Es gibt prinzipiell 2 Methoden das elektrostatische Feld zu messen:

- Die Potentialsonden, welche Potentialdifferenzen messen;
- Die Influenzsonden, welche die Feldstärke mit der Flächenladungsdichte messen;

Das elektrische Feld wird hier durch die Messung einer Potentialdifferenz bestimmt.
Um das Potential an einem bestimmten Ort im Feld zu bestimmen, bringt man einen leitenden Körper (z.B. eine Kugel oder einen Draht) in das Feld. Diesen verbindet man leitend mit einem statischen Voltmeter (Elektrometer). Durch Influenz- und Eigenladung verändert der Leiter jedoch den ursprünglichen Feldlinienverlauf. Das Elektrometer wird einen Wert des Potentials anzeigen, der geringer ist als der des ungestörten Feldes. Durch Ionen der Luft können die Ladungen auf dem Leiter fort getragen werden, bis dieser das ungestörte, höhere Potential angenommen hat. Indem man die Ionenkonzentration durch eine Flamme oder einen radioaktiven Strahler erhöht, wird dieser Ladungstransport beschleunigt.

Die elektrische Feldstärke wird hier durch folgende Methode ermittelt:
Misst man mit der Anordnung entlang der Feldlinien an zwei Orten das Potential und ermittelt den Abstand d der Messpunkte, so kann die Feldstärke berechnet werden.

Erläuternde Darstellung

Bei Messungen elektrostatischer Felder in der Atmosphäre, wird man das Erdpotential als Nullpotential annehmen. Dadurch spart man sich den zweiten Messpunkt.
Für Dauermessungen im Freien ist die Potentialsondenmethode sicher ungeeignet. Auch die dauerhafte Spannungs- bzw. Ladungsmessung wäre schwer zu realisieren.

Diese Messung macht sich den Zusammenhang zwischen der Feldstärke E und der durch Influenz hervorgerufenen Flächenladungsdichte s zu Nutzen.

Die Grundgleichung des elektrischen Feldes lautet:

Die messtechnische Umsetzung wird an dem Prinzip der "Wilson-Platten" deutlich :

Ein elektrisches Feld bewirkt influenzierte Flächenladungen auf der Erde.
Wenn man eine flache Metallplatte auf die Erdoberfläche legt und sie erdet, treten auf ihr ebenfalls Flächenladungen auf - je nach Richtung des Feldes positive oder negative.

Wenn diese Platte mit einer anderen geerdeten Platte zugedeckt wird, so treten die Ladungen auf der oberen Platte auf und die Ladungen auf der ersten Platte fließen zur Erde ab (Abb. unten). Das Feld wird quasi durch die obere Platte abgeschirmt. Wenn man nun diese abfließenden Ladungen mißt, so kann man auf die vorher vorhandene Flächenladungsdichte schließen und so das Feld berechnen.

Dieses Messprinzip wurde nun weiter verbessert und automatisiert. Die meist verwendete Variante ist die sog. "Feldmühle".

Bei der Feldmühle wird das Feld durch ein geerdetes Flügelrad, welches sich kreisförmig über der Messplatte dreht, periodisch abgeschirmt und auf die Messplatte durchgelassen.

Die influenzierte Ladungsdichte auf der Messplatte schwankt nun zwischen 0 und der maximalen Flächenladung. Sie ist in Amplitude und Vorzeichen dem Feld proportional. Die auf- und abfließenden Ladungen leitet man über einen möglichst hohen Widerstand RL gegen Masse ab und erhält hierdurch eine Wechselspannung U, die wiederum in der Amplitude der Feldstärke proportional ist. Die Frequenz der Wechselspannung entspricht der Umdrehungsgeschwindigkeit des Flügelrades. Die Energie, welche zur Signalauswertung benötigt wird, stammt aus der Bewegungsenergie des Flügelrades. Somit wird dem E-Feld durch die Messanordnung keine Energie entzogen. Ein Vorteil der Influenzmethode gegenüber der Potentialmethode ist dadurch geben, dass nun statt einer Gleichspannung eine Wechselspannung als Signal vorliegt und diese sehr viel besser verstärkt und weiterverarbeitet werden kann.

Rotiert das Flügelrad mit der Drehzahl n und hat es m Flügel der Gesamtfläche A, so ist im Kurzschlussfall die auf dem Messplatten influenzierte Ladung q(t) eine Dreiecksfunktion der Zeit mit der Frequenz mn und der Amplitude

D steht hier für den "elektrostatischen Durchgriff", welcher für die Abschwächung des realen Feldes durch das Elektrodensystems (z.B. Flügelrad oder Gehäuse) steht und mit D<1 angenommen werden kann.

Der über den Messwiderstand RL der Messelektronik fließende "Kurzschlussstrom"

ist rechteckförmig mit der Amplitude:

Der Kurzschlussfall liegt vor, wenn