直流电场强度检测仪所测场强的修正方法及系统与流程

1.本发明涉及电场强度检测技术领域，具体地说一种直流电场强度检测仪所测场强的修正方法及系统。


背景技术：

2.电场强度是评估直流输电线路附近电磁环境的重要指标。直流输电线路位于温度、湿度、空气颗粒物浓度等气象条件多变的室外环境，这为直流电场强度的精确测量带来了较大困难。
3.现阶段常用的直流电场强度检测仪为场磨式直流场强检测仪，其工作原理如下：场磨式直流场强检测仪的探头由一个可以旋转的金属屏蔽叶片和一个固定的金属感应叶片组成，在测量直流场强时，屏蔽叶片高速旋转，感应叶片在直流电场中的暴露面积发生周期性变化，使得感应叶片表面聚集的感应电荷量也发生周期性变化，从而产生交变感应电流信号；通过检测相应信号即可确定直流电场强度。由于直流场强检测仪的探头含较多金属部件，环境温度变化会导致改变金属电阻率，进而影响电场强度测定结果。环境相对湿度变化也会影响直流电场强度测定结果。已有研究表明，当直流电场强度检测仪所处环境的相对湿度大于80％时，电场测定误差可达30％，且测定误差随相对湿度的增大而增大。此外，电场暴露会导致空气颗粒物(如pm10)带电，采用直流电场强度检测仪测定电场强度时会导致带电颗粒物吸附于金属探头，进而对场强的测量精度造成影响。
4.为对电场测量装置所测电场强度进行修正，公开号为cn112540240a的专利公开了一种用于电场强度测量的温度补偿系统及方法，其通过实测湿度、温度和场强，构建湿度与温度间的第一方程和场强与湿度间的第二方程，结合第一和第二方程构建场强与温度间的关系方程，从而实现对电场强度的温度补偿。然而，现有直流电场强度检测仪的场强修正方法尚未考虑环境空气颗粒物浓度对场强测量的影响。因此，有必要提出一种直流电场强度检测仪所测场强的修正方法及系统，降低环境湿度、温度、空气颗粒物浓度对直流场强测定结果的影响。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种直流电场强度检测仪所测场强的修正方法及系统，其可解决现有技术中环境相对湿度、温度、空气颗粒物浓度对直流电场强度检测仪的场强测量影响较大的问题，以提高直流场强测量精度。
6.为实现上述目的，本发明采用的一种技术方案为：直流电场强度检测仪所测场强的修正方法，其包括：
7.采用直流电场强度检测仪测定所处检测环境的电场强度；
8.获取直流电场强度检测仪所处检测环境的相对湿度、温度和空气颗粒物浓度；
9.根据事先获取的不同相对湿度、温度和空气颗粒物浓度下的场强修正量，以及所处检测环境的相对湿度、温度和空气颗粒物浓度，得到检测环境对应的场强修正量，对直流
电场强度检测仪所测的电场强度进行修正，得到检测环境中的实际场强。
10.进一步地，所述的事先获取的不同相对湿度、温度和空气颗粒物浓度下的场强修正量，其通过以下步骤得到：
11.1)将直流电场强度检测仪放置于平行极板直流电场发生装置的下极板中心处，直流电场场强检测仪的探头距下极板高度为h；所述的平行极板直流电场发生装置包括高压直流电源和上、下极板，在平行极板直流电场发生装置的上极板施加直流电压u，下极板接地，使上、下极板间产生稳定的匀强电场；
12.2)将所述的平行极板直流电场发生装置放置在相对湿度、温度和空气颗粒物浓度均可调的密封容器内；
13.3)固定密封容器中的温度t1和空气颗粒物浓度p1，将密封容器内相对湿度分别设置为h1、h2、h3…hi
，i为不同相对湿度的编号，分别记录不同相对湿度hi下直流电场强度检测仪的场强读数e
i11
；
14.4)保持步骤3)中的空气颗粒物浓度p1，将密封容器内温度分别设置为t2、t3、t4…
tj，j为不同温度的编号，在不同温度tj下，将相对湿度分别设置为h1、h2、h3…hi
，分别记录不同相对湿度hi、不同温度tj下直流电场强度检测仪的场强读数e
ij1
；
15.5)将步骤4)中的空气颗粒物浓度分别设置为p2、p3、p4…
pk，k为不同空气颗粒物浓度的编号，在不同空气颗粒物浓度下，重复步骤4)，分别记录不同相对湿度hi、不同温度tj、不同空气颗粒物浓度pk下直流电场强度检测仪的场强读数e
ijk
；
16.6)将密封容器中的相对湿度设为标准相对湿度，温度设为常温，空气颗粒物浓度设为0，记录直流电场强度检测仪的场强读数e
标
；
17.7)根据δw
ijk
＝e
ijk-e
标
，即计算得到不同相对湿度、温度和空气颗粒物浓度下的场强修正量δw
ijk
。
18.更进一步地，步骤1)所述的平行极板直流电场发生装置，其上、下极板均是直径为d的圆形极板，极板厚度为h0，两块极板间的距离为d，其中，满足d/d＜0.5。
19.更进一步地，步骤1)所述的相对湿度、温度和空气颗粒物浓度均可调的密封容器，容器内温度和相对湿度通过温湿度控制器进行调控，所述温湿度控制器除必要金属部件外，其余部分均由塑料制成，且远离平行极板直流电场发生装置。
20.更进一步地，步骤1)所述的密封容器为由亚克力板制成的矩形容器，所述的相对湿度、温度和空气颗粒物浓度均可调的密封容器，容器内空气颗粒物浓度控制方法如下：密封容器的上顶面设一个可加盖封闭的开孔，通过该开孔，将质量为mk、粒径为d0的塑料颗粒倒入密封容器；当塑料颗粒均匀悬浮于空气时，容器内空气颗粒物浓度根据pk＝mk/(abc)计算得到，k为不同空气颗粒物浓度的编号，a、b、c分别为密封容器的长、宽、高。
21.再进一步地，由于密封容器内的塑料颗粒难以完全清除，为提高容器内空气颗粒物浓度的设置精度，容器内空气颗粒物浓度应从低浓度依次设置到高浓度，即：在容器内空气颗粒物浓度为pk的基础上，添加质量为δm的塑料颗粒，使容器内空气颗粒物浓度设置为p
k 1
，p
k 1
＝pk δm/(abc)。
22.更进一步地，密封容器内塑料颗粒均匀悬浮于空气的实现方法如下：密封容器的下底面和上顶面分别布设2个规格相同的风扇，以时间间隔δt为周期、间断性启动风扇，每次风扇启动的持续时间为δt，δt＜δt；风扇启动期间，4个风扇的叶片均保持相同且较低
的转速，使容器内空气以小于2m/s的速度流动，设定直流电场强度检测仪的场强检测时间间隔，使读取电场强度的时刻位于风扇未启动期间。
23.进一步地，所述检测环境中实际场强的确定方法如下：检测环境中，直流电场强度检测仪测得所处检测环境的电场强度为e
read
；检测环境相对湿度、温度和空气颗粒物浓度下的场强修正量为δw；根据e
actual
＝e
read-δw，即计算得到所述检测环境中的实际场强e
actual
。
24.本发明采用的另一种技术方案为：直流电场强度检测仪所测场强的修正系统，其包括：
25.电场强度检测单元，采用直流电场强度检测仪测定所处检测环境的电场强度；
26.影响因素获取单元，获取直流电场强度检测仪所处检测环境的相对湿度、温度和空气颗粒物浓度；
27.电场强度修正单元，根据事先获取的不同相对湿度、温度和空气颗粒物浓度下的场强修正量，以及检测环境的相对湿度、温度和空气颗粒物浓度，得到检测环境相对湿度、温度和空气颗粒物浓度下的场强修正量，对直流电场强度检测仪所测的电场强度进行修正，得到检测环境中的实际场强。
28.与现有技术相比，本发明具有的有益效果在于：
29.本发明提供的一种直流电场强度检测仪所测场强的修正方法及系统，可降低检测环境相对湿度、温度、空气颗粒物浓度对直流场强测定结果的影响，提高直流电场强度检测仪在不同相对湿度、空气颗粒物浓度等环境条件下的场强测量精度。
附图说明
30.图1为本发明实施例中计算不同相对湿度、温度和空气颗粒物浓度下场强修正量的流程示意图；
31.图2为本发明实施例中平行极板直流电场发生装置和密封容器的结构示意图；
32.图2中标记为：1、平行极板；2、高压直流电源；3、导线；4、有机玻璃支架；5、密封容器；6、带盖开孔；7、温湿度控制器；8、风扇；9、直流电场强度检测仪探头。
具体实施方式
33.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.实施例1
35.本实施例对某待测电场的场强测定结果(场强测定结果小于50kv/m)进行修正。
36.所述的一种直流电场强度检测仪所测场强的修正方法，包括以下步骤：
37.s101，采用直流电场强度检测仪测定所处检测环境的电场强度，所用直流电场强度检测仪可用场磨式直流电场强度检测仪；
38.s102，测定直流电场强度检测仪所处检测环境的温度、相对湿度和空气颗粒物浓度。其中，温度和相对湿度可采用温湿度检测仪进行测定，空气颗粒物浓度可采用粉尘浓度
检测仪进行测定；
39.s103，将检测环境中直流电场强度检测仪所测得的电场强度(即步骤s101测得的数据)记为e
read
；根据事先获取的不同相对湿度、温度和空气颗粒物浓度下的场强修正量，以及所处检测环境的相对湿度h、温度t和空气颗粒物浓度p(即步骤s102测得的数据)，得到所处检测环境的场强修正量δw；根据e
actual
＝e
read-δw，即可计算所检测环境中的实际场强e
actual
。
40.参见图2，本实施例的s103中不同相对湿度、温度和空气颗粒物浓度下的场强修正量按以下步骤计算：
41.s201，将直流电场强度检测仪放置于平行极板直流电场发生装置的下极板中心处，场强检测仪的探头距下极板高度为h。所述的平行极板直流电场发生装置包括高压直流电源和上、下极板。在上极板施加直流电压u
42.(0～50kv)，下极板接地，上、下极板间可产生稳定的匀强电场。
43.具体地，所述的平行极板直流电场发生装置，其两块极板是直径d为1.2m的圆形极板，极板厚度h0为10mm，两块极板间的距离d为0.5m，d/d＜0.5，这可降低上、下两块极板间电场分布的边缘效应，使两极板中心处产生均匀电场。上、下两极板间可用玻璃支架相连接。
44.s202，将平行极板直流电场发生装置放置在相对湿度、温度和空气颗粒物浓度均可调的密封容器内。所述的密封容器是由亚克力板制成的矩形容器(长
×
宽
×
高取3m
×
3m
×
3m)。容器内温度(0～60℃)和相对湿度(10％～90％)通过温湿度控制器进行调控，所述温湿度控制器远离平行极板直流电场发生装置。
45.容器内空气颗粒物如pm10浓度(30～200μg/m3)控制方法如下：在密封容器上顶面设一个可加盖封闭的开孔(孔径为2cm)；通过该开孔，将质量为mk、粒径为10μm的塑料颗粒倒入密封容器；当塑料颗粒均匀悬浮于空气时，容器内pm10浓度即可根据pk＝mk/(abc)计算得到，a、b、c为封闭矩形容器的长、宽、高。由于塑料颗粒倒入密封容器后难以完全清除，在设置pm10浓度p
k 1
时容器内仍可能残留设置浓度pk时的塑料颗粒。为提高pm10浓度的设置精度，容器内pm10浓度应从低浓度依次设置到高浓度，即：在容器内空气颗粒物浓度为pk(k为不同pm10浓度的编号)的基础上，添加质量为δm的塑料颗粒，使容器内pm10浓度设置为p
k 1
，p
k 1
＝pk δm/(abc)，a、b、c为封闭矩形容器的长、宽、高。
46.具体地，为使密封容器内塑料颗粒均匀悬浮于空气，在密封容器下底面和上顶面分别布设2个规格相同的风扇，以时间间隔δt(取1min)为周期、间断性启动风扇，每次风扇启动时间间隔为δt(δt＜δt，δt取20s)。风扇启动期间，叶片均保持相同且较低的转速，使容器内空气缓慢(小于2m/s)流动。设置直流电场强度检测仪的场强测量时间间隔，每隔30s读取电场强度，在读取电场强度时风扇未启动，这可避免吹风将原本吸附于金属探头上的带电塑料颗粒吹落，影响场强修正结果。所述风扇除通电所需的金属部件外，其叶片、外壳等均由塑料制成，这可降低风扇的金属部件对两极板间电场的影响。
47.s203，固定密封容器内的温度t1和pm10浓度p1(用于构建场强修正模型的最小pm10浓度，取30μg/m3)，将容器中相对湿度分别设置为h1、h2、h3…hi
，i为不同相对湿度的编号。相对湿度调控范围为10％～90％。分别记录不同相对湿度hi下直流电场强度检测仪的场强读数e
i11
。
48.s204，固定密封容器内的pm10浓度p1，将容器内温度分别设置为t2、t3、t4…
tj，j为不同温度的编号。温度调控范围为0～60℃。在不同温度tj下，将相对湿度分别设置为h1、h2、h3…hi
，i为不同相对湿度的编号。分别记录不同相对湿度hi、不同温度tj下直流电场强度检测仪的场强读数e
ij1
。
49.s205，将密封容器内的pm10浓度分别设置为p2、p3、p4…
pk，k为不同pm10浓度的编号。pm10浓度调控范围为30～200μg/m3。在不同的pm10浓度下，重复步骤s204。分别记录不同相对湿度hi、不同温度tj、不同pm10浓度pk下的电场强度e
ijk
，i、j、k分别为不同相对湿度、不同温度、不同pm10浓度的编号。
50.s206，将密封容器中的相对湿度设为标准相对湿度(50％)，温度设为常温(23℃)，空气颗粒物浓度设为0，记录直流电场强度检测仪的场强读数e
标
。
51.s207，根据δw
ijk
＝e
ijk-e
标
，即可计算不同湿度、温度和空气颗粒物浓度下的场强修正量δw
ijk
。
52.参见图2，本实施例的平行极板直流电场发生装置和密封容器，包括：平行极板1(包括上、下极板)、高压直流电源2、导线3、有机玻璃支架4、密封容器5、带盖开孔6、温湿度控制器7、风扇8、直流电场强度检测仪探头9。通过高压直流电源在上极板施加直流电压，使上、下极板间产生匀强直流电场。在密封容器内，采用温湿度控制器调控容器内的温度和相对湿度。通过密封容器上的带盖开孔，往密封容器内倒入质量和粒径(如10μm)确定的塑料颗粒，通过启动容器内的风扇，使容器中的塑料颗粒均匀悬浮于空气中，容器内空气颗粒物(如pm10)浓度可通过改变所加入塑料颗粒的质量进行调控。
53.实施例2
54.本实施例提供一种直流电场强度检测仪所测场强的修正系统，其包括：
55.电场强度检测单元，采用直流电场强度检测仪测定所处检测环境的电场强度；
56.影响因素获取单元，获取直流电场强度检测仪所处检测环境的相对湿度、温度和空气颗粒物浓度；
57.电场强度修正单元，根据事先获取的不同相对湿度、温度和空气颗粒物浓度下的场强修正量，以及检测环境的相对湿度、温度和空气颗粒物浓度，得到检测环境相对湿度、温度和空气颗粒物浓度下的场强修正量，对直流电场强度检测仪所测的电场强度进行修正，得到检测环境中的实际场强。
58.电场强度修正单元的修正步骤如下：
59.1)将直流电场强度检测仪放置于平行极板直流电场发生装置的下极板中心处，直流电场场强检测仪的探头距下极板高度为h；所述的平行极板直流电场发生装置包括高压直流电源和上、下极板，在平行极板直流电场发生装置的上极板施加直流电压u，下极板接地，使上、下极板间产生稳定的匀强电场；
60.2)将所述的平行极板直流电场发生装置放置在相对湿度、温度和空气颗粒物浓度均可调的密封容器内；
61.3)固定密封容器中的温度t1和空气颗粒物浓度p1，将密封容器内相对湿度分别设置为h1、h2、h3…hi
，i为不同相对湿度的编号，分别记录不同相对湿度hi下直流电场强度检测仪的场强读数e
i11
；
62.4)保持步骤3)中的空气颗粒物浓度p1，将密封容器内温度分别设置为t2、t3、t4…
tj，j为不同温度的编号，在不同温度tj下，将相对湿度分别设置为h1、h2、h3…hi
，分别记录不同相对湿度hi、不同温度tj下直流电场强度检测仪的场强读数e
ij1
；
63.5)将步骤4)中的空气颗粒物浓度分别设置为p2、p3、p4…
pk，k为不同空气颗粒物浓度的编号，在不同空气颗粒物浓度下，重复步骤4)，分别记录不同相对湿度hi、不同温度tj、不同空气颗粒物浓度pk下直流电场强度检测仪的场强读数e
ijk
；
64.6)将密封容器中的相对湿度设为标准相对湿度，温度设为常温，空气颗粒物浓度设为0，记录直流电场强度检测仪的场强读数e
标
；
65.7)根据δw
ijk
＝e
ijk-e
标
，即计算得到不同相对湿度、温度和空气颗粒物浓度下的场强修正量δw
ijk
。参见图2，本实施例的平行极板直流电场发生装置和密封容器，包括：平行极板1(包括上、下极板)、高压直流电源2、导线3、有机玻璃支架4、密封容器5、带盖开孔6、温湿度控制器7、风扇8、直流电场强度检测仪探头9。通过高压直流电源在上极板施加直流电压，使上、下极板间产生匀强直流电场。在密封容器内，采用温湿度控制器调控容器内的温度和相对湿度。通过密封容器上的带盖开孔，往密封容器内倒入质量和粒径(如10μm)确定的塑料颗粒，通过启动容器内的风扇，使容器中的塑料颗粒均匀悬浮于空气中，容器内空气颗粒物(如pm10)浓度可通过改变所加入塑料颗粒的质量进行调控。
66.所述的平行极板直流电场发生装置，其上、下极板均是直径为d的圆形极板，极板厚度为h0，两块极板间的距离为d，其中，满足d/d＜0.5。
67.所述的相对湿度、温度和空气颗粒物浓度均可调的密封容器，容器内温度和相对湿度通过温湿度控制器进行调控，所述温湿度控制器除必要金属部件外，其余部分均由塑料制成，且远离平行极板直流电场发生装置。
68.所述的密封容器为由亚克力板制成的矩形容器，容器内空气颗粒物浓度控制方法如下：密封容器的上顶面设一个可加盖封闭的开孔，通过该开孔，将质量为mk、粒径为d0的塑料颗粒倒入密封容器；当塑料颗粒均匀悬浮于空气时，容器内空气颗粒物浓度根据pk＝mk/(abc)计算得到，k为不同空气颗粒物浓度的编号，a、b、c分别为密封容器的长、宽、高。
69.由于密封容器内的塑料颗粒难以完全清除，为提高容器内空气颗粒物浓度的设置精度，容器内空气颗粒物浓度应从低浓度依次设置到高浓度，即：在容器内空气颗粒物浓度为pk的基础上，添加质量为δm的塑料颗粒，使容器内空气颗粒物浓度设置为p
k 1
，p
k 1
＝pk δm/(abc)。
70.密封容器内塑料颗粒均匀悬浮于空气的实现方法如下：密封容器的下底面和上顶面分别布设2个规格相同的风扇，以时间间隔δt为周期、间断性启动风扇，每次风扇启动的持续时间为δt，δt＜δt；风扇启动期间，4个风扇的叶片均保持相同且较低的转速，使容器内空气以小于2m/s的速度流动，设定直流电场强度检测仪的场强检测时间间隔，使读取电场强度的时刻位于风扇未启动期间。
71.所检测环境中实际场强的确定方法如下：根据检测环境的相对湿度、温度和空气颗粒物浓度(即影响因素获取单元获取的数据)，由电场强度修正单元的修正步骤7)得到检测环境相对湿度、温度和空气颗粒物浓度下的场强修正量δw，根据e
actual
＝e
read-δw，
72.式中，e
read
为直流电场强度检测仪测得所处检测环境的电场强度(即电场强度检测单元获取的数据)，即计算得到所述检测环境中的实际场强e
actual
。