СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ПОВЫШЕННОЙ ТОЧНОСТИ
METHOD OF HIGHEST ACCURACY FOR ELECTRIC FIELD MEASURING

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 G 01 R 29/08, МПК G 01 R 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.
0
0
0
Недостатком способа является то, что для достижения повышенной точности измерения необходима ориентация датчика в электрическом поле. Кроме того, чувствительные элементы датчика, используемые в способе, выполнены в форме шаровых (сферических) сегментов с угловыми размерами θ≤45°, являются частью половины шара (полусферы) имеющего угловой размер θ=90°. Датчик с чувствительными элементами в форме сферических сегментов и угловыми размерами θ≤45° в неоднородном поле имеет положительную погрешность. В результате значение определенного модуля вектора напряженности электрического поля будет завышено по отношению к напряженности исходного поля.
Известен также способ измерения напряженности электрического поля, реализованный в устройстве для измерения составляющих электрического поля [Авторское свидетельство № 920569 СССР, МКИ G 01 R 29/08, Устройство для измерения составляющих электрического поля / И.В. Хахамов. - №2954934/18-21; Заявлено 10.07.1980; Опубл. 15.04.1982, Бюл № 14], заключающийся в том, что в исследуемое пространство вносится датчик, содержащий для повышения точности измерений сферический корпус и восемь измерительных электродов. Измерительные электроды выполнены в форме конгруэнтных сферических треугольников, из которых формируются две группы из четырех измерительных электродов, образующих две противоположные полусферы, одной из трех пространственной системы координат.
0
Недостатком способа является то, что для достижения повышенной точности измерения из восьми конгруэнтных сферических треугольников, формируются две группы из четырех измерительных электродов, образующих две противоположные полусферы. Датчик с измерительными электродами в форме полусфер имеющих угловой размер θ=90° в неоднородном поле имеет отрицательную погрешность. В результате значение определенного модуля вектора напряженности электрического поля будет занижено по отношению к напряженности исходного поля.
Общим недостатком известных способов является ограниченный пространственный диапазон измерения, определяемый размерами датчика и не возможность определения погрешности измеряемой напряженности электрического поля.
Задача изобретения - повышение точности измерения модуля вектора напряженности электрического поля, расширение пространственного диапазона измерения неоднородных электрических полей и определение погрешности измерения.
1
2
0
1
2
1
2
0
2
Задача достигается путем помещения датчика в исследуемую точку поля и измерении модуля вектора напряженности поля по его выходному сигналу, согласно изобретению, 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 Е и Е вычисляют их отношение k=E/E и отношение их погрешностей k=δ/δ=1.56-(k-1.3), по которым определяют погрешности
E
=E
1+δ
E
=E
1+δ
Е
Е
+Е
2
0
1
1
0
2
2
0
0
через которые вычисляют напряженности '/() и ''/(), а затем определяютсреднее значение модуля вектора напряженности электрического поля по формуле =(''')/.
Предлагаемый способ поясняется фиг. 1 и фиг. 2, где на фиг. 1. представлена реализация способа с первым датчиком 1 и вторым датчиком 2, а на фиг. 2 представлены графики погрешностей от неоднородности электрического поля для способов, реализуемых первым и вторым аналогами в зависимости от пространственного диапазона измерения и график той же погрешности заявляемого способа в большом масштабе по погрешности фиг. 2а, и в малом масштабе по погрешности фиг. 2б.
θ
θ
0
0
Способ измерения реализуется следующим образом. В исследуемую точку электрического поля поочередно помещают первый и второй датчики, имеющие противоположные по знаку погрешности, вызванные неоднородностью поля. Графики этих погрешностей в зависимости от пространственного диапазона измерения a для аналога 1 и аналога 2 представлены на фиг. 2, из которых следует, что датчик с угловым размером чувствительного элемента =45°, во всем пространственном диапазоне, имеет значительную положительную, а датчик с угловым размером чувствительного элемента =90° - значительную отрицательную погрешность.
В основе построения графиков этих погрешностей лежит известное выражение для 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].
а=R/d
R
d
θ
0
где  - пространственного диапазона измерения,  - радиус сферического основания датчика,  - расстояние от центра сферического основания датчика до источника поля, - угловой размер чувствительного элемента датчика.
1
2.
1
2
0
1
2
k
E
E
Далее каждым датчиком измеряют модули вектора напряженности электрического поля в данной точке поля, соответственно равные Eи E Затем, по измеренным напряженностям Е и Е вычисляют их отношение =/.
k=δ
/δ
k
Е
Е
k
k
1
2
0
1
2
0
2
Затем по установленной эмпирической формуле =1.56-(-1.3)- находят отношение погрешностей измерения и  . Эмпирическая формула была получена с использование формулы (1) и установлением взаимосвязи между  и с последующей аппроксимацией.
k
k
Е
Е
0
1
2
По полученным значениям  и  определяют погрешности измерения  и
E
E
=E
1+δ
E
=E
1δ
0
0
1
1
0
2
2
Далее вычисляют напряженности исходного поля ,полученныепервым '/() и вторым датчиком ''/().
Е
Е
+Е
2
0
0
Затем по ним находят среднее значение модуля вектора напряженности электрического поля = (''')/.
Е
Е
E
=E
1+δ
E
1
2
0
0
Повышение точности измерения напряженности реальных неоднородных электрических полей достигается путем полученой новой возможностью определения погрешностей измерения значений напряженности электрического поля и  (формула 2)и по известной связи/() определении исходного значения напряженности поля .
Зависимость погрешности заявляемого способа измерения напряженности электрического поля от пространственного диапазона измерения представлена в графическом виде на фиг. 2 и в табличном вида в табл. 1.
Таблица 1
a
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
δ, %
6,3⋅10<sup>-3</sup>
18⋅10<sup>-3</sup>
17⋅10<sup>-3</sup>
-4⋅10<sup>-3</sup>
-35⋅10<sup>-3</sup>
-51⋅10<sup>-3</sup>
-45⋅10<sup>-3</sup>
-88⋅10<sup>-3</sup>
-36⋅10<sup>-2</sup>
Из фиг. 2 и таблицы 1 следует, что предложенный способ позволяет не только свести практически к нулю погрешность измерения неоднородных электрических полей, но и значительно расширить пространственный диапазон измерения.
Таким образом, используя заявляемый способ измерения можно добиться значительного повышения точности измерения напряженности неоднородных электрических полей в широком пространственном диапазоне измерений по сравнению с известными способами.