Трехкоординатный электроиндукционный сферический датчик напряженности электрического поля в поле электрического диполя Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Применение в помосте для измерения опорных реакций спортсменов опорной рамы с ребрами жесткости, опорной плиты, выполненной в виде сферической поверхности, шаровой опоры и боковых опор, расположенных по краям платформы под углом к горизонтали, направляющих каналов опор, в которых размещены датчики сил, имеющих полный корпус, в котором расположены пьезоэлемент и поршень давления генератора возбуждения и регистрирующего устройства, дает возможность увеличить жесткость конструкции и повысить точность измерения.

Помост для измерения опорных реакций спортсмена, содержит смонтированную на основании посредством опор с датчиками платформу, отличающуюся тем, что с целью повышения точности измерения усилий опорных реакций, платформа выполнена в виде шарового сегмента, центральная опора установлена в центре ее криволинейной поверхности, а остальные —

по окружности с равным шагом и под углом к ее плоской поверхности.

Библиографический список

1. Помост для измерения опорных реакций спорных реакций спортсменов / Н.Ф. Рожков, В.В. Барболин.- АС 1625505 СССР. МКИ А63В 69/00-9с.

2. Помост для измерения опорных реакций спорных реакций спортсменов / Н.Ф. Рожков, В.В. Барболин.- АС .16229032 СССР. МКИ А63В 63/00-6с.

РОЖКОВ Николай Федорович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Информационно-измерительная техника».

Дата поступления статьи в редакцию: 25.10.2007 г. © Рожков Н.Ф.

УДК 621.317.328 Е. В. ТИМОНИНА

С. В. БИРЮКОВ

Омский государственный технический университет

ТРЕХКООРДИНАТНЫЙ ЭЛЕКТРОИНДУКЦИОННЫЙ СФЕРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В ПОЛЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДИПОЛЯ

В статье проводится анализ работы трехкоординатного сферического датчика напряженности в электрическом поле диполя.

Было установлено, что поле электрического диполя обладает большей неоднородностью по сравнению с полем точечного заряда, которое ранее [1,2] рассматривалось в качестве наихудших условий для работы датчика. В связи с этим, считаем целесообразным, привести теоретический анализ работы трехкоординатного электроиндукционного сферического датчика (ТЭСД) напряженности в неоднородном электрическом поле (ЭП) диполя.

В ходе исследований, согласно методике, предложенной в [2], была составлена математическая модель ТЭСД с чувствительными электродами в виде сферических сегментов, включающая взаимосвязанные с соответствующими координатными осями датчика интегральные уравнения, ядром которых является выражение для определения нормальной составляющей напряженности на поверхности сферического

датчика, находящегося в поле электрического диполя, полученное путем решения задачи для сферы в поле электрического диполя:

ди

Рис. 1

CT, %

/ /

/ / 1

/ / г i

f / i /

té- —-- 's >

N - . V''

\\ \

Y \ \

\ ч ч

\

Рис. 2

m.г 61

6С.Е BL ОН,С

ъ:

SF.fi Л.

1

С.9

с.е

о,%

а)

а, % б)

где а = R/d - относительное расстояние от центра датчика до центра диполя

( R - радиус корпуса ТЭСД, d - расстояние от центра датчика до источника поля);

— ■ ■' ■ " (l - расстояние между точечными зарядами диполя);

в - широтный угол сферический системы координат, отсчитываемый от оси z.

В связи со сложностью аналитического интегрирования выражений в рамках составленной математической модели, расчет был произведен с испс >зо-ванием математического пакета MATH CAD 13.

В результате математического моделирования были получены зависимости погрешности <5 ТЭСД от пространственного диапазона измерения а, ориентации датчика в пространстве ( Д и S - соответственно долготный и широтный углы, задающие положение датчика в пространстве относительно вектора напряженности), конструктивных размеров электродов датчика 9,.

На рис. 1 представлены графические зависимости погрешности датчика, вызванной неоднородностью ЭП от его ориентации в пространстве при постоянном параметре Q и различных значениях долготного Д и широтного 8 углов. Из полученного семейства графиков видно, что худшему угловому положению ТЭСД в ЭП диполя с точки зрения погрешности, соответствует график для 8 = 0". Таким образом, граничными угловыми положениями ТЭСД в пространстве являются начальное положение с координатами S = 0" и Д =0 (когда вектор напряженности равноудален от координатных осей ТЭСД, т.е. направлен вдоль оси датчика) и конечное положение с координатами S =0° и Д = 54,7360 (когда вектор напряженности совпадает с координатной осью одного из электродов ТЭСД).

На рис. 2 представлены графические зависимости погрешности датчика, вызванной неоднородностью ЭП от пространственного диапазона измерения а при различных угловых размерах электродов датчика 9, для граничных угловых положений ТЭСД, соответствующих 8 - (У', Д =0 и S =0", Д = 54,736°. Анализируя полученные графики, можно сделать вывод о том, что меньшая погрешность датчика от неоднородности ЭП при большем пространственном диапазоне возникает в случае, когда размер чувствительного электрода равен 6, =60°. Однако эта погрешность сводится к желаемому минимуму при выборе оптимального углового размера чувствительного электрода. Выбор оптимального углового размера можно осуществлять при помощи рис. 3а, задаваясь погрешностью от неоднородности ЭП О , а с помощью графика, представленного на рис. 3б, можно определить максимальный пространственный диапазон а в рамках которого погрешность от неоднородности не превысит заданного значения. При оптимизации определялись такие углы 91г для которых заданной абсолютной величине погрешности соответствует наибольший пространственный диапазон измерения о . Обобщенные данные, полученные в процессе оптимизации, представлены в табл. 1.

На основании проведенного анализа, можно сделать вывод о том, что свести к минимуму погрешность

Таблица 1

Оптимальные размеры чувствительных электродов датчика 8] при максимальном пространственном диапазоне а для заданной погрешности о

о, % 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

е„ 0 61,18 60,13 59,32 58,68 58,09 57,63 57,18 56,83 56,49 56,20

а 0,44 0,53 0,60 0,66 0,70 0,73 0,77 0,80 0,83 0,85

от неоднородности ЭП можно выбором оптимальных угловых размеров электродов ТЭСД 9, и ограничением пространственного диапазона измерения а.

Библиографический список

1. Бирюков, С.В. Теория и практика построения электроиндукционных датчиков потенциала и напряженности электрического поля// Омский научный вестник, вып. 11. - Омск: ОмГТУ, 2000. - С.89-93.

2. Бирюков, С.В. Анализ работы электроиндукционных сферических датчиков напряженности электрического

поля в полях различной неоднородности // Магнитные и электрические измерения: Межвузов. сб. научн. тр. — Омск. политехн. ин-т, 1983. - с. 3-5.

ТИМОНИНА Евгения Викторовна, инженер кафедры «Информационно-измерительная техника». БИРЮКОВ Сергей Владимирович, доктор технических наук, профессор кафедры «Информационно-измерительная техника».

Дата поступления статьи в редакцию: 28.11.2007 г. © Тимонина Е.В., Бирюков С.В.

Книжная полка

681.2/Р60

Родионов, М. Г. Проектирование приборов и систем [Текст]: учеб. пособие для вузов по направлению под-гот. бакалавров 200100 "Приборостроение" и специальности 200106 "Информационно-измерительная техника и технологии" / М. Г. Родионов, А. В. Михайлов, К. Р. Сайфутдинов; ОмГТУ. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. - 168 с.: рис., табл. - Библиогр.: с. 166. - ISBN 5-8149-0404-6.

Приводятся развернутые теоретические сведения и практические рекомендации, связанные с изучением студентами дисциплины, соответствующей государственному образовательному стандарту ВПО по направлению 200100.62 "Приборостроение" и специальности 200106 "Информационно-измерительная техника и технологии". Пособие предназначено студентам, обучающимся по направлению 200100.62 «Приборостроение» и специальности 200106 «Информационно-измерительная техника и технологии», а также студентам других специальностей, изучающим дисциплину «Основы проектирования приборов и систем».

621.317/Н63

Николаева, Е. В. Физические основы получения информации: Измерительные преобразователи. Принципы измерения физических величин [Текст]: учеб. пособие / Е. В. Николаева, В. В. Макаров; ОмГТУ. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. - 96 с.: рис. - Библиогр.: с. 96.

В данном учебном пособии рассматривается два раздела дисциплины: "Измерительные преобразователи" и "Принципы измерения физических величин".

В первом разделе пособия описываются наиболее распространенные виды преобразователей, применяемые в промышленности и приборостроении. Основное внимание уделяется принципам действия, характеристикам, особенностям построения, погрешностям, достоинствам и недостаткам измерительных преобразователей. Во втором разделе пособия изучаются принципы измерения наиболее встречающихся величин, в основном неэлектрических.

681.2/С14

Сайфутдинов, К. Р. Конструирование и технологии средств ИИТ [Текст]: учеб. пособие для вузов по направлению подгот. 200100 "Приборостроение" и специальности 200106 "Информационно-измерительная техника и технологии" / К. Р. Сайфутдинов, А. В. Михайлов; ОмГТУ. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. - 91, [1] с.: рис., табл. - ISBN 5-8149-0433-Х.

Приведены общие сведения о намоточных элементах и узлах средств ИИТ, в частности о высокочастотных катушках индуктивности и трансформаторах низкой частоты. Даны основные формулы для их электрического и конструктивного расчета. Рассмотрены вопросы обеспечения тепловых режимов средств ИИТ, приведена методика расчета теплоотводов для мощных полупроводниковых приборов. Изложены вопросы конструирования и производства печатных плат средств ИИТ, дана методика расчета элементов печатных плат.

По вопросам приобретения: (3812) 65-23-69 E-mail: libdirector@omgtu.ru