omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2024-191-125-132IXQSUIomna-179Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, ФОТОНИКА, ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И СВЯЗЬELECTRONICS, PHOTONICS, APPLIANCE AND COMMUNICATIONSСравнительное исследование двойного и сдвоенного электроиндукционных сферических датчиков напряженности электрического поляComparative study of double and dual electroinduction spherical electric field strength sensorshttps://orcid.org/0000-0002-1362-9911БирюковС. В.BiryukovS. V.

Бирюков Сергей Владимирович - доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры «Физика». SPIN-код: 9384-0078. AuthorID (SCOPUS): 7006438919.

Омск

Biryukov Sergey Vladimirovich - Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of Physics Department, SPIN-code: 9384-0078. AuthorID (SCOPUS): 7006438919.

Omsk

sbiryukov154@mail.ruОмский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation20243009202403125132Copyright © Бирюков С.В., 20242024Бирюков С.В.Biryukov S.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/179

В работе проводится сравнительное исследование двойных и сдвоенных датчиков напряженности электрического поля. В сравнении рассматривались конструктивные, технологические и метрологические параметры датчиков, а также сложность их измерительных цепей. Исследования выявили схожесть конструктивных и технологических параметров датчиков и отличие по метрологическим характеристикам и по сложности измерительных цепей.

По метрологическим характеристикам сдвоенные датчики значительно превосходят двойные. Установлено, что сдвоенный датчик, имеющий чувствительные элементы с угловыми размерами q1=46,38 ° и q2=90 °, обладает меньшей погрешностью от неоднородности поля. Погрешность не превышает d £½ ±2,76½ % в пространственном диапазоне измерений 0 £ a £ 1. При той же погрешности двойные датчики можно использовать только в ограниченном пространственном диапазоне измерения 0 £ a £ 0,89. Показано, что сдвоенные датчики по метрологическим параметрам превосходят двойные датчики. Это говорит о целесообразности их использования.

The work provides a comparative study of double and dual electric field strength sensors. The comparison examined the design, technological and metrological parameters of the sensors, as well as the complexity of their measuring circuits. Research has revealed similarities in the design and technological parameters of the sensors and differences in metrological characteristics and the complexity of the measuring circuits. In terms of metrological characteristics, dual sensors are significantly superior to double ones. It has been established that a dual sensor having sensitive elements with angular dimensions q1=46,38 °, and q2=90 °, has a smaller error due to field inhomogeneity. The error does not exceed d£½ ±2,76½ % in the spatial measurement range 0£a£1. With the same error, double sensors can only be used in a limited spatial measurement range of 0£a£0,89. It is shown that dual sensors are superior to dual sensors in terms of metrological parameters. This indicates the advisability of their use.

напряженность электрического полядатчик электрического полядвойной датчиксдвоенный датчикпогрешность измерениярасстояние до источника поляelectric field strengthelectric field sensordouble sensordual type sensormeasurement errordistance to the field sourceReferencesПтицына Н. Г., Виллорези Д., Дорман Л. И. [и др.]. Естественные и техногенные низкочастотные магнитные поля как факторы, потенциально опасные для здоровья // Успехи физических наук. 1998. № 168 (7). С. 767–791. DOI: 10.3367/UFNr.0168.199807d.0767.Ptitsyna N. G., Villorezi D., Dorman L. I. [et al.] Estestvennyye i tekhnogennyye nizkochastotnyye magnitnyye polya kak faktory, potentsial’no opasnyye dlya zdorov’ya [Natural and man-made low-frequency magnetic fields as a potential health hazard] // Uspekhi fizicheskikh nauk. Uspekhi Fizicheskikh Nauk. 1998. No. 168 (7). P. 767–791. DOI: 10.3367/UFNr.0168.199807d.0767. (In Russ.).ГОСТ 12.1.045-84 ССБТ. Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля. Введ. 01–07–1995. Москва: Стандартинформ, 2006. 4 c.GOST 12.1.045-84 SSBT. Elektrostaticheskiye polya. Dopustimyye urovni na rabochikh mestakh i trebovaniya k provedeniyu kontrolya [Occupational safety standards system. Electrostatic fields. Tolerance levels and methods of control at working places]. Moscow, 2006. 4 p. (In Russ.).Коробкова В. П., Морозов Ю. А., Столяров М. Д. [и др.]. Воздействие электрического поля распределительных устройств 500 и 750 кВ на обслуживающий персонал и средства для его защиты // Подстанции переменного тока: материалы Междунар. конф. по большим электрическим системам (СИГРЭ-72). Москва: Энергоатомиздат, 1974. С. 33–43.Korobkova V. P., Morozov Yu. A., Stolyarov M. D. [et al.]. Vozdeystviye elektricheskogo polya raspredelitel’nykh ustroystv 500 i 750 kV na obsluzhivayushchiy personal i sredstva dlya ego zashchity [Impact of electric field of 500 and 750 kV switchgears on operating personnel and means for their protection] // Podstantsii peremennogo toka. Alternating Current Substations. Moscow, 1974. P. 33–43. (In Russ.).Дез Ж., Пиррот П. Расчет и измерение напряженности электрического поля вблизи устройств высокого напряжения // Влияние электроустановок высокого напряжения на окружающую среду: пер. докл. междунар. конф. по большим электрическим системам (СИГРЭ-76) / под ред. Ю. П. Шкарина. Москва: Энергия, 1979. С. 10–19.Dez Zh., Pirrot P. Raschet i izmereniye napryazhennosti elektricheskogo polya vblizi ustroystv vysokogo napryazheniya [Calculation and measurement of electric field strength in the vicinity of high voltage devices] // Vliyaniye elektroustanovok vysokogo napryazheniya na okruzhayushchuyu sredu. Environmental Impact of High Voltage Electrical Installations / Ed. by. Yu. P. Shkarina. Moscow, 1979. P. 10–19. (In Russ.).Ложников В. Я. Цифровой измеритель напряженности электрического поля промышленной частоты // Приборы и техника эксперимента. 1981. № 1. С. 275.Lozhnikov V. Ya. Tsifrovoy izmeritel’ napryazhennosti elektricheskogo polya promyshlennoy chastity [Digital meter of electric field strength at industrial frequency] // Pribory i tekhnika eksperimenta. Instrumentation and Experimental Techniques. 1981. No. 1. P. 275. (In Russ.).Гатман С. Двойной измеритель электрического поля с защитой // Приборы для научных исследований. 1968. № 1. С. 45–49.Gatman S. Dvoynoy izmeritel’ elektricheskogo polya s zashchitoy [Double electric field meter with protection] // Pribory dlya nauchnykh issledovaniy. Research Instruments. 1968. No. 1. P. 45–49. (In Russ.).Берент Г. Н., Плейс И. Р. Датчик электрического поля // Приборы для научных исследований. 1971. № 6. С. 141–142.Berent G. N., Pleys I. R. Datchik elektricheskogo polya [Electric field sensor] // Pribory dlya nauchnykh issledovaniy. Research Instruments. 1971. No. 6. P. 141–142. (In Russ.).Misakian M., Kotter F. R., Kahler R. L. Miniature ELF Electric Field Probe // Instruments for scientific research. 1978. Vol. 7. P. 933–935. DOI: 10.1063/1.1135497.Misakian M., Kotter F. R., Kahler R. L. Miniature ELF Electric Field Probe // Instruments for scientific research. 1978. Vol. 7. P. 933–935. DOI: 10.1063/1.1135497. (In Engl.).Biryukov S. V., Kaidanov F. G., Kats R. A., Lozhnikov V. Ya. Calculation and measurement of fields on EHV and UHV substations and near transmission lines // CIGRE-86. International Conference on Large High Voltage Electric Systems. Report 36-06, Session 27th August –4th September. Paris. 1986. 5 p.Biryukov S. V., Kaidanov F. G., Kats R. A., Lozhnikov V. Ya. Calculation and measurement of fields on EHV and UHV substations and near transmission lines // CIGRE-86. International Conference on Large High Voltage Electric Systems. Report 36-06, Session 27th August –4th September. Paris, 1986. 5 p. (In Engl.).Пат. 2776097 С1 Российская Федерация, МПК G 01 R 29/12. Способ измерения напряженности электрического поля с использованием датчика сдвоенного типа / Бирюков С. В., Тюкина Л. В., Тюкин А. В. № 2021120706; заявл. 14.07.2021; опубл. 13.07.2022. Бюл. № 20.Patent 2776097 S1 Russian Federation, IPC G 01 R 29/12. Sposob izmereniya napryazhennosti elektricheskogo polya s ispol’zovaniyem datchika sdvoyennogo tipa [Method for measuring electric field strength using a dual-type sensor] // Biryukov S. V., Tyukina L. V., Tyukin A. V. No. 2021120706. (In Russ.).Тюкина Л. В. Модернизированный метод измерения напряженности электрического поля по среднему значению сдвоенными датчиками и устройства его реализации // Динамика систем, механизмов и машин. 2021. Т. 9, № 3. С. 64–72. DOI: 10.25206/2310-9793-9-3-64-72.Tyukina L. V. Modernizirovannyy metod izmereniya napryazhennosti elektricheskogo polya po srednemu znacheniyu sdvoyennymi datchikami i ustroystva ego realizatsii [An upgraded method for measuring the electric field strength by the average value of dual sensors and devices for its implementation] // Dinamika sistem, mekhanizmov i mashin. Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines. 2021. Vol. 9, no 3. P. 64–72. DOI: 10.25206/2310-9793-9-3-64-72. (In Russ.).Чугунов С. А., Юркевич В. М. Расширение зоны измерения параметров электрического поля при применении зондового метода // Измерительная техника. 1981. № 1. С. 33–35.Chugunov S. A., Yurkevich V. M. Rasshireniye zony izmereniya parametrov elektricheskogo polya pri primenenii zondovogo metoda [Extension of the electric field measurement area using the probe method] // Izmeritelnaya tekhnika. Measuring Technology. 1981. No. 1. P. 33–35. (In Russ.).Бирюков С. В. Измерение напряженности электрических полей в диэлектрических средах электроиндукционными датчиками. Методы и средства измерений: моногр. Омск: Издво ОмГТУ, 2011. 196 с.Biryukov S. V. Izmereniye napryazhennosti elektricheskikh poley v dielektricheskikh sredakh elektroinduktsionnymi datchikami. Metody i sredstva izmereniy [Measurement of electric field strength in dielectric media by electroinduction sensors. Methods and means of measurement]. Omsk, 2011. 196 p. (In Russ.)Пат. 207465 U1 Российская Федерация, МПК G01R 29/12. Устройство для измерения напряженности электрического поля со сдвоенным датчиком / Тюкина Л. В., Даньшина В. В. № 202111599; заявл. 23.04.2021; опубл. 28.10.2021. Бюл. № 31.Patent 207465 U1 Russian Federation, IPC G 01 R 29/12. Ustroystvo dlya izmereniya napryazhennosti elektricheskogo polya so sdvoyennym datchikom [Device for measuring electric field strength with dual sensor] / Tyukina L. V., Dan’shina V. V. No. 202111599. (In Russ.).Бирюков С. В., Глуховеря Е. Г., Тюкин А. В. Сравнительный анализ плоских многоэлементных датчиков напряженности электрического поля с круглым основанием и различными конструктивными особенностями // Омский научный вестник. 2020. № 3 (171). С. 57–64. DOI: 10.25206/1813-8225-2020-171-57-64.Biryukov S. V., Glukhoverya E. G., Tyukin A. V. Sravnitel’nyy analiz ploskikh mnogoelementnykh datchikov napryazhennosti elektricheskogo polya s kruglym osnovaniyem i razlichnymi konstruktivnymi osobennostyami [Comparative analysis of flat multi-element electric field strength sensors with round base and various design features] // Omskiy nauchnyy vestnik. Omsk Scientific Bulletin. 2020. No. 3 (171). P. 57–64. DOI: 10.25206/1813-8225-2020-171-57-64. (In Russ.).Xioa D., Ma Q., Xie Y. A Power-Frequency Electric Field Sensor for Portable Measurement // Sensor (Basel Switzerland). 2018. № 18 (4). P. 1053. DOI: 10.3390/s18041053.Xioa D., Ma Q., Xie Y. A Power-Frequency Electric Field Sensor for Portable Measurement // Sensor (Basel Switzerland). 2018. No. 18 (4). P. 1053. DOI: 10.3390/s18041053. (In Engl.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.