Prinsip Konstruksi Alat Ukur Tipe Elektrostatik Persamaan Torsi

Prinsip Kerja Alat Jenis Elektrostatik

Seperti namanya, alat jenis elektrostatik menggunakan medan listrik statis untuk menghasilkan torsi defleksi. Jenis alat ini umumnya digunakan untuk mengukur tegangan tinggi, tetapi dalam beberapa kasus dapat digunakan untuk mengukur tegangan dan daya yang lebih rendah pada rangkaian tertentu. Ada dua kemungkinan cara kerja gaya elektrostatik. Kedua kondisi tersebut ditulis di bawah ini,

Konstruksi Alat Jenis Elektrostatik

1. Ketika salah satu pelat diperbaiki dan pelat lainnya bebas bergerak, pelat-pelat tersebut diberi muatan berlawanan agar terjadi gaya tarik antara keduanya. Dengan gaya tarik ini, pelat yang dapat bergerak akan bergerak menuju pelat yang tetap hingga energi elektrostatik yang disimpan mencapai maksimum.

2. Dalam susunan lain, mungkin ada gaya tarik atau tolak, atau keduanya, karena rotasi pelat tertentu.

Persamaan Gaya dan Torsi Alat Jenis Elektrostatik

Sekarang mari kita turunkan persamaan gaya untuk alat jenis elektrostatik linier. Mari kita pertimbangkan dua pelat seperti yang ditunjukkan dalam diagram di bawah ini.

Pelat A bermuatan positif dan pelat B bermuatan negatif. Seperti yang disebutkan di atas, sesuai dengan kemungkinan kondisi (a), kita memiliki gerakan linier antara kedua pelat. Pelat A diperbaiki dan pelat B bebas bergerak. Mari kita asumsikan ada gaya F tertentu antara kedua pelat saat keseimbangan ketika gaya elektrostatik menjadi sama dengan gaya pegas. Pada titik ini, energi elektrostatik yang disimpan dalam pelat adalah

Sekarang misalkan kita meningkatkan tegangan yang diterapkan sebesar dV, akibatnya pelat B bergerak mendekati pelat A sejauh dx. Usaha yang dilakukan melawan gaya pegas karena perpindahan pelat B adalah F.dx. Tegangan yang diterapkan berkaitan dengan arus sebagai

Dari nilai arus listrik ini, energi input dapat dihitung sebagai

Dari sini kita dapat menghitung perubahan energi yang disimpan dan hasilnya adalah

Dengan mengabaikan suku-suku orde tinggi yang muncul dalam ekspresi. Sekarang dengan menerapkan prinsip konservasi energi, kita memiliki energi input ke sistem = peningkatan energi yang disimpan dalam sistem + usaha mekanik yang dilakukan oleh sistem. Dari sini kita dapat menulis,

Dari persamaan di atas, gaya dapat dihitung sebagai

Sekarang mari kita turunkan persamaan gaya dan torsi untuk alat jenis elektrostatik putar. Diagram ditunjukkan di bawah ini,

Untuk menemukan ekspresi torsi defleksi dalam kasus alat elektrostatik putar, cukup ganti F dengan Td dan dx dengan dA dalam persamaan (1). Sekarang menulis ulang persamaan yang dimodifikasi, kita memiliki torsi defleksi sama dengan

Sekarang pada keadaan stabil, torsi kontrol diberikan oleh ekspresi Tc = K × A. Defleksi A dapat ditulis sebagai

Dari ekspresi ini, kita menyimpulkan bahwa defleksi jarum secara langsung proporsional dengan kuadrat dari tegangan yang diukur, sehingga skala akan tidak merata. Mari kita sekarang membahas tentang Quadrant electrometer. Alat ini umumnya digunakan untuk mengukur tegangan mulai dari 100V hingga 20 kilovolt. Lagi-lagi, torsi defleksi yang diperoleh dalam Quadrant electrometer secara langsung proporsional dengan kuadrat dari tegangan yang diterapkan; salah satu keuntungan dari ini adalah alat ini dapat digunakan untuk mengukur tegangan AC maupun DC. Salah satu keuntungan menggunakan alat jenis elektrostatik sebagai voltmeter adalah kita dapat memperluas rentang tegangan yang diukur. Ada dua cara untuk memperluas rentang alat ini. Kita akan membahasnya satu per satu.

(a) Dengan menggunakan pembagi potensial resistansi: Berikut adalah diagram rangkaian konfigurasi ini.

Tegangan yang ingin kita ukur diterapkan pada total resistansi r dan kapasitor elektrostatik terhubung pada bagian dari total resistansi yang ditandai sebagai r. Misalkan tegangan yang diterapkan adalah DC, maka kita harus membuat asumsi bahwa kapasitor yang terhubung memiliki resistansi bocor tak terhingga. Dalam hal ini, faktor pengali diberikan oleh rasio resistansi listrik r/R. Operasi AC pada rangkaian ini juga dapat dianalisis dengan mudah, lagi-lagi dalam kasus operasi AC, faktor pengali sama dengan r/R.
(b) Dengan menggunakan teknik pengali kapasitansi: Kita dapat meningkatkan rentang tegangan yang diukur dengan menempatkan serangkaian kapasitor seperti yang ditunjukkan dalam rangkaian yang diberikan.

Mari kita turunkan ekspresi untuk faktor pengali untuk diagram rangkaian 1. Mari kita tandai kapasitansi voltmeter sebagai C1 dan kapasitor seri sebagai C2 seperti yang ditunjukkan dalam diagram rangkaian yang diberikan. Sekarang kombinasi seri dari kapasitor-kapasitor ini sama dengan

Yang merupakan kapasitansi total rangkaian. Impedansi voltmeter sama dengan Z1 = 1/jωC1 dan impedansi total akan sama dengan

Sekarang faktor pengali dapat didefinisikan sebagai rasio Z/Z1 yang sama dengan 1 + C2 / C1. Demikian pula, faktor pengali juga dapat dihitung. Dengan cara ini, kita dapat memperluas rentang tegangan yang diukur.

Keuntungan Alat Jenis Elektrostatik

Sekarang mari kita lihat beberapa keuntungan alat jenis elektrostatik.

1. Keuntungan pertama dan paling penting adalah kita dapat mengukur tegangan AC dan DC, dan alasan ini sangat jelas, yaitu torsi defleksi secara langsung proporsional dengan kuadrat dari tegangan.

2. Konsumsi daya sangat rendah pada jenis alat ini karena arus yang ditarik oleh alat-alat ini sangat rendah.

3. Kita dapat mengukur nilai tegangan yang tinggi.

Kerugian Alat Jenis Elektrostatik

Selain berbagai keuntungan, alat elektrostatik memiliki beberapa kerugian dan ini ditulis di bawah ini.

1. Alat-alat ini cukup mahal dibandingkan dengan alat lain dan juga memiliki ukuran yang besar.

2. Skala tidak merata.

3. Berbagai gaya operasional yang terlibat memiliki magnitudo yang kecil.

Pernyataan: Hormati aslinya, artikel bagus layak dibagikan, jika ada pelanggaran hak cipta silakan hubungi untuk dihapus.