Kio estas Elektrostatikaj Aparatoj?
Kio estas Elektrostatikaj Instrumentoj?
Difino de Elektrostatika Instrumento
Elektrostatika instrumento difiniĝas kiel aparato, kiu uzas statikajn elektrajn kampojn por mezuri voltan, kutime altan voltan.
Funkcioprinipo
Kiel la nomo implicas, elektrostatikaj instrumentoj uzas statikan elektran kampon por produkti defleksan momenton. Ili estas tipike uzataj por mezuri altajn voltan, sed ankaŭ povas mezuri pli malaltajn voltan kaj potencon en iuj kazoj. Ekzistas du manieroj, per kiuj la elektrostatica forto povas agi.
Konstruaĵtipoj
En unu aranĝo, unu plado estas fiksita, dum la alia estas libera moviĝi. La pladoj estas kontraŭdirigitaj, kreante atirforon, kiu movas la moveblan pladon al la fiksita plado ĝis maksimuma elektrostatica energio estas konservita.
En alia aranĝo, la forto povas esti atira, repulsiva, aŭ ambaŭ, pro la rotacia movo de la plado.
Ekvacio de Momento
Konsideru du pladojn: Plado A estas pozitive ŝarĝita, kaj Plado B estas negative ŝarĝita. Plado A estas fiksita, kaj Plado B estas libera moviĝi. Ekzistas forto, F, inter la pladoj je ekvilibro, kiam la elektrostatica forto egalas la spiralforton. La elektrostatica energio konservita en la pladoj ĉe tiu punkto estas:
Nun supozu, ke ni pligrandigas la aplikitan voltan per kvanto dV, pro tio la plado B moviĝas al la plado A per distanco dx. La laboro farita kontraŭ la spiralforto pro la dislokigo de la plado B estas F.dx. La aplikita volto rilatas al la fluo kiel
El tiu valoro de elektra fluo la eniga energio povas esti kalkulita kiel
El tio ni povas kalkuli la ŝanĝon en la konservita energio, kaj tio venas al
Negligante la pli altajn ordonajn terminojn, kiuj aperas en la esprimo. Nun aplikante la principon de energiokonservo, ni havas enigan energion al la sistemo = pligrandiĝo de la konservita energio de la sistemo + mekanika laboro farita de la sistemo. El tio ni povas skribi,
El la supra ekvacio la forto povas esti kalkulita kiel
Nun lasu nin derivi forton kaj momentekvacion por la rotaciaj elektrostatikaj tipoj de instrumentoj. Diagramo montriĝas sube,
Por trovi la esprimon por deflekta momento en rotaciaj elektrostatikaj instrumentoj, anstataŭigu F en ekvacio (1) kun Td kaj dx kun dA. La modifita ekvacio por deflekta momento estas:
Je stabila stato, la kontrolo momento estas Tc = K × A. La deflekto A povas esti skribita kiel:
El tio esprimo ni konkludas, ke la deflekto de la indikilo estas rekte proporcia al la kvadrato de la volto estonta mezurita, do la skalo estos neuniforma. Lasu nin nun diskuti pri Kvadranta Elektrometro.
Ĉi tiu instrumento estas ĝenerale uzata por mezuri la voltan en la amplekso de 100V ĝis 20 kilovoltan. Denove, la deflekta momento ricevita en la Kvadranta Elektrometro estas rekte proporcia al la kvadrato de la aplikita volto; unu avantaĝo de tio estas, ke ĉi tiu instrumento povas esti uzata por mezuri ambaŭ AC kaj DC voltan.
Unu avantaĝo de uzo de elektrostatikaj tipoj de instrumentoj kiel voltmetroj estas, ke ni povas etendi la ampleksan de la volto estonta mezurita. Nun ekzistas du manieroj por etendi la ampleksan de ĉi tiu instrumento. Ni diskutos ilin unu post la alia.
(a) Per uzo de rezistancaj potencialdividiloj: Sube estas la cirkvita diagramo de tiu tipo de konfiguro.
La volto, kiun ni volas mezuri, estas aplikita trans la totala rezisteco r, kaj la elektrostatica kapacitoro estas konektita trans la parto de la totala rezisteco, kiu estas markita kiel r. Nun supozu, ke la aplikita volto estas DC, tiam ni devus fari unu supozo, ke la kapacitoro, kiu estas konektita, havas senfinan flugreziston.
En tiu okazo la multiplika faktoro estas donita per la rilato de elektra rezisteco r/R. La akoperacio sur tiu cirkvito ankaŭ povas esti analizita facile denove en okazo de ak operacio ni havas multiplikan faktoron egala al r/R.
(b) Per uzo de kapacitormultiplika tekniko: Ni povas pligrandigi la ampleksan de la volto estonta mezurita per metado de serio de kapacitoroj, kiel montrite en la donita cirkvito.
Lasu nin derivi la esprimon por la multiplika faktoro en Cirkvita Diagramo 1. Lasu C1 esti la kapacitro de la voltmetro kaj C2 estu la kapacitro de la seria kapacitoro. La seria kombinaĵo de tiuj kapacitoroj egalas la totalan kapaciton de la cirkvito.
La impedanco de la voltmetro estas Z1 = 1/jωC1, kaj la totala impedanco estas:
La multiplika faktoro estas difinita kiel la rilato de Z/Z1, kiu estas 1 + C2 / C1. Tiel, ni povas pligrandigi la ampleksan de la volto mezura.
Avantaĝoj de Elektrostatikaj Tipoj de Instrumentoj
La unua kaj plej grava avantaĝo estas, ke ni povas mezuri ambaŭ AC kaj DC voltan, kaj la kaŭzo estas tre oblega, la deflekta momento estas rekte proporcia al la kvadrato de la volto.
La energikonsumado estas tre malalta en tiuj tipoj de instrumentoj, ĉar la fluo tirita de tiuj instrumentoj estas tre malalta.
Ni povas mezuri altan valoron de volto.
Malavantaĝoj de Elektrostatikaj Tipoj de Instrumentoj
Ĉi tiuj estas tre kostaj kompare al aliaj instrumentoj, kaj ankaŭ ili havas grandan ampleksan.
La skalo ne estas uniforma.
La diversaj funkciiforcoj implikitaj estas malgrandaj en amplekso.
Etendo de Amplekso
La mezura amplekso povas esti etendita per uzo de rezistancaj potencialdividiloj aŭ kapacitormultiplikiloj.
