Основы построения компенсационных электроиндукционных сферических датчиков напряженности электрического поля

Работа направлена на разработку теоретических основ, способствующих построению двойных однокомпонентных электроиндукционных датчиков напряженности электрического поля компенсационного типа. Разработка подобных датчиков имеет целью повышение точности измерений и контроля уровней напряженности низкочастотных электрических полей на территориях работы высокои сверхвысоковольтного оборудования для обеспечения безопасности и комфортной работы их обслуживающего персонала. В связи с этим данная работа является весьма актуальной. В датчике компенсационного типа реализуется метод уравновешивающего преобразования. Сложность реализации этого метода применительно к датчику напряженности электрического поля связана с созданием узла сравнения, в котором должны сравниваться измеряемая напряженность E0 электрического поля и напряженность компенсационного поля Eк. В разрабатываемой теории обосновывается возможность построения узла сравнения. Узел сравнения представляет конструктивно сформированный электрический конденсатор, внутренний диэлектрик которого имеет диэлектрическую проницаемость . С применением принципа суперпозиции полей в работе рассмотрены физические процессы, протекающие в диэлектрике электрического конденсатора. Показано, что воздействия на диэлектрик конденсатора измеряемого поля E0 и компенсационного поля Eк происходят по одной прямой и противоположно направлены. Это позволяет создать идеальный узел сравнения. Для внесения датчиком в электрическое поле предсказуемых и математически обрабатываемых искажений предложено корпус датчика выполнять сферическим, а его чувствительные электроды в форме сферических сегментов. Предложено датчик компенсационного типа выполнить двойным и однокомпонентным, содержащим два диаметрально противоположных чувствительных элемента, входящих в состав двух электрических конденсаторов, выполняющих роль узлов сравнения. Впервые получено выражение для расчета емкости электрического конденсатора с чувствительными элементами в форме сферических сегментов. Предложена измерительная цепь компенсационного типа для двойного однокомпонентного датчика с использованием предложенных узлов сравнения. Получены уравнения преобразования датчика с измерительной цепью, связывающие измеряемую напряженность электрического поля E0 с выходным напряжением измерительной цепи Uвых. Выявлены основные и дополнительные погрешности датчика напряженности электрического поля компенсационного типа. Полученные в работе новые знания могут лечь в основу разработки компенсационных датчиков напряженности электрического поля.