся четыре части цилиндра, представляют собой чувствительные элементы датчика, расположенные на двух координатных осях, каждая из которых проходит через центры противоположных пар чувствительных элементов. На каждой паре диаметрально противоположных чувствительных элементов индуцируются электрические заряды, пропорциональные соответствующим составляющим вектора напряженности электрического поля Е и Е. Этот датчик так же пригоден для измерения радиальных электромагнитных полей.
К достоинству датчика напряженности электрического поля можно отнести наличие двух пар чувствительных элементов, позволяющих по полученным с них составляющим вектора напряженности электрического поля определять его модуль.
К недостаткам датчика напряженности электрического поля можно отнести низкую чувствительность, связанную с уменьшением угловых размеров чувствительных элементов до 90°.
Задачей полезной модели является увеличение чувствительности двухкоординатного датчика напряженности электрического поля до чувствительности однокоординатного.
Указанная задача достигается тем, что в известном датчике для измерения напряженности электрического поля, содержащем проводящий цилиндр, на поверхности которого изолировано друг от друга и от цилиндра, на двух координатных осях попарно расположены четыре проводящих чувствительных элемента в форме цилиндрического прямоугольника, разделенных двумя взаимно-перпендикулярными плоскостями, проходящими через ось цилиндра, согласно заявленному техническому решению координатные оси датчика проходят не через центры чувствительных элементов, а располагаются во взаимно-перпендикулярных плоскостях, разделяющих боковую поверхность датчика на четыре цилиндрических прямоугольника.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен датчик напряженности электрического поля.
Датчик напряженности электрического поля содержит проводящий цилиндр 1, четыре проводящих элемента 2-5, симметрично расположенных на цилиндрической поверхности. Каждый чувствительный элемент выполнен в виде цилиндрического проводящего прямоугольника, представляющего четвертую часть цилиндрической поверхности.
Датчик напряженности электрического поля работает следующим образом.
При внесении датчика в электрическое поле на его проводящих элементах 2-5 индуцируются электрические заряды, величины которых пропорциональны одной из составляющих вектора напряженности электрического поля Е
где R - радиус цилиндрического элемента; h - высота цилиндра; во -угловой размер чувствительного элемента.
х
у
Формируя из чувствительных элементов 2-5 две противоположные пары чувствительных электродов, каждый их которых состоит из двух элементов: по оси Х- 2, 3, и 4, 5; по оси Y- 3, 4 и 2, 5, измеряют разности зарядов между электрически соединенными парами составных чувствительных электродов, соответственно пропорциональных составляющим Е и Е вектора напряженности электрического поля Е, а по ним определяют его модуль
0
Как видно из выражения (1) чувствительность датчика зависит от радиуса R и высоты h его цилиндрического корпуса, а также от углового размера θ чувствительного электрода. Ничего, не изменяя в двухкоординатном датчике его чувствительность можно увеличить, только лишь повернув его координатные оси относительно оси симметрии цилиндрического датчика на 90°. Таким образом, координатные оси датчика оказываются во взаимно-перпендикулярных плоскостях, разделяющих боковую поверхность датчика на четыре цилиндрических прямоугольника. Далее формируя пары чувствительных электродов, так, что каждый чувствительный электрод пары состоит из двух чувствительных элементов, лежавших по обе стороны соответствующей координатной оси датчика. В пары чувствительных электродов, по оси X объединяются чувствительные элементы 2, 3 и 4, 5; по оси Y - 3, 4 и 2, 5. Поскольку каждый чувствительный электрод состоит из двух одинаковых по форме и размерам чувствительных элементов, то угловой размер во чувствительного электрода увеличивается с 90° до 180°, а, следовательно, чувствительность датчика, согласно выражению (1) и ниже приведенным расчетам
увеличивается в 1,4 раза.
Таким образом, предлагаемый датчик позволяет раздельно измерять составляющие вектора напряженности электрического поля с чувствительностью повышенной в 1,4 раза.