×
17.06.2023
223.018.7fa9

Результат интеллектуальной деятельности: СДВОЕННЫЙ ДАТЧИК СОСТАВЛЯЮЩИХ ВЕКТОРА НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения составляющих вектора напряженности электрического поля. Сущность: датчик для измерения напряженности электрического поля содержит проводящую сферу, на поверхности которой диаметрально противоположно установлены изолированные друг от друга и от сферы чувствительные электроды, выполненные в виде восьми конгруэнтных сферических треугольников, ограниченных тремя взаимно перпендикулярными плоскостями, точка пересечения которых совпадает с центром сферы. Датчик содержит также шесть чувствительных элементов, выполненных в форме сферических сегментов с угловыми размерами θ≤45°, попарно расположенных на диаметрально противоположных участках сферы по трем координатным осям, проходящим по линиям пересечения трех взаимно перпендикулярных плоскостей, разделяющих сферу на восемь конгруэнтных треугольников. Технический результат: повышение точности измерения напряженности неоднородных электрических полей в широком пространственном диапазоне измерений. 5 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения составляющих вектора напряженности электрического поля в широком пространственном диапазоне с повышенной точностью.

Известен датчик, реализованный в способе измерения напряженности электрического поля, [Патент RU № 2388003, МКИ G01R 29/12, G01R 29/08], содержащий электропроводящую сферический корпус с тремя парами электропроводящих чувствительных элементов, попарно и симметрично расположенных относительно поверхности датчика на его координатных осях, проходящих через центр сферического корпуса, при этом чувствительные элементы и корпус датчика изолированы друг от друга.

Достоинством датчика является то, что он выполняется двойным, так как по каждой координатной оси датчика расположены диаметрально противоположные пары чувствительных элементов в форме сферических сегментов. О составляющих вектора напряженности электрического поля судят по разности зарядов между противоположными парами чувствительных элементов. Использование датчика в дифференциальном включении приводит к повышению точности измерений, за счет уменьшения синфазных составляющих, т.е. внешних электрических помех.

Недостатком датчика является то, что его чувствительные элементы, имеют форму сферического сегмента, угловой размер которых для исключения их перекрытия, составляет θ0≤45°. Датчик с такими угловыми размерами чувствительных элементов в неоднородном поле имеет положительную погрешность. В результате значение напряженности электрического поля будет завышено.

Наиболее близким является датчик для измерения напряженности электрического поля [А.с. 1689884 СССР, МКИ G01R 29/12 Устройство для измерения напряженности электрического поля / Пучков Г.Г, Соколов А.Г. - №4724939/21; Заявл. 26.07.89; Опубл. 07.11.91, Бюл. № 41.], содержащий проводящую сферу, на поверхности которой диаметрально противоположно установлены изолированные друг от друга и от сферы чувствительные электроды, выполненные в виде восьми конгруэнтных сферических треугольников, ограниченных тремя взаимно перпендикулярными плоскостями, точка пересечения которых совпадает с центром сферы. Чувствительные электроды объединяют по две группы чувствительных элементов, образующие две полусферы и измеряют между каждой парой сформированными чувствительными элементами электрический ток. Последовательно формируя из электродов датчика чувствительные элементы в форме полусфер, разделенных координатными плоскостями YOZ, XOZ и XOY, измеряют составляющие EX, EY и EZ вектора напряженности электрического поля E.

Датчик прототипа выполнен двойным датчиком и обладает теми же достоинствами, что и датчик аналога.

Недостатком датчика является то, что его чувствительные элементы, сформированные из восьми конгруэнтных треугольников, имеют форму полусфер, угловой размер которых составляет θ0=90°. Датчик с такими угловыми размерами чувствительных элементов в неоднородном поле имеет отрицательную погрешность. В результате значение напряженности электрического поля будет занижено.

Общим недостатком известных датчиков является низкая точность при измерении неоднородных электрических полей и ограниченный пространственный диапазон измерения до источника поля - несколько линейных размеров датчика.

Задача изобретения - повышение точности измерения напряженности неоднородных электрических полей, расширение пространственного диапазона измерения и функциональных возможностей.

Задача достигается тем, что в известный датчик для измерения напряженности электрического поля, содержащий проводящую сферу, на поверхности которой диаметрально противоположно установлены изолированные друг от друга и от сферы чувствительные электроды, выполненные в виде восьми конгруэнтных сферических треугольников, ограниченных тремя взаимно перпендикулярными плоскостями, точка пересечения которых совпадает с центром сферы, согласно заявляемому техническому решению введены шесть чувствительных элементов, выполненных в форме сферических сегментов с угловыми размерами θ0≤45°, попарно расположенных на диаметрально противоположных участках сферы по трем координатным осям, проходящим по линиям пересечения трех взаимно перпендикулярных плоскостей, разделяющих сферу на восемь конгруэнтных треугольников.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен сдвоенный двойной датчик составляющих вектора напряженности электрического поля, находящийся в электрическом поле; на фиг. 2 показано разложение сдвоенного датчика, на составляющие его датчики с выделением их чувствительных электродов (2-9) и элементов (10-15); на фиг. 3 и фиг. 4 показаны форма и угловые размеры чувствительных электродов (2-9) и чувствительных элементов (10-15) соответственно; на фиг. 5 представлены графики погрешностей от неоднородности электрического поля для датчиков, реализуемых аналогом и прототипом и предлагаемым сдвоенным датчиком в зависимости от пространственного диапазона измерения a=R/d (R - радиус корпуса 1 датчика, d - расстояние от центра корпуса 1 датчика до источника поля).

Основу сдвоенного датчика составляет проводящая сфера 1 покрытая методом напыления тонким слоем диэлектрика (фиг. 1). На поверхности сферического слоя диэлектрика нанесены восемь проводящих чувствительных электродов (2-9), выполненных в виде конгруэнтных равносторонних сферических треугольников (фиг. 3). Чувствительные электроды 6-9 на фиг. 1 и фиг. 2 не просматриваются. Чувствительные электроды 6-9 покрываются тонким слоем диэлектрика, на поверхность которого наносятся шесть чувствительных элементов (10-15), выполненных в форме сферических сегментов (фиг. 4). Чувствительный элемент 12 на фиг. 1 и фиг. 2 не просматривается. Таким образом, сдвоенный датчик представляет собой слоистую конструкцию в форме сферы. Поскольку проводящие части датчика, такие как сфера, чувствительные электроды и элементы изолированы между собой тонким слоем диэлектрика и имеют малую толщину в виду напыления, то всю слоёную конструкцию датчика можно считать сплошной проводящей сферической поверхностью, а каждая проводящая часть датчика в электрическом поле будет иметь практически одинаковый электрический потенциал. Кроме этого для обеспечения равного потенциала всех частей датчика, его чувствительные электроды и элементы должны быть подключены к измерительным устройствам с низкоомным входом. В качестве устройств с низкоомным входом могут быть использованы измерители тока, интеграторы тока (усилители заряда). Предпочтение следует отдавать интеграторам тока, т.к. его выходное напряжение не зависит от частоты поля и пропорционально зарядам, индуцированным на чувствительных элементах датчика. Проводящая сфера 1 может являться средней точкой датчика для измерительной цепи.

Датчик работает следующим образом.

При внесении сдвоенного датчика в электрическое поле на проводящих электродах 2-9 первого датчика и 10-15 второго датчика индуцируются электрические заряды, величина которых пропорциональна измеряемой напряженности электрического поля Е. Формируя из электродов 2-9 противоположные пары групп чувствительных элементов в форме полусфер, состоящих из четырех чувствительных электродов: по оси X - 2, 3, 4, 5 и 6, 7, 8, 9; по оси Y - 3, 4, 7, 8 и 2, 5, 6, 9; по оси Z - 2, 3, 6, 7 и 4, 5, 8, 9, разделенных координатными плоскостями YOZ, XOZ и XOY, первым датчиком измеряют разности зарядов между электрически соединенными парами составных чувствительных элементов, пропорциональных составляющим Ex1, Ey1 и Ez1, а одновременно вторым датчиком измеряют разности зарядов между чувствительными элементами по оси X - 10 и 12, по оси Y - 11 и 14, по оси Z - 13 и 15, пропорциональные составляющим Ex2, Ey2 и Ez2. По измеренным составляющим вектора напряженности электрического поля первым и вторым датчиками, входящими в состав сдвоенного датчика определяют модули напряженностей электрического поля, одновременно измеренные в одной точке

первый датчик ;

второй датчик ,

а затем по формуле определяют напряженность измеряемого электрического поля.

Использование сдвоенного датчика повышает точность измерения неоднородных электрических полей. Повышение точности достигается тем, что в неоднородном поле измеренные значения напряженности Е1 и Е2 содержат противоположные по знаку относительные погрешности от неоднородности поля, соответственно равные и .

С учетом погрешностей, можно записать

и ,

где Е - напряженность исходного электрического поля.

Напряженность измеряемого поля определится по формуле

,

где - погрешность измерения, вызванная неоднородностью поля.

Таким образом, получаем значения напряженности электрического поля с погрешностью δ в два раза меньшей, чем разность модулей погрешностей δ1 и δ2.

Уменьшение погрешности подтверждает фиг. 5, где в качестве примеров приведены графики погрешности от неоднородности электрического поля точечного заряда в зависимости от относительного расстояния a=R/d (где R - радиус сферы датчика, d – расстояние от центра сферы датчика до источника поля) для аналога δ1, прототипа δ2 и заявляемого устройства δ.

В основе построения графиков погрешностей δ1, δ2 и δ лежит известное выражение для расчета погрешности от неоднородности поля датчиков сферической формы [Бирюков С.В. Расчет и измерение напряженности электрического поля в электроустановках сверх - и ультравысокого напряжения /С.В. Бирюков, Ф.Г. Кайданов, Р.А. Кац, Е.С. Колечинский, В.Я. Ложников, Н.С. Смекалова, М.Д. Столяров //Влияние электроустановок высокого напряжения на окружающую среду: Переводы докладов Международной конференции по большим электрическим системам (СИГРЭ-86) (Энергетика за рубежом) / Под ред. Ю.П. Шкарина. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - С. 6-13].

,

где а=R/d- пространственного диапазона измерения, R - радиус сферы датчика, d - расстояние от центра сферы датчика до источника поля, θ0 - угловой размер чувствительного элемента датчика. Для первого и второго датчиков, входящих в состав сдвоенного датчика угловые размеры чувствительных элементов соответственно равны θ0=90° и θ0≤45°

Из графиков фиг. 5 следует, что предложенный сдвоенный датчик позволяет не только значительно снизить погрешность измерения неоднородных электрических полей (см. график для заявляемого датчика), но и расширить пространственный диапазон измерения. График погрешности для заявляемого сдвоенного датчика показывает, что погрешность измерения датчика не более +5 % на расстояниях от источника поля, соизмеримым с радиусом корпуса датчика, т.е. при полном пространственном диапазоне измерения 0≤a≤1 (d=R). В то время как для аналога и прототипа при той же погрешности пространственные диапазоны измерения соответственно равны 0≤a≤0.24 (d≈4R) и 0≤a≤0.3 (d≈3R).

Предлагаемый датчик напряженности состоит из двух независимых двойных датчиков, объединенных одним конструктивным решением, и представляет собой сдвоенный датчик. Эта особенность датчика позволяет расширить его функциональные возможности. Например, можно использовать каждый из датчиков раздельно или одновременно. Одновременное использование сдвоенного датчика рассмотрено на выше приведенном примере. Из-за своей универсальности, сдвоенный датчик можно использовать как одно-, двух- и трехкоординатным, а также одинарным, двойным и сдвоенным.

Таким образом, использование сдвоенного датчика позволяет добиться значительного повышения точности измерения напряженности неоднородных электрических полей в широком пространственном диапазоне измерений по сравнению с известными датчиками и расширить функциональные возможности самого сдвоенного датчика.

Датчик для измерения напряженности электрического поля, содержащий проводящую сферу, на поверхности которой диаметрально противоположно установлены изолированные друг от друга и от сферы чувствительные электроды, выполненные в виде восьми конгруэнтных сферических треугольников, ограниченных тремя взаимно перпендикулярными плоскостями, точка пересечения которых совпадает с центром сферы, отличающийся тем, что в него введены шесть чувствительных элементов, выполненных в форме сферических сегментов с угловыми размерами θ≤45°, попарно расположенных на диаметрально противоположных участках сферы по трем координатным осям, проходящим по линиям пересечения трех взаимно перпендикулярных плоскостей, разделяющих сферу на восемь конгруэнтных треугольников.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 21-30 of 41 items.
14.05.2023
№223.018.5684

Спортивное метательное устройство и его аксессуары (варианты)

Спортивное метательное устройство (лук или арбалет) содержит гибкие плечи, на концах которых неподвижно установлены упругие пластины или рычаги под острым углом к тетиве. Тетива закреплена на свободных концах пластин и рычагов. На концах жестких плеч шарнирно установлены соединенные с плечами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002734084
Дата охранного документа: 12.10.2020
15.05.2023
№223.018.5b7f

Способ изготовления катодов для установок магнетронного распыления из тугоплавких металлов

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обработке и изготовлению деталей. Способ включает электроэрозионную обработку заготовки в виде прутка на проволочно-вырезном станке с числовым программным управлением (ЧПУ), обеспечивающем точность размеров с учетом припусков на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002763719
Дата охранного документа: 30.12.2021
15.05.2023
№223.018.5b80

Способ изготовления катодов для установок магнетронного распыления из тугоплавких металлов

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обработке и изготовлению деталей. Способ включает электроэрозионную обработку заготовки в виде прутка на проволочно-вырезном станке с числовым программным управлением (ЧПУ), обеспечивающем точность размеров с учетом припусков на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002763719
Дата охранного документа: 30.12.2021
23.05.2023
№223.018.6c19

Виброизолирующее устройство

Изобретение относится к устройствам активной виброзащиты крупногабаритных объектов. Телескопическое направляющее устройство (2) выполнено в виде встречно направленных наружного (3) и внутреннего (4) стаканов с установленными между ними резинокордной оболочкой (5) и центрирующими элементами (6,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002736068
Дата охранного документа: 11.11.2020
23.05.2023
№223.018.6f46

Способ спуска ускорителя ступени ракеты-носителя при аварийном выключении жрд и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к ракетно-космической технике. Способ спуска ускорителя ступени (УС) ракеты-носителя (РН) при аварийном выключении жидкостного ракетного двигателя (АВД) в заданный район падения основан на стабилизации УС. Управление движением выполняется за счёт сброса продуктов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002746473
Дата охранного документа: 14.04.2021
27.05.2023
№223.018.70c5

Электромагнитный сепаратор

Предложенное изобретение относится к устройствам, предназначенным для извлечения ферромагнитных частиц (стальной пыли, шайб, гвоздей, шурупов и других предметов ферромагнитного мусора), присутствующих в сыпучих материалах, транспортируемых на ленточных конвейерах и отправляемых на переработку...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002739800
Дата охранного документа: 28.12.2020
27.05.2023
№223.018.717a

Способ квадратурной внутриимпульсной фазовой модуляции

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат – повышение помехоустойчивости. Для этого предложен способ квадратурной внутриимпульсной фазовой модуляции, особенностью которого является то, что передача сообщения за счет амплитудной модуляции не производится, а производится...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002765981
Дата охранного документа: 07.02.2022
27.05.2023
№223.018.721c

Способ моделирования процесса очистки поверхности и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к области моделирования процессов очистки различных поверхностей изделий от загрязнений, возникающих в процессе производства и эксплуатации, с целью выбора оптимальных режимов и воздействующих факторов. Способ моделирования процесса очистки поверхности включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002743936
Дата охранного документа: 01.03.2021
27.05.2023
№223.018.7231

Способ повышения пропускной способности и оценки качества коротковолновых каналов связи с частотной манипуляцией при их адаптации к условиям связи

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для использования в коротковолновых каналах радиосвязи при их адаптации к условиям связи. В способе повышения пропускной способности и оценки качества коротковолновых каналов связи с частотной манипуляцией при их адаптации к условиям...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002746495
Дата охранного документа: 14.04.2021
30.05.2023
№223.018.7375

Датчик угарного газа

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей оксида углерода, и может быть использовано для экологического мониторинга. Датчик согласно изобретению содержит полупроводниковое...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002760311
Дата охранного документа: 23.11.2021
Showing 21-24 of 24 items.
06.02.2020
№220.017.fffc

Способ ингибирования роста опухоли у млекопитающего

Группа изобретений относится к медицине и может быть использована для ингибирования роста опухоли у млекопитающего. Для этого используют средство, в состав которого входит 20% жировая эмульсия липофундина, насыщенная инертным газом ксеноном, бета-блокатор пропранолол, симпатолитик резерпин,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002713153
Дата охранного документа: 04.02.2020
06.06.2023
№223.018.792d

Способ измерения напряженности электрического поля

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения напряженности электрического поля в широком пространственном диапазоне измерения. Способ измерения напряженности электрического поля дополнительно содержит этапы, на которых конфигурацию и размер...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002749335
Дата охранного документа: 08.06.2021
16.06.2023
№223.018.7ac0

Способ измерения напряженности электрического поля повышенной точности

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения напряженности электрического поля в широком пространственном диапазоне с повышенной точностью. Сущность: способ заключается в помещении датчика в исследуемую точку поля иопределении модуля вектора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002734578
Дата охранного документа: 20.10.2020
16.06.2023
№223.018.7cd5

Способ измерения напряженности электрического поля повышенной точности

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения напряженности электрического поля в широком пространственном диапазоне с повышенной точностью. Технический результат заключается в повышения точности измерения напряженности неоднородных электрических полей в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002743617
Дата охранного документа: 20.02.2021
+ добавить свой РИД