რით არიან ელექტროსტატიკური ტიპის ინსტრუმენტები?

რა არის ელექტროსტატიკური ტიპის ინსტრუმენტები?

ელექტროსტატიკური ინსტრუმენტის განმარტება

ელექტროსტატიკური ინსტრუმენტი განიხილება როგორც წყვეტითი ელექტრული ველების გამოყენებით ვოლტაჟის ზუსტი დასაზუსტებლად, ჩვეულებრივ მაღალი ვოლტაჟების შესახებ.

მუშაობის პრინციპი

როგორც სახელი ითვლება, ელექტროსტატიკური ინსტრუმენტები გამოიყენებენ წყვეტით ელექტრულ ველს დეფლექტირების ტორკის შესაქმნელად. ისინი ჩვეულებრივ გამოიყენებენ მაღალი ვოლტაჟების ზუსტ დასაზუსტებლად, მაგრამ ზოგჯერ გამოიყენებენ დაბალი ვოლტაჟების და ძალის ზუსტ დასაზუსტებლად. ელექტროსტატიკური ძალა შეიძლება ორი გზით მოქმედოს.

კონსტრუქციის ტიპები

ერთ დიზაინში, ერთი პლატა დაკავშირებულია, ხოლო მეორე თავისუფლად მოიძრავს. პლატები ერთმანეთის საწინააღმდეგოდ დატვირთულია, რითაც შეიქმნება მიზიდული ძალა, რომელიც მოძრავს თავისუფალ პლატას დაკავშირებული პლატისკენ, სანამ შეიძლება შეინახოს მაქსიმალური ელექტროსტატიკური ენერგია.

მეორე დიზაინში, ძალა შეიძლება იყოს მიზიდული, გადახრილი ან როგორც ერთი, ასევე მეორე, პლატის როტაციული მოძრაობის გამო.

ტორკის განტოლება

განვიხილოთ ორი პლატა: პლატა A დადებითად დატვირთულია, ხოლო პლატა B უარყოფითად. პლატა A დაკავშირებულია, ხოლო პლატა B თავისუფლად მოიძრავს. არსებობს ძალა F პლატებს შორის სადაც ელექტროსტატიკური ძალა ტოლია სპრინგის ძალის. ამ მომენტში პლატებში შეინახული ელექტროსტატიკური ენერგია არის:

ახლა ვთქვათ, რომ გავზარდით გადახდილი ვოლტაჟი რამდენიმე dV-ით, რითაც პლატა B მოიძრავს პლატა A-სკენ dx დისტანციით. სპრინგის ძალის წინააღმდეგ მოძრაობის შრომა იქნება F.dx. გადახდილი ვოლტაჟი დაკავშირებულია ელექტროდების სიმძიმეს როგორც

ამ ელექტროდების სიმძიმის მნიშვნელობით შეიძლება გამოვთვალოთ შეყვანილი ენერგია როგორც

ამით შეგვიძლია გამოვთვალოთ შენახული ენერგიის ცვლილება და ის გამოვიდება როგორც

უფრო მაღალი რიგის ტერმების დამატებით გამოსახულებაში. ახლა ენერგიის შენახვის პრინციპის გამოყენებით შეგვიძლია დავწეროთ, რომ შეყვანილი ენერგია სისტემაში = შენახული ენერგიის ზრდა სისტემაში + სისტემის მიერ შესრულებული მექანიკური შრომა. ამით შეგვიძლია დავწეროთ,

ზემოთ მოყვანილი განტოლებიდან შეგვიძლია გამოვთვალოთ ძალა როგორც

ახლა განვიხილოთ ძალისა და ტორკის განტოლებები როტაციული ელექტროსტატიკური ტიპის ინსტრუმენტებისთვის. დიაგრამა ნაჩვენებია ქვემოთ,

როდესაც გამოვთვალებთ დეფლექტირების ტორკს როტაციული ელექტროსტატიკური ინსტრუმენტებისთვის, ჩავსვათ F-ის ნაცვლად Td და dx-ის ნაცვლად dA. შესაბამისად შეცვლილი განტოლება დეფლექტირების ტორკისთვის იქნება:

სტეიდიუს მდგომარეობაში, კონტროლის ტორკი არის Tc = K × A. დეფლექცია A შეიძლება ჩაიწეროს როგორც:

ამ გამოსახულებიდან შეგვიძლია დავიკვიროთ, რომ ისრის დეფლექცია პროპორციულია ზომვადი ვოლტაჟის კვადრატს, რაც ნიშნავს, რომ სკალა არ იქნება ერთგვარი. ახლა განვიხილოთ კვადრანტული ელექტრომეტრი. 

ეს ინსტრუმენტი ჩვეულებრივ გამოიყენება ვოლტაჟის ზუსტ დასაზუსტებლად 100V-დან 20 კილოვოლტამდე. კვადრანტული ელექტრომეტრის დეფლექტირების ტორკი პროპორციულია გადახდილი ვოლტაჟის კვადრატს, რითაც ეს ინსტრუმენტი შეიძლება გამოიყენოს როგორც AC, ასევე DC ვოლტაჟების ზუსტ დასაზუსტებლად. 

ელექტროსტატიკური ტიპის ინსტრუმენტების გამოყენების ერთ-ერთი სარგებელი ვოლტმეტრების როლში არის ვოლტაჟის ზუსტ დასაზუსტებლად გაფართოებული დიაპაზონი. ახლა განვიხილოთ ორი გზა ამ ინსტრუმენტის დიაპაზონის გაფართოებისთვის. განვიხილოთ ისინი ერთი მეორის შემდეგ. 

(a) რეზისტორული პოტენციალური დივიზორების გამოყენებით: ქვემოთ მოყვანილია ამ კონფიგურაციის სქემა.

ვოლტაჟი, რომელსაც გვინდა ზუსტად დავზუსტოთ, გადახდილია სრული რეზისტორის r და ელექტროსტატიკური კაპაციტორი დაკავშირებულია სრული რეზისტორის ნაწილზე, რომელიც ნიშნულია r-ით. თუ გადახდილი ვოლტაჟი არის DC, უნდა შევიტანოთ არასარგებლიანი ლეკცია, რომ დაკავშირებული კაპაციტორი არის უსასრულო ლეკციის რეზისტორი. 

ამ შემთხვევაში მრავალფეროვანი ფაქტორი არის ელექტრორეზისტორის შეფარდება r/R-ით. AC რეჟიმში ეს სქემა ასევე ერთდროულად შესაძლებელია ანალიზი, რომელშიც მრავალფეროვანი ფაქტორი არის ტოლი r/R-ის შეფარდების.

(b) კაპაციტორული მრავალფეროვანი ტექნიკის გამოყენებით: შეგვიძლია გავზარდით ვოლტაჟის ზუსტ დასაზუსტებლი დიაპაზონი კაპაციტორების სერიული დასაწყისით როგორც ნაჩვენებია ქვემოთ მოყვანილი სქემაში.

განვიხილოთ მრავალფეროვანი ფაქტორის გამოსახულების გამოყვანა სქემა 1-ში. ვუთითოთ C1 ვოლტმეტრის კაპაციტორის და C2 სერიული კაპაციტორის კაპაციტორების კაპაციტანს. ეს კაპაციტორების სერიული კომბინაცია ტოლია სქემის სრული კაპაციტორის.

ვოლტმეტრის იმპედანსი არის Z1 = 1/jωC1, ხოლო სრული იმპედანსი არის:

მრავალფეროვანი ფაქტორი განიხილება როგორც Z/Z1-ის შეფარდება, რომელიც არის 1 + C2 / C1. ამ გზით შეგვიძლია გავზარდით ვოლტაჟის ზუსტ დასაზუსტებლი დიაპაზონი.

ელექტროსტატიკური ტიპის ინსტრუმენტების სარგებელები

• პირველი და ყველაზე მნიშვნელოვანი სარგებელი არის რომ შეგვიძლია ზუსტად დავზუსტოთ როგორც AC, ასევე DC ვოლტაჟები, რადგან დეფლექტირების ტორკი პროპორციულია ვოლტაჟის კვადრატს.

• ეს ინსტრუმენტები არ ხარჯავენ მეტად ენერგიას, რადგან ისინი დაკარგავენ ნაკლებ დენს.

• შეგვიძლია ზუსტად დავზუსტოთ მაღალი ვოლტაჟები.

ელექტროსტატიკური ტიპის ინსტრუმენტების ნაკლებები

• ეს ინსტრუმენტები საშუალოდ ძველებზე უფრო ძველია და ასევე ისინი დიდი ზომის არიან.

• სკალა არ არის ერთგვარი.

• შესაბამისი მოქმედების ძალები არიან ნაკლები სიდიდის.

დიაპაზონის გაფართოება

ზუსტ დასაზუსტებლი დიაპაზონი შეიძლება გავზარდით რეზისტორული პოტენციალური დივიზორების ან კაპაციტორული მრავალფეროვანი ტექნიკის გამოყენებით.