omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2023-186-134-139omna-233Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, ФОТОНИКА, ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И СВЯЗЬELECTRONICS, PHOTONICS, APPLIANCE AND COMMUNICATIONSИсследование электроиндукционного дискового датчика напряженности электрического поляStudy of electroinductive disk sensor of electric field strengthhttps://orcid.org/0000-0002-1362-9911БирюковС. В.BiryukovS. V.

БИРЮКОВ Сергей Владимирович, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры физики

г. Омск

BIRYUKOV Sergey Vladimirovich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of Physics Department

Omsk

sbiryukov154@mail.ruОмский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation20233006202302134139Copyright © Бирюков С.В., 20232023Бирюков С.В.Biryukov S.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/233

Задачи, связанные с защитой биологических и технических объектов от воздействия электрических, являются актуальными. Одна из таких задач связана с разработкой датчиков напряженности электрического поля с заданными метрологическими характеристиками. Целью исследования является минимизация погрешности известного датчика и расширения его пространственного диапазона измерений за счет рационального выбора чувствительных элементов. Предложенный в работе датчик имеет отрицательную погрешность δ от неоднородности поля по модулю, не превышающую 3 % в пространственном диапазоне измерения 0≤а≤R, где R — радиус дискового основания датчика. Для обеспечения требуемых метрологических характеристик датчика были подобраны рациональные размеры его чувствительных элементов. При этом рациональный радиус r чувствительных элементов, выполненных в форме круга, должен удовлетворять условию r<R, т.е. должен быть меньше радиуса R дискового основания датчика. При выполнении этого условия меньшему радиусу r чувствительного элемента будет соответствовать меньшая погрешность δ от неоднородности поля и больший пространственный диапазон измерения. В сравнении с известными датчиками, при одинаковой погрешности, предложенный датчик имеет пространственный диапазон измерения примерно в пять раз больше. Такой подход к выбору чувствительных элементов позволяет проектировать датчики с лучшими метрологическими характеристиками.

Tasks related to the protection of biological and technical objects from the effects of electrical are relevant. One of these tasks is related to the development of electric field strength sensors with specified metrological characteristics. The aim of the study is to minimize the error of the known sensor and expand its spatial measurement range due to the rational choice of sensitive elements. The sensor proposed in the work has a negative error δ from the field inhomogeneity modulo no more than 3 % in the spatial measurement range 0≤a≤R, where R is the radius of the disk base of the sensor. To ensure the required metrological characteristics of the sensor, rational dimensions of its sensitive elements are selected. In this case, the rational radius r of the sensing elements made in the shape of a circle must satisfy the condition r<R, i.e. it must be less than the radius R of the disk base of the sensor. If this condition is met, a smaller radius r of the sensing element will correspond to a smaller error δ from the inhomogeneity of the field and a larger spatial measurement range. In comparison with known sensors, with the same error, the proposed sensor has a spatial measurement range approximately five times larger. This approach to the selection of sensitive elements allows us to design sensors with the best metrological characteristics.

электрическое полеоднородное поленеоднородное полеточечный источникнапряженностьдисковый датчикпогрешность от неоднородности поляэлектрометрические измеренияelectric fieldhomogeneous fieldinhomogeneous fieldpoint sourceintensitydisk sensorerror from field inhomogeneityelectrometric measurementsReferencesЮркевич В. М., Кондратьев Б. Л. О методике измерения напряженности и других характеристик электрического поля // Измерительная техника. 1980. № 5. С. 57–59.Yurkevich V. M., Kondrat’yev B. L. O metodike izmereniya napryazhennosti i drugikh kharakteristik elektricheskogo polya [On the methodology for measuring electric field strength and other characteristics] // Izmeritel’naya tekhnika. Measuring Instruments. 1980. No. 5. P. 57–59. (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 when using the probe method] // Izmeritel’naya tekhnika. Measuring Instruments. 1981. No. 1. P. 33–35. (In Russ.).Климашевский И. П., Кондратьев Б. Л., Полетаев В. А. [и др.]. Измеритель вектора напряженности электрического поля высоковольтного оборудования // Измерительная техника. 1983. № 1. С. 48–49.Klimashevskiy I. P., Kondrat’yev B. L., Poletayev V. A. [et al.]. Izmeritel’ vektora napryazhennosti elektricheskogo polya vysokovol’tnogo oborudovaniya. [Tension vector meter an electric field for high-voltage equipment] // Izmeritel’naya tekhnika. Measuring Instruments. 1983. No. 1. P. 48–49. (In Russ.).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.).Бирюков С. В. Теория и практика построения электрои индукционных датчиков потенциала и напряженности электрического поля // Омский научный вестник. 2000. Вып. 11. С. 89–93.Biryukov S. V. Teoriya i praktika postroyeniya elektroi induktsionnykh datchikov potentsiala i napryazhennosti elektricheskogo polya [Theory and practice of building electrical and inductive sensors for potential and electric field strength] // Omskiy nauchnyy vestnik. Omsk Scientific Bulletin. 2000. Issue 11. P. 89–93. (In Russ.).Berent G. N., Plays I. R. Electric Field sensor // Instruments for scientific research. 1971. Vol. 6. P. 141–142.Berent G. N., Plays I. R. Electric Field sensor // Instruments for Scientific Research. 1971. Vol. 6. P. 141–142. (In Engl.).Misakian M., Kotter F. R., Kahler R. L. Miniature ELF Electric Field Probe // Instruments for Scientific Research. 1978. Vol. 7. P. 933–935.Misakian M., Kotter F. R., Kahler R. L. Miniature ELF Electric Field Probe // Instruments for Scientific Research. 1978. Vol. 7. P. 933–935. (In Engl.).Steward M. F. Electric field measurement system. US patent 5315232; filed January 3rd, 1991; published May 24th, 1994.Steward M. F. Electric field measurement system. US patent 5315232; filed January 3rd, 1991; published May 24th, 1994. (In Engl.).Beasley W. H., Byerley L. G., Swenson J. A. [et al.]. Low power, low maintenance. Electric-field meter. US patent US006984971B1; filed March 14th, 2002; published January 10th, 2006.Beasley W. H., Byerley L. G., Swenson J. A. [et al.]. Low power, low maintenance. Electric-field meter. US patent US006984971B1; filed March 14th, 2002; published January 10th, 2006. (In Engl.).Baicry M., Prado M. Device for measuring an electric field in a conducting medium and method of calibrating such a device. US patent US20160238646 A1; filed February17th, 2016; published August 18th, 2017.Baicry M., Prado M. Device for measuring an electric field in a conducting medium and method of calibrating such a device. US patent US20160238646 A1; filed February17th, 2016; published August 18th, 2017. (In Engl.).Бирюков С. В., Королева М. А. Электроиндукционный дисковый датчик напряженности электрического поля // Динамика систем механизмов и машин. 2017. Т. 5, № 4. С. 177– 182. DOI: 10.25206/2310-9793-2017-5-4-177-182.Biryukov S. V., Koroleva M. A. Elektroinduktsionnyy diskovyy datchik napryazhennosti elektricheskogo polya [Electroinductive disc sensor for electric field strength] // Dinamika sistem mekhanizmov i mashin. Dynamics of Mechanism and Machine. 2017. Vol. 5, no. 4. P. 177–182. DOI: 10.25206/2310-9793-2017-5-4-177-182. (In Russ.).Biryukov S. V., Korolyova M. A. Electroinduction disk sensor of electric field strength // IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series. 2017. Vol. 944 P. 012017-1–P. 012017-8. DOI: 10.1088/1742-6596/944/1/012017.Biryukov S. V., Korolyova M. A. Electroinduction disk sensor of electric field strength // IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series. 2017. Vol. 944 P. 012017-1–P. 012017-8. DOI: 10.1088/1742-6596/944/1/012017. (In Engl.).Пат. 177779 Российская Федерация, МПК G 01 R 29/12. Датчик напряженности электрического поля / Бирюков С. В., Даньшина В. В., Эйсмонт Н. Г. № 2017131988; заявл. 12.09. 17; опубл. 12.03. 18, Бюл. № 8.Patent No. 177779 Russian Federation, IPC G 01 R 29/12. Datchik napryazhennosti elektricheskogo polya [Electric field strength sensor] / Biryukov S. V., Dan’shina V. V., Eysmont N. G. No. 2017131988. (In Russ.).Benenson W., Harris J. W., Stöcker H. [et al.]. Handbook of Physics. New York [etс.]. Springer, 2002. 1181 p. ISBN 0-38795269-1.Benenson W., Harris J. W., Stöcker H. [et al.]. Handbook of Physics. New York [etс.]: Springer, 2002. 1181 p. ISBN 0-387-95269-1. (In Engl.).

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