Еталон напруженості електричного поля на частотах до 30 МГц

В основі еталона лежить метод еталонного поля [23]. Еталонне поле створюється між обкладинками плоского конденсатора, що відіграє роль перетворювача змінної напруги в напруженість електричного поля. Відстань між пластинами, їхня площа і форма вибираються такими, щоб забезпечити зону однорідного поля достатнього розміру для розміщення антен, що калібруються. Електричне поле конденсатора може бути розраховане з достатньою точністю. Відомо, що напруженість поля між нескінченними пластинами плоского конденсатора дорівнює

, В/м,

де –напруга між пластинами; –відстань між ними.

Для конденсатора обмежених розмірів цей вираз є справедливим лише для ділянок поля, досить віддалених від краю пластин конденсатора, де поле можна вважати однорідним. Для більш точних розрахунків користуються формулою

,

де – коефіцієнт, що враховує так званий крайовий ефект і дозволяє приводити показання термовольметра, що вимірює напругу на краях пластин, до центра, де існує область еталонного поля;– коефіцієнт, що враховує частотну залежність показань вимірювача напруги (термовольтметра). Даний коефіцієнт характеризує нееквівалентність теплової дії постійного і змінного струму, про що докладно говорилося при розгляді еталона змінної напруги.

Спрощену структурну схему еталона наведено на рис. 6.12.

Еталонний конденсатор збуджується шляхом подачі на його пластини ВЧ сигналу генератора через трансформатор симетрії. Напруга на пластинах конденсатора вимірюється термовольтметром (термоперетворювач з прецизійним вольтметром постійного струму). Частотний коефіцієнт термовольтметра визначається за допомогою чвертьхвильової лінії і зразкового вольтметра. Значення знаходять експериментально шляхом вимірювання розподілу напруженості поля конденсатора відносно його центра (за допомогою допоміжного вольтметра з ковзними контактами або сферичної антени). Відстань між пластинами в еталоні Росії становить 0,5 м, її незмінність контролюється спеціальним нутроміром.

Діаметр пластин конденсатора вибирається виходячи з мінімуму крайових ефектів у зоні розміщення антени-переносника, про яку мова йтиме нижче. В еталоні Росії (рис. 6.12, 6.13) він становить 1м.

Рис 6.13. Державний спеціальний еталон одиниці напруженості електричного поля на основі екранованого конденсатора

Невилучена систематична похибка відтворення напруженості поля в центрі конденсатора включає такі складові:

- похибку визначення коефіцієнтів і (близько 1·10^-2 і 5·10^-3 відповідно);

- похибку термовольтметра (близько 5·10^-3 );

- похибку визначення значення (близько 2·10^-4 );

- похибку, пов’язану з впливом навколишніх предметів (близько 2·10^-3) і невідповідністю конденсатора ідеальній моделі (близько 1·10^-3).

Результуюча НСП при довірчій імовірності 0,99 становить приблизно 1·10^-2 (на частоті 30 МГц). На більш низьких частотах НСП має тенденції до зменшення, CКО оцінюється значенням 5·10^-3. Діапазон напруженості електричного поля становить 0,2 – 20 В/м.

Передача розміру одиниці напруженості вторинному і робочому еталонам здійснюється за допомогою згаданої вище антени-переносника. Вона являє собою настроєний у резонанс електричний диполь у сукупності з прецизійним вимірювачем напруги (термовольтметром).

Передача розміру одиниці здійснюється на кількох фіксованих частотах (п’яти − семи), причому антени-переносники виготовляються на кожну з цих частот. Процедура передачі полягає у використанні методу заміщення. Антену розташовують у полі конденсатора первинного еталона і відзначають показ її термовольтметра. Потім антену-переносник поміщають у поле еталона, що атестується, і регулюванням напруги останнього встановлюють ті ж показання термовольтметра, що були у полі первинного еталона. При цьому напруженості полів обох еталонів рівні.

Передача розміру одиниці супроводжується такими похибками:

- частотною похибкою термовольтметра (близько 3·10^-3);

- неточністю установки антени-переносника у вимірюване поле (3·10^-3) і нестабільністю антени за час вимірювання (2·10^-3);

- впливом антени-переносника на поле, у яке вона встановлена (порядку 1·10^-3).

Сумарна похибка (СКВ) передачі оцінюється значенням 5·10^-3.