omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2024-190-99-106HLUWKGomna-267Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, ФОТОНИКА, ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И СВЯЗЬELECTRONICS, PHOTONICS, APPLIANCE AND COMMUNICATIONSРазработка нового метода измерения напряженности электрического поля на основе сдвоенного электроиндукционного датчикаDevelopment of a new method for measuring the electric field strength based on a dual electro-induction sensorhttps://orcid.org/0000-0002-1362-9911БирюковС. В.BiryukovS. V.

Бирюков Сергей Владимирович, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Физика»

AuthorID (SCOPUS): 7006438919

г. Омск 

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

AuthorID (SCOPUS): 7006438919

Omsk

sbiryukov154@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7316-3797ТюкинА. В.TyukinA. V.

Тюкин Александр Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Физика и математика»

AuthorID (SCOPUS): 57203100232

г. Омск 

Tyukin Alexander Vladimirovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Physics and Mathematics Department

AuthorID (SCOPUS): 57203100232

Omsk

ТюкинаЛ. В.TyukinaL. V.

Тюкина Людмила Владимировна, преподаватель

г. Омск 

Tyukina Lyudmila Vladimirovna, Lecturer

Omsk

Омский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian FederationСибирский государственный автомобильно-дорожный университетРоссияSiberian State Automobile and Highway UniversityRussian FederationОмский промышленно-экономический колледжРоссияOmsk Industrial and Economic CollegeRussian Federation20243006202410299106Copyright © Бирюков С.В., Тюкин А.В., Тюкина Л.В., 20242024Бирюков С.В., Тюкин А.В., Тюкина Л.В.Biryukov S.V., Tyukin A.V., Tyukina L.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/267

Предлагается новый метод измерения напряженности электрического поля. В основу метода положен метод измерения по среднему значению, в котором используется сдвоенный электроиндукционный сферический датчик. Использование сдвоенного датчика для реализации метода позволило расширить функциональные возможности метода по среднему значению. Метод измерения по среднему значению предполагает одновременное измерение двух значений напряженности E1 и E2 в одной точке электрического поля с противоположными по знаку погрешностями. Как показала теория построения нового метода, по двум значениям напряженностей можно определить не только результат измерения как среднее из них, так и оценить погрешность результата измерений и ориентировочно определить расстояние до источника поля. Для определения расстояния до источника поля вводится коэффициент отношения двух найденных напряженностей в каждой точке поля, по которому находится эмпирическая зависимость относительного расстояния до источника поля. Относительное расстояние представляет собой соотношение между радиусом сферического датчика и расстоянием до источника поля. Определяя по этой зависимости относительное расстояние в каждой точке измерений и подставляя его в известное выражение для погрешности, определяют погрешность результата в точке измерений. Через относительное расстояние определяют и расстояние до источника поля. Таким образом, новый метод измерения позволяет повысить точность измерения напряженности электрического поля, определить погрешность результата измерений и расстояние до источника поля.

A new method for measuring electric field strength is proposed. The method is based on the mean value measurement method, which uses a dual electroinduction spherical sensor. The use of the dual sensor for the method implementation allows to extend the functionality of the method by mean value. The method of measurement by the mean value assumes simultaneous measurement of two values of intensity E1 and E2 in one point of electric field with opposite sign errors. As the theory of construction of the new method has shown, it is possible to determine not only the measurement result as an average of two values of the strengths, but also to estimate the error of the measurement result and tentatively determine the distance to the field source. In order to determine the distance to the field source, a coefficient of the ratio of the two found strengths at each point of the field is introduced, by which the empirical dependence of the relative distance to the field source is found. The relative distance is the ratio between the radius of the spherical sensor and the distance to the field source. By determining the relative distance at each measuring point according to this relationship and substituting it into the known expression for the error, the error of the result at the measuring point is determined. The relative distance is also used to determine the distance to the field source. Thus, the new method of measurement allows to increase the accuracy of measurement of electric field strength, determined by the relative distance to the source of the field.

метод измеренияэлектроиндукционный датчиксдвоенный датчикэлектрическое полепогрешность измерениярасстояние до источника поляmeasurement methodelectroinduction sensordual sensorelectric fieldmeasurement errordistance to the field sourceReferencesXiao D., Ma Q., Xie Y. [et al.]. A Power-Frequency Electric Field Sensor for Portable Measurement // Sensors (Basel). 2018. Vol. 18 (4). 1053. DOI: 10.3390/s180410532.Xiao D., Ma Q., Xie Y. [et al.]. A Power-Frequency Electric Field Sensor for Portable Measurement // Sensors (Basel). 2018. Vol. 18 (4). 1053. DOI: 10.3390/s180410532. (In Engl.).Suo C., Wei R., Suo C. [et al.]. Research on the ThreeDimensional Power Frequency Electric Field Measurement System // Journal of Sensors. 2021. Vol. 16. P. 1–15. DOI: 10/1155/2021/8859022.Suo C., Wei R., Suo C. [et al.]. Research on the ThreeDimensional Power Frequency Electric Field Measurement System // Journal of Sensors. 2021. Vol. 16. P. 1–15. DOI: 10/1155/2021/8859022. (In Engl.).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. Instruments for Scientific Research. 1971. No. 6. P. 141–142. (In Russ.).Гатман С. A. Двойной измеритель электрического поля с защитой // С. Гатман // 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. Instruments for Scientific Research. 1968. No. 1. P. 45–49. (In Russ.).Юркевич В. М., Кондратьев Б. Л. О методике измерения напряженности и других характеристик электрического поля // Измерительная техника. 1980. № 5. С. 57–59.Yurkevich V. M., Kondratyev B. L. O metodike izmereniya napryazhennosti i drugikh kharakteristik elektricheskogo polya [About the technique for measuring the intensity and other characteristics of the electric field] // Izmeritel’naya tekhnika. Measurement Techniques. 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 [Expanding the area for measuring electric field parameters when using the probe method] // Izmeritel’naya tekhnika. Measurement Techniques. 1981. No. 1. P. 33–35. (In Russ.).Кондратьев Б. Л., Юркевич В. М. Измерения в электрическом поле с выравниванием потенциалов // Труды Московского энергетического института. Москва, 1979. Т. 432. С. 20–22.Kondrat’yev B. L., Yurkevich V. M. Izmereniya v elektricheskom pole s vyravnivaniyem potentsialov [Electric field measurements with potential equalization] // Trudy Moskovskogo energeticheskogo instituta. Proceedings Moscow Energy Institute. Moscow, 1979. Vol. 432. P. 20–22. (In Russ.).Колдекотт Р., Деворе Р. В., Себо С. А. Измерение электрических полей на подстанциях сверхвысокого напряжения // Электрические станции сети и системы. Экспресс-информация. 1977. № 19. C. 10–26.Koldekott P., Devore R. V., Sebo S. A. Izmereniye elektricheskikh poley na podstantsiyakh sverkhvysokogo napryazheniya [Measuring electric fields at ultra-high voltage substations] // Elektricheskiye stantsii seti i sistemy. Ekspress-informatsiya. Electric Power Stations Networks and Systems. Express Information. 1977. No. 19. P. 10–26. (In Russ.).Chauzy S., Magnes P. Mise au point d`un mesureur de champ electrique alternatif 50 // Rev. Gen. Elec. 1988. No. 7. P. 27–38.Chauzy S., Magnes P. Mise au point d`un mesureur de champ electrique alternatif 50 // Rev. Gen. Elec. 1988. No. 7. P. 27–38. (In Engl.).Бирюков С. В. Метод измерения напряженности электрического поля путем выравнивания составляющих // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления (Датчик-2002): сб. материалов XIV науч.-техн. конф. с участ. зарубеж. специалистов. Москва, 01–31 мая 2002 г. / под ред. В. Н. Азарова. Москва: Изд-во МГИЭМ, 2002. С. 25–26.Biryukov S. V. Metod izmereniya napryazhennosti elektricheskogo polya putem vyravnivaniya sostavlyayushchikh [Method for measuring electric field strength by equalizing components] // Datchiki i preobrazovateli informatsii sistem izmereniya, kontrolya i upravleniya (Datchik-2002). Sensors and Information Converters for Measurement, Monitoring and Control Systems (Sensor–2002) / Ed. by V. N. Azarova. Moscow, 2002. P. 25–26. (In Russ.).Бирюков С. В. Методы измерения напряженности неоднородных электрических полей вблизи источников поля трехкоординатными датчиками // Известия вузов. Электромеханика. 2003. № 4. С. 22–25. EDN: HTUFYJ.Biryukov S. V. Metody izmereniya napryazhennosti neodnorodnykh elektricheskikh poley vblizi istochnikov polya trekhkoordinatnymi datchikami [Methods for measuring the strength of non-uniform electric fields near field sources using three-coordinate sensors] // Izvestiya vuzov. Elektromekhanika. Russian Electromechanics. 2003. No. 4. P. 22–25. EDN: HTUFYJ. (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: Энергия, 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 the electric field of 500 and 750 kV switchgears on operating personnel and means for their protection] // Podstantsii peremennogo toka. AC Substations. Moscow. 1974. P. 33–43. (In Russ.).Eggert S., Goltz S. NFM-1 ein aperiodisches Nahfeld – Stärkemeвgerät fűür Messunger an Hochfreguenzarвeitsplätze // Radio Fernsehen Elektronik. 1976. Vol. 25, no. 15. S. 488–490.Eggert S., Goltz S. NFM-1 ein aperiodisches Nahfeld – Stärkemeвgerät fűür Messunger an Hochfreguenzarвeitsplдtze [NFM-1 an aperiodic near field strength meter for measurements at high frequency locations] // Radio Fernsehen Elektronik. Radio Television Electronics. 1976. Vol. 25, no. 15. P. 488–490. (In Germ.).Сукманов В. И., Сафонов В. И., Ильин А. Н. [и др.]. Прибор для измерения напряженности электрического поля // Электрические станции. 1987. № 6. С. 69–71.Sukmanov V. I., Safonov V. I., Ilin A. N. [et al.]. Pribor dlya izmereniya napryazhennosti elektricheskogo polya [Electric field strength measuring device] // Elektricheskie stancii. Electric Stations. 1987. No. 6. P. 69–71. (In Russ.).Пат. 2743617 C1 Российская Федерация, МПК G 01 R 29/12. Способ измерения напряженности электрического поля повышенной точности / Бирюков С. В., Глуховеря Е. Г. № 2020118083; заявл. 02.06.2020; опубл. 20.02.2021. Бюл. № 5. 10 с.Patent 2743617 C1 Russian Federation, IPC G 01 R 29/12. Sposob izmereniya napryazhennosti elektricheskogo polya povyshennoy tochnosti [Method of highest accuracy for electric field measuring] / Biryukov S. V., Glukhoverya E. G. No. 2020118083. (In Russ.).Пат. 2773868 С1 Российская Федерация, МПК G 01 R 29/12. Способ измерения напряженности электрического поля сдвоенным датчиком / Бирюков С. В., Тюкина Л. В., Тюкин А. В. № 2021120230; заявл. 09.07.2021; опубл. 14.06.2022. Бюл. № 17. 8 с.Patent 2773868 U1 Russian Federation, IPC G 01 R 29/08. Sposob izmereniya napryazhennosti elektricheskogo polya sdvoyennym datchikom [Method for measuring the electric field strength with a dual sensor] / Biryukov S. V., Tyukina L. V., Tyukin A. V. No. 2021120230. (In Russ.).Тюкина Л. В., Бирюков С. В., Тюкин А. В. Новый подход к применению метода измерений напряженности электрического поля по среднему значению // Омский научный вестник. 2022. № 3 (183). С. 122–127. DOI: 10.25206/1813-8225-2022-183-122-127. EDN: GRAKRH.Tyukina L. V., Biryukov S. V., Tyukin A. V. Novyy podkhod k primeneniyu metoda izmereniy napryazhennosti elektricheskogo polya po srednemu znacheniyu [A new approach to application of the method of measuring electric field strength by average value] // Omskiy nauchnyy vestnik. Omsk Scientific Bulletin. 2022. No. 3 (183). P. 122–127. DOI: 10.25206/1813-8225-2022-183-122-127. EDN: GRAKRH. (In Russ.).Пат. 210806 U1 Российская Федерация, МПК G 01 R 29/12. Сдвоенный датчик для измерения напряженности электрического поля с составными чувствительными элементами / Бирюков С. В., Тюкина Л. В. № 2022101437; заявл. 24.01.2022; опубл. 05.05.2022. Бюл. № 13. 10 с.Patent 210806 U1 Russian Federation, IPC G 01 R 29/12. Sdvoyennyy datchik dlya izmereniya napryazhennosti elektricheskogo polya s sostavnymi chuvstvitel’nymi elementami [Dual sensor for measuring electric field strength with composite sensing elements] / Biryukov S. V., Tyukina L. V. No. 2022101437. (In Russ.).Глуховеря Е. Г. Датчики напряженности электрического поля на новых физических эффектах и явлениях // Актуальные проблемы современной науки: материалы IX Регион. науч-практ. конф. с междунар. участием. Омск, 29 мая 2020 г. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2020. С. 47–50.Gluhoverya E. G. Datchiki napryazhennosti elektricheskogo polya na novykh fizicheskikh effektakh i yavleniyakh [Electric field strength sensors based on new physical effects and phenomena] // Aktualnyye problemmy sovremennoy nauki. Current Problems of Modern Science. Omsk, 2020. P. 47– 50. (In Russ.).Щигловский К. Б., Аксельрод В. С. Приборы для измерения параметров электростатического поля и их калибровка // Измерительная техника. 1978. № 5. С. 63–65.Shchiglovskiy K. B., Aksel’rod V. S. Pribory dlya izmereniya parametrov elektrostaticheskogo polya i ikh kalibrovka [Instruments for measuring electrostatic field parameters and their calibration] // Izmeritel'naya tekhnika. Measurement Techniques. 1978. No. 5. P. 63–65. (In Russ.).Misakian M., Kotter F. R., Kahler R. L. Miniature ELF Electric Field Probe // Instruments for Scientific Research. 1978. Vol. 49, no. 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. 49, no. 7. P. 933–935. DOI: 10.1063/1.1135497. (In Engl.).Шкарин Ю. П. Влияние электроустановок высокого напряжения на окружающую среду: пер. докл. междунар. конф. по большим электрическим системам (СИГРЭ-86). Москва: Энергоатомиздат, 1988. 104 с. ISBN 5-283-02447-4.Shkarin Yu. P. Vliyaniye elektroustanovok vysokogo napryazheniya na okruzhayushchuyu sredu [Impact of high voltage electrical installations on the environment]. Moscow, 1988. 104 p. ISBN 5-283-02447-4. (In Russ.).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. № 29. 9 с.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 the electric field intensity using a dual-type sensor] / Biryukov S. V., Tyukina L. V., Tyukin A. V. No. 2021120706. (In Russ.).Пат. № 2774654 С1 Российская Федерация, МПК G 01 R 29/12. Способ измерения напряженности электрического поля датчиком сдвоенного типа / Бирюков С. В., Тюкина Л. В., Тюкин А. В. № 2021120704; заявл. 14.07.2021; опубл. 21.06.2022. Бюл. № 18. 9 с.Patent 2774654 С1 Russian Federation, IPC G 01 R 29/12. Sposob izmereniya napryazhennosti elektricheskogo polya datchikom sdvoyennogo tipa [Method for measuring the electric field strength by a dual-type sensor] / Biryukov S. V., Tyukina L. V., Tyukin A. V. No. 2021120704. (In Russ.).

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