izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2022-9-52-56izmertech-1636Research ArticleЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯELECTROMAGNETIC MEASUREMENTSЭлектрическое поле симметрично возбуждаемого экранированного конденсатора с дополнительными электродамиElectric field of a symmetrically excited shielded capacitor with additional electrodeshttps://orcid.org/0000-0001-6559-5170ТищенкоВ. А.TishchenkoV. A.

Владимир Александрович Тищенко

 г. п. Менделеево, Московская обл.

Vladimir A. Tishchenko

Mendeleevo, Moscow region

otd200@vniiftri.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1564-5701ЛукьяновВ. А.LukyanovV. I.

Волемир Игоревич Лукьянов

 г. п. Менделеево, Московская обл.

 Volemir I. Lukyanov

Mendeleevo, Moscow region

lab204@vniiftri.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6724-2819СмирновА. А.SmirnovA. A.

 Алексей Александрович Смирнов

 г. п. Менделеево, Московская обл.

 

 Alexey A. Smirnov

Mendeleevo, Moscow region

smirnov_aa@vniiftri.ruВсероссийский научно-исследовательский физико-технических и радиотехнических измеренийРоссияRussian Metrological Institute of Technical Physics and Radio Engineering MeasurementsRussian Federation202219052023095256Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1636

Основным элементом эталонной полеобразующей системы Государственного первичного эталона единицы напряжённости электрического поля в диапазоне частот от 0 до 20 кГц ГЭТ 158-2020 является эталонный преобразователь, состоящий из экранированного конденсатора с плоскими круглыми пластинами и дополнительными электродами, подключаемыми к источнику напряжения переменного или постоянного тока. В связи с утверждением эталона в указанном составе и изменением схемы питания эталонной полеобразующей системы с несимметричной на симметричную максимальное значение воспроизводимой эталоном напряжённости увеличено с 2000 до 4000 В/м и повышена точность её воспроизведения и передачи. Для случая симметричного питания потребовалось вывести уравнение измерений, связывающее воспроизводимую величину и входные параметры эталонного преобразователя (напряжение, геометрические размеры). Представлен вывод уравнения измерений эталонного преобразователя, возбуждаемого симметричным напряжением, полученный в результате решения электростатической задачи с симметричными краевыми условиями для потенциала электродов. Найдены оптимальные значения напряжений, подаваемых на дополнительные электроды, с целью получения максимальной однородности электрического поля в области центра преобразователя. Показано, что неоднородность поля для конкретной реализации экранированого конденсатора составляет не более 0,1 %. Полученные результаты могут использоваться в области метрологии постоянных и переменных электрических полей при разработке эталонных источников электрического поля и рабочих эталонов

The main element of the reference field-forming system of the State primary standard of the unit of electric field strength in the frequency range from 0 to 20 kHz GET 158-2020 is a reference converter consisting of a shielded capacitor with flat round plates and additional electrodes connected to an AC or DC voltage source. Due to the approval of the standard in the specified composition and the change in the power supply scheme of the reference field-forming system from symmetric to symmetrical, the maximum value of the voltage reproduced by the standard has been increased from 2000 to 4000 V/m and the accuracy of its reproduction and transmission has been increased. For the case of symmetrical power supply, it was necessary to derive a measurement equation linking the reproducible value and the input parameters of the reference converter (voltage, geometric dimensions). The derivation of the measurement equation of a reference converter excited by a symmetric voltage is presented, obtained as a result of solving an electrostatic problem with symmetric boundary conditions for the potential of the electrodes. Optimal values of the voltages applied to the additional electrodes are found in order to obtain maximum uniformity of the electric field in the area of the center of the converter. It is shown that the inhomogeneity of the field for a specific implementation of a shielded capacitor is no more than 0.1 %. The results obtained can be used in the fi eld of metrology of constant and variable electric fields in the development of reference sources of electric field and working standards.

электрическое поленапряженность поляэлектрический потенциалплоский конденсаторэталоннеоднородность поляelectric fieldfield strengthelectrical potentialflat capacitorstandardununiformity of the fieldReferencesZtoupis I. N., Gonos I. F., Stathopulos I. A., Radiation Protection Dosimetry, 2013, vol. 1 57, iss. 1, рр. 11–21. https://doi.org/10.1093/rpd/nct122Ztoupis I. N., Gonos I. F., Stathopulos I. A., Radiation Protection Dosimetry, 2013, vol. 157, iss. 1, рр. 11–21. https://doi.org/10.1093/rpd/nct122Bottausci o O. et al., IEEE Transactions on I nstrumentation and Measurement, 2013, vol. 62, no. 6, pp. 1436–1442. https://doi.org/10.1109/TIM.2012.2230812Bottauscio O. et al., IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2013, vol. 62, no. 6, pp. 1436–1442. https://doi.org/10.1109/TIM.2012.2230812Patil S. M., Petkov P. Z., Bonev B. G., A review on recent antenna designing techniques for electromagnetic compatibility (EMC) test, Sixth International Scientifi c Conference “Engineering, Technologies and Systems” TECHSYS 2017, Plovdiv, Bulgaria, 18–20 May, 2017.Patil S. M., Petkov P. Z., Bonev B. G., A review on recent antenna designing techniques for electromagnetic compatibility (EMC) test, Sixth International Scientifi c Conference “Engineering, Technologies and Systems” TECHSYS 2017, Plovdiv, Bulgaria, 18–20 May, 2017.Guanghua Li, David Pommerenke and Jin Min, IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility & Signal/Power Integrity (EMCSI), 7–11 August 2017, Washington, DC, USA, pp. 498–503. https://doi.org/10.1109/ISEMC.2017.8077921Guanghua Li, David Pommerenke and Jin Min, IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility & Signal/Power Integrity (EMCSI), 7–11 August 2017, Washington, DC, USA, pp. 498–503. https://doi.org/10.1109/ISEMC.2017.8077921Бузинов В. С. Эталонные измерения параметров радиочастотного электромагнитного поля: Сборник научных трудов / Под общ. ред. д. т. н., проф. С. И. Донченко. Менделеево: ВНИИФТРИ, 2019. 260 с.Buzinov V. S., Etalonnye izmereniya parametrov radiochastotnogo elektromagnitnogo polya [Reference measurements of radio frequency electromagnetic fi eld parameters], collection of scientifi c papers, ed. Doctor of Technical Sciences, prof. S. I. Donchenko, Mendeleevo, VNIIFTRI, 2019, 260 p. (In Russ.)Лукашкин В. Г., Булатов М. Ф. Эталоны и стандартные образцы в измерительной технике. Электрорадиоизмерения. М.: ТЕХНОСФЕРА, 2018. С. 271–277.Lukashkin V. G., Bulatov M. F., E talony i standartnye obrazcy v izmeritel’noj tekhnike. Elektroradioizmereniya [Standards and standard samples in measuring technology. Electrical and radio measurements], Moscow, TECHNOSPHERA Publ., 2018, pp. 271–277. (In Russ.)Пат. РФ № 2553572 С1 / Прядилов А. В., Сабиров Ж. А. // Изобретения. Полезные модели. 2015. № 17.Pat. No. 2553572 RF, Pryadilov A. V., Sabirov Zh. A., Bull. Izobret., 2015 (no. 17). (In Russ.)Бузинов В. С. Образцовая установка для поверки и калибровки малых дипольных антенн // Измерительная техника. 1967. № 6. С. 50–53.Buzinov V. S. Measurement Techniques, 1967, vol. 10, no. 6, pp. 709–712. https://doi.org/10.1007/BF00980665Механников А. И. Метрология в радиоэлектронике: физические основы радиотехнических эталонов: к 55-летию ВНИИФТРИ / Под ред. П. А. Красовского. Менделеево: ВНИИФТРИ, 2009. 174 с.Mekhannikov A. I., Metrologiya v radioelektronike: fi zicheskie osnovy radiotekhnicheskih etalonov: k 55-letiyu VNIIFTRI [Metrology in radio electronics: physical foundations of radio engineering standards: to the 55th anniversary of VNIIFTRI], ed. P. A. Krasovsky, Mendeleevo, VNIIFTRI, 2009, 174 p. (In Russ.)Тищенко B. А., Токатлы В. И., Лукьянов В. И. Теория эталонного экранированного конденсатора // Измерительная техника. 2007. №. 7. С. 37–39.Tishchenko V. A., Tokatly V. I., Luk’yanov V. I., Measurement Techniques, 2007, vol. 50, no. 7, pp. 747–751. https://doi.org/10.1007/s11018-007-0143-yЦырлин Л. Э. Избранные задачи расчёта электрических и магнитных полей. М.: Сов. радио, 1977. С. 319.Tsyrlin L. E., Izbrannye zadachi raschyota elektricheskih i magnitnyh polej [Selected problems of calculation of electric and magnetic fi elds], Moscow, Sov. Radio Publ., 1977, p. 319. (In Russ.)Иоссель Ю. Я. К расчёту электростатического поля плоского конденсатора с учетом краевого эффекта // ЖТФ. 1987. Т. 57. № 2. С. 237–241.Yossel Yu. Ya., Calculation of electrostatic fi elds of the plate capacitor under the boundary eff ect, Zhurnal Tekhnicheskoi Fiziki, 1987, vol. 57, iss. 2, рр. 237–241. (In Russ.)Лебедев H. H. Специальные функции и их приложение. М.: Физматгиз, 1963, 388 с.Lebedev N. N., Special’nye funkcii i ih prilozhenie, Fizmatgiz, 1963, 388 p. (In Russ.)Паринов С. Т., Клезович О. А., Смирнов А. А. Государственный первичный эталон единицы напряжённости электрического поля в диапазоне частот 0–20 кГц ГЭТ 158-2020 // Измерительная техника. 2022. № 4. С. 8–13. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-4-8-13Parinov S. T., Klezovich O. A., Smirnov A. A., State primary standard for electric fi eld strength unit within frequency range 0–20 kHz GET 158-2020, Izmeritel’naya tekhnika, 2022, no. 4, pp. 8–13. (In Russ.) https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-4-8-13

The authors declare that there are no conflicts of interest present.