Бирюков Сергей Владимирович, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Физика»,
644050, г. Омск, пр. Мира, 11.
AuthorID (SCOPUS): 7006438919.
Biryukov Sergey Vladimirovich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Physics Department,
11, Mira Ave., Omsk, 644050.
AuthorID (SCOPUS): 7006438919.
В работе уделено внимание построению однокомпонентного сферического датчика напряженности электрического поля с незамкнутой системой чувствительных электродов, способного работать в полях различной неоднородности с требуемой погрешностью. В качестве чувствительных электродов датчика рассматриваются сферические оболочки в форме пустотелых сферических сегментов и их взаимодействие с электрическим полем точечного источника. Сформированы основные теоретические положения, способствующие определению выходного сигнала датчика в виде напряжения холостого хода Uxx. Устанавливается взаимосвязь выходного сигнала датчика и его погрешности от пространственного диапазона измерения и от конструктивных размеров чувствительных электродов датчика. По установленным взаимосвязям составляется математическая модель датчика и проводится математическое моделирование. Результатом математического моделирования стали численные значения Uxx и погрешности δ от неоднородности электрического поля в зависимости от пространственного диапазона a и угловых размеров чувствительных электродов Θ0 датчика. Построенные по численным значениям графики этих зависимостей выявили, что допустимые угловые размеры чувствительных электродов датчика должны лежать в диапазоне 40° ≤ Θ0 ≤ 50°. Указанный диапазон обеспечивает датчику погрешность по модулю, не превышающую δ ≤ 5 %. Однако оптимальным угловым размером чувствительных электродов датчика следует считать Θ0 ≤ 45°.
Датчик с таким угловым размером чувствительных электродов будет иметь минимум погрешности в широком пространственном диапазоне измерений и обеспечит возможность создания двух- и трехкомпонентных датчиков без наложения электродов друг на друга. Результаты работы могут лечь в основу оценочных расчетов датчиков с разомкнутой системой электродов.
The work focuses on the construction of a single-component spherical electric field strength sensor with an open system of sensitive electrodes, capable of operating in fields of varying non-uniformity with the required error. Spherical shells in the form of hollow spherical segments and their interaction with the electric field of a point source are considered as sensitive electrodes of the sensor. The main theoretical provisions are formed that facilitate the determination of the output signal of the sensor in the form of opencircuit voltage Uxx. The relationship between the output signal of the sensor and its error from the spatial measurement range and from the design dimensions of the sensitive electrodes of the sensor is established. Based on the established relationships, a mathematical model of the sensor is compiled and mathematical modeling is carried out. The result of mathematical modeling are the numerical values of Uxx and the error d from the heterogeneity of the electric field depending on the spatial range a and the angular dimensions of the sensitive electrodes θ0 of the sensor. The graphs of these dependencies constructed using the numerical values revealed that the permissible angular dimensions of the sensitive electrodes of the sensor should lie in the range of 40° ≤ θ0 ≤ 50°. This range provides the sensor with an error in modulus not exceeding δ ≤ 5 %. However, the optimal angular size of the sensitive electrodes of the sensor should be considered to be θ0 ≤ 45°.
A sensor with such an angular size of the sensitive electrodes will have a minimum error in a wide spatial range of measurements and will provide the possibility of creating two- and three-component sensors without overlapping the electrodes. The results of the work can form the basis for evaluation calculations of sensors with an open electrode system.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.