Трехкомпонентный сферический датчик напряженности электрического поля сдвоенного типа

В статье предлагается новое конструктивное решение трехкомпонентного электроиндукционного сферического датчика напряженности электрического поля с чувствительными электродами в форме сферических двуугольников и их частей. В основу датчика положен двухкомпонентный датчик сдвоенного типа и однокомпонентный датчик двойного типа, чувствительные элементы которого являются частями сферических двуугольников, организованных в сферические сегменты с угловым размером θ₀. Чувствительные электроды датчика — это тридцать шесть проводящих сферических поверхностей, изолированных друг от друга и от проводящего сферического основания датчика. Из чувствительных электродов формируются чувствительные элементы в форме сферических двуугольников для четырёх двойных датчиков по два на координатных осях x и y и в форме сферических сегментов для одного двойного датчика по координатной оси z.
Проведенные в работе исследования показали, что конструктивные размеры чувствительных элементов датчика и пространственный диапазон измерения влияют на его погрешность, вызванную неоднородностью поля. Оптимизированные конструктивные размеры чувствительных элементов датчика и ограниченный пространственный диапазон измерения позволили создать датчик с погрешностью от неоднородности поля по модулю, не превышающую погрешность ± 0,55 % в допустимом пространственном диапазоне измерений 0 < a < 0,5, что соответствует минимальному расстоянию до источника поля d = 2R. Для обеспечения такой погрешности и такого пространственного измерения чувствительные элементы датчика в форме сферических двуугольников должны иметь угловые размеры α₀ = 90º и β₀₁ = 30 º, а в форме сферического сегмента угловой размер должен быть _θ0 = 61,5 º.
Предложенный трехкомпонентный сферический датчик может стать основой измерителя напряженности электрического поля промышленной частоты.

1. 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: Междунар. конф. по большим электрическим системам (СИГРЭ-72). Москва: Энергоатомиздат, 1974. С. 33–43.

2. Нормы и правила по охране труда при работах на подстанциях и воздушных линиях электропередачи напряжением 400, 500 и 750 кВ переменного тока промышленной частоты № 868-70. Москва: СЦНТИ ОРГЭС, 1972. 11 с.

3. ГОСТ 12.1.002–84. Система безопасности труда. Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряженности и требования к проведению контроля на рабочих местах. Москва: Из-во стандартов, 1984. 8 с.

4. Hyberg B. R., Herstad K., Larsen K. B. Measuring electric field using pressure sensitive elements. IEEE Conference Record of International Symposium on Electrical Insulation. 1978. Р. 90–93.

5. А. с. 1478159 А1 СССР, МКИ G01R 29/12. Индикатор электростатического поля / М. Ю. Бродский, О. В. Харламов, А. С. Малевский-Малевич, А. К. Евменко. № 4236759/24-09; заявл. 28.04.87; опубл. 07.05.89, Бюл. № 17.

6. Колмогорова С. С., Бирюков С. В. Проектирование электроиндукционных датчиков и средств измерений электрических полей: моногр. Санкт-Петербург: Реноме, 2022. 180 с. ISBN 978-5-00125-731-8. DOI: 10.25990/7bky-3e46.

7. Бирюков С. В., Тюкина Л. В., Тюкин А. В. Сдвоенные сферические датчики напряженности низкочастотных электрических полей нового поколения // Омский научный вестник. 2021. № 5 (179). С. 62–67. DOI: 10.25206/1813-8225-2021-179-62-67. EDN: AVJDSB.

8. Бирюков С. В., Тюкина Л. В., Тюкин А. В. Сдвоенный сферический датчик напряженности электрического поля // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2021. Т. 17, № 5. С. 85–91. DOI: 10.36622/VSTU.2021.15.5.012. EDN: DZPPSE.

9. Бирюков С. В., Тюкина Л. В., Тюкин А. В. Датчики напряженности электрического поля сдвоенного типа повышенной точности // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2022. Т. 18, № 2. С. 86–93. DOI: 10.36622/VSTU.2022.18.2.012. EDN: TZSZFN.

10. Бирюков С. В., Тюкина Л. В., Тюкин А. В. Исследование сдвоенного сферического датчика напряженности электрического поля с составными чувствительными элементами // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2022. Т. 18, № 5. С. 113–123. DOI: 10.36622/VSTU.2022.18.5.015. EDN: IHMMCU.

11. Бирюков С. В. Двухкомпонентный сферический датчик напряженности электрического поля сдвоенного типа // Омский научный вестник. 2025. № 1 (193). С. 98–106. DOI: 10.25206/1813-8225-2025-193-98-106. EDN: JXPOUZ.

12. Бирюков С. В. Сравнительное исследование двойного и сдвоенного электроиндукционных сферических датчиков напряженности электрического поля // Омский научный вестник. 2024. № 3. (191). С. 125–132. DOI: 10.25206/1813-8225-2024-191-125-132. EDN: IXQSUI.

13. Бирюков С. В., Тюкина Л. В. Модернизированный метод измерения напряженности электрического поля по среднему значению сдвоенными датчиками и устройства для его реализации // Динамика систем, механизмов и машин. 2021. Т. 9, № 3 (179). С. 64–72. DOI: 10.25206/2310-9793-9-3-64-72. EDN: QDVMDJ.

14. Гутников В. С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Ленинград: Энергоатомиздат, 1988. 301 с. ISBN 5-283-04375-4.