Mis on elektrostaatsed mõõturid?

Mis on elektrostaatilised mõõturid?

Elektrostaatilise mõõturide definitsioon

Elektrostaatiline mõõtur on seade, mis kasutab staarse elektrivälja, et mõõta tavaliselt kõrgeid pingi.

Toimimise printsiip

Nime järgi kasutavad elektrostaatilised mõõturid staarset elektrivälja, et luua pöördetorque. Neid kasutatakse tavaliselt kõrgete pingide mõõtmiseks, kuid mõnikord võivad need mõõta ka madalamaid pingi ja energiat. Elektrostaatiline jõud toimib kahel viisil.

Ehituse tüübid

Ühes konfiguratsioonis on üks plaat paigutatud, teine aga on vaba liikumiseks. Plaadid on vastandlikult laengutud, loodades veeniv jõud, mis liigutab liikuvat plaati fikseeritud plaadi suunas, kuni maksimaalne elektrostaatiline energia on säilitatud.

Teises konfiguratsioonis võib jõud olla veenav, tagasitõmbav või mõlemad, sõltuvalt plaadi pöördmõõdust.

Torque'i valem

Kui arvestame kahte plaati: plaat A on positiivselt laengutatud, plaat B negatiivselt laengutatud. Plaat A on paigutatud, plaat B on vaba liikuma. Vahel on jõud F, kui elektrostaatiline jõud võrdub vedrujõuga. Sellel hetkel plaadides säilitatav elektrostaatiline energia on:

Oletagem, et me suurendame rakendatavat pingi dV võrra, selle tulemusena liigub plaat B plaadi A suunas dx kauguse võrra. Vedrujõu vastu tehtud töö plaadi B asukoha muutmise tõttu on F.dx. Rakendatav ping on seotud elektrivooluga nii, et

Sellest elektrivoolu väärtusest saab arvutada sisendienergia nii:

Sellest saame arvutada säilitatava energia muutuse, mis on

Järgides energia säilitamise printsiipi, on sisendienergia süsteemile = süsteemi säilitatava energia suurenemine + süsteemi poolt tehtud mehaaniline töö. Seega saame kirjutada,

Eelmistest valemitest saame arvutada jõudu

Nüüd tuletame jõu ja torque'i valemi rotteeriva elektrostaatilise tüübi mõõturite jaoks. Diagramm on näidatud allpool,

Deflekteeriva torque'i väljendit rotteerivate elektrostaatiliste mõõturite jaoks leidmiseks asendage valemis (1) F Td-ga ja dx dA-ga. Muudetud deflekteeriva torque'i valem on:

Stabiilse seisundis on kontrolltorque Tc = K × A. Defleksiooni A saab kirjutada nii:

Sellest väljendist järeldame, et viitnäolu defleksioon on otseproporTsionaalne mõõtitava pingi ruuduga, seega skaala ei ole ühtlane. Nüüd arutame kvadrant-elektromeetri.

See seade kasutatakse tavaliselt 100V-st 20 kilovoltni ulatuvate pingide mõõtmiseks. Jällegi on deflekteeriva torque'i kvadrant-elektromeetris otseproporTsionaalne rakendatava pingi ruuduga; üks eelis on see, et seda seadet saab kasutada nii AC kui DC pingide mõõtmiseks.

Üks eelis elektrostaatiliste mõõturite kasutamisel voltmeterina on, et saame laiendada mõõtitava pingi ulatust. On kaks viisi, kuidas seda seadet laiendada. Arutame neid ükshaaval.

(a) Vastuspotentsiaalijagajate abil: Allpool on antud sellise konfiguratsiooni skeem.

Ping, mida soovime mõõta, rakendatakse kogu vastuse r-le ja elektrostaatiline kondensaator on ühendatud kogu vastuse osaga, mis on märgitud r-iga. Oletagem, et rakendatav ping on DC, siis peaksime tegema ühe eelduse, et ühendatud kondensaatoril on lõpmatu lekkevastus.

Sellisel juhul on korrutamisfaktor andmete vastuse suhe r/R. Selles ringis on ka AC toimingut lihtsa analüüsida, AC toimingul on korrutamisfaktor r/R.

(b) Kondensaatorite korrutamismeetodi abil: Saame suurendada mõõtitava pingi ulatust, paigutades kondensaatorite sarja, nagu on näidatud antud skeemis.

Leidme korrutamisfaktori väljendit Skeem 1. Oletagem, et C1 on voltmeteri kapasitants ja C2 on sarrekondensaatori kapasitants. Need kondensaatorid moodustavad sarireeglit, mis võrdub ringi kogu kapasitansiga.

Voltmeteri impedants on Z1 = 1/jωC1, ja kogu impedants on:

Korrutamisfaktor on defineeritud Z/Z1 suhtena, mis on 1 + C2 / C1. See viis võimaldab meil suurendada pingi mõõtmise ulatust.

Elektrostaatiliste mõõturite eelised

• Esmane ja kõige olulisem eelis on, et saame mõõta nii AC kui DC pingi, sest deflekteeriva torque on otseproporTsionaalne pingi ruuduga.

• Nende tüüpi seadmete energiatarbimine on väga madal, sest need seadmed tarbivad vähe elektrivoolu.

• Saame mõõta kõrgeid pingi.

Elektrostaatiliste mõõturite puudused

• Need on teiste seadmete suhtes kallimad ja neil on suur suurus.

• Skaala ei ole ühtlane.

• Eri toimivad jõud on väikesed suuruselt.

Ulatuse laiendamine

Mõõtmise ulatust saab laiendada vastuspotentsiaalijagajate või kondensaatorite korrutamismeetodi abil.