Wat is Elektrostatische Tipe Instrumente?

Wat is Elektrostatische Meetinstrumente?

Definisie van Elektrostatische Instrument

'n Elektrostatiese instrument word gedefinieer as 'n toestel wat statiese elektriese velds gebruik om voltasie te meet, gewoonlik hoë voltasies.

Werkprinsipe

Soos die naam dui, gebruik elektrostatische instrumente 'n statiese elektriese veld om 'n afbuigkrag te produseer. Hulle word tipies gebruik om hoë voltasies te meet, maar kan in sommige gevalle ook laer voltasies en krag meet. Daar is twee maniere waarop die elektrostatiese krag kan werk.

Bou-tipes

In een opstelling is een plaat vas, terwyl die ander vry is om te beweeg. Die plaatte is teenoorgesteld gelaa, wat 'n aantrekkende krag skep wat die beweegbare plaat na die vas plaat beweeg tot maksimum elektrostatiese energie gestoor word.

In 'n ander opstelling kan die krag aantrek, wegduw, of beide wees, as gevolg van die rotasie van die plaat.

Kragvergelyking

Oorweeg twee plaatte: Plaat A is positief gelaa, en Plaat B is negatief gelaa. Plaat A is vas, en Plaat B is vry om te beweeg. Daar is 'n krag, F, tussen die plaatte by ewewig wanneer die elektrostatiese krag gelyk is aan die veerkrag. Die elektrostatiese energie wat in die plaatte gestoor word, is:

Stel nou ons verhoog die aangebringde voltasie met 'n hoeveelheid dV, as gevolg hiervan beweeg Plaat B na Plaat A oor 'n afstand dx. Die werk gedoen teen die veerkrag as gevolg van die verplaatsing van Plaat B is F.dx. Die aangebringde voltasie is verwant aan stroom as

Van hierdie waarde van elektriese stroom kan die inset-energie bereken word as

Van hierdie kan ons die verandering in die gestoorde energie bereken, en dit kom uit as

Deur die hoër-orde terme wat in die uitdrukking verskyn, te verwaarloos. Deur nou die beginsel van energiebehoud toe te pas, het ons inset-energie in die stelsel = verhoging in die gestoorde energie van die stelsel + meganiese werk deur die stelsel. Van hierdie kan ons skryf,

Van die bo-uitdrukking kan die krag bereken word as

Laat ons nou die krag en kragvergelyking vir die rotasie-elektrastatiese tipe instrumente aflei. Diagram word hieronder getoon,

Om die uitdrukking vir afbuigkrag in rotasie-elektrastatiese instrumente te vind, vervang F in vergelyking (1) met Td en dx met dA. Die gewysigde vergelyking vir afbuigkrag is:

By stabilisering is die beheerskrag Tc = K × A. Die afbuiging A kan geskryf word as:

Van hierdie uitdrukking trek ons die gevolgtrekking dat die afbuiging van die wyser direk eweredig is aan die vierkant van die voltasie om gemeet te word, dus sal die skaal nie-uniform wees. Laat ons nou oor die Kwadrant-elektrometer praat. 

Hierdie instrument word algemeen gebruik om voltasie van 100V tot 20 kilovolts te meet. Weer is die afbuigkrag wat in die Kwadrant-elektrometer verkry, direk eweredig aan die vierkant van die aangebringde voltasie; een voordeel hiervan is dat hierdie instrument gebruik kan word om sowel AC as DC voltasies te meet. 

Een voordeel van die gebruik van elektrostatiese tipe instrumente as voltmetere is dat ons die reeks van voltasie wat gemeet moet word, kan uitbrei. Daar is twee maniere om die reeks van hierdie instrument uit te brei. Ons gaan hulle een vir een bespreek. 

(a) Deur weerstandspotensiaal-deler te gebruik: Hieronder is die stroombaan-diagram van hierdie tipe konfigurasie.

Die voltasie wat ons wil meet, word aangebring oor die totale weerstand r en die elektrostatiese kondensator is verbonden oor die deel van die totale weerstand wat gemerk is as r. Stel nou die aangebringde voltasie is DC, dan moet ons 'n aanneming maak dat die kondensator wat verbonden is, 'n oneindige lekkage-weerstand het. 

In hierdie geval is die vermenigvuldigingsfaktor gegee deur die verhouding van elektriese weerstand r/R. Die AC-operasie op hierdie stroombaan kan ook maklik ontleed word, en in die geval van AC-operasie is die vermenigvuldigingsfaktor gelyk aan r/R.

(b) Deur kapasiteits-vermenigvuldiger-tegniek te gebruik: Ons kan die reeks van voltasie wat gemeet moet word, verhoog deur 'n reeks kondensators soos in die gegewe stroombaan te plaas.

Laat ons die uitdrukking vir die vermenigvuldigingsfaktor in Stroombaan-diagram 1 aflei. Laat C1 die voltmeter se kapasiteit wees en C2 die reeks-kondensator se kapasiteit. Die reeks-kombinasie van hierdie kondensators is gelyk aan die totale kapasiteit van die stroombaan.

Die impedansie van die voltmeter is Z1 = 1/jωC1, en die totale impedansie is:

Die vermenigvuldigingsfaktor word gedefinieer as die verhouding van Z/Z1, wat 1 + C2 / C1 is. Op hierdie manier kan ons die voltasie-meetbereik verhoog.

Voordelige van Elektrostatische Tipe Instrumente

• Die eerste en mees belangrike voordeel is dat ons sowel AC as DC voltasie kan meet, en die rede is baie duidelik dat die afbuigkrag direk eweredig is aan die vierkant van die voltasie.

• Kragverbruik is baie laag in hierdie tipe instrumente omdat die stroom wat deur hierdie instrumente getrek word, baie laag is.

• Ons kan hoë waardes van voltasie meet.

Nadele van Elektrostatische Tipe Instrumente

• Hierdie is baie duur vergeleke met ander instrumente en hulle het ook groot grootte.

• Die skaal is nie uniform nie.

• Die verskillende bedryfskragte betrokke is klein in grootte.

Reeks Uitbreiding

Die meetbereik kan uitgebrei word deur weerstandspotensiaal-delers of kapasiteits-vermenigvuldigers te gebruik.