Электростатикалық түрдегі приборлар деген не?

Электростатикалық типтегі приборлар деген не?

Электростатикалық приборлардың анықтамасы

Электростатикалық прибор деп, статикалық электр толқындарын пайдаланып жөндеу шамасын өлшетін (әдетте жоғары жөндеу) құрылғысы аталады.

Жұмыс принципі

Атауынан бейітуімен, электростатикалық приборлар статикалық электр толқынын қолданып, айналу моментін жасайды. Олар көбінесе жоғары жөндеулерді өлшеуге қолданылады, бірақ қайратты жағдайларда төмен жөндеулер мен энергияны да өлшей алады. Электростатикалық күш екі түрлі тәсілмен іске асырылады.

Құрылым түрлері

Бір құрылымда, бір платта салыстырылып қойылады, ал екіншісі серіктенеді. Платтар теріс-теріс зарядталған болады, осылайша тартылыс күші пайда болады, ол серіктенген платты салыстырылған платқа қарай қозғайды, дейінгі максималды электростатикалық энергия сақталады.

Екінші құрылымда, күш тартылыс, ауытқу немесе екеуі де болуы мүмкін, платтың айналуына байланысты.

Момент теңдеуі

Екі плат қарастырылсын: А платы теріс зарядталған, В платы теріс зарядталған. А платы салыстырылған, ал В платы серіктенеді. Электростатикалық күш және пружина күші теңестікте тең болғанда, платтар арасында F күші бар. Бұл нүктеде платтарда сақталған электростатикалық энергия:

Енді қолданылған жөндеуді dV артықшылығымен арттырсақ, В плата А платаға dx аралыққа қарай қозғалады. В плата қозғалуына байланысты пружина күшіне қарсы жасалған жұмыс F.dx болады. Қолданылған жөндеу ағымға мына түрде байланысты

Осы электр ағымының мәнінен енгізілген энергия былай есептеледі

Бұдан біз сақталған энергияның өзгерісін есептей ала береміз

Есептеуде пайда болған жоғары ретті мүшелерді ескермеу арқылы. Енді энергияның сақталуының принципін қолданып, системага енгізілген энергия = системада сақталған энергияның өсуі + системаның жасайтын механикалық жұмыс. Бұдан біз былай жаза аламыз,

Бұдан біз күшті есептей ала береміз

Енді айналу электростатикалық типтегі приборлар үшін күш пен момент теңдеулерін есептейік. Сурет келесідей,

Айналу электростатикалық приборларда айналу моментін табу үшін (1) теңдеудегі F-ді Td-ге, dx-ді dA-ға ауыстырыңыз. Айналу моменті үшін өзгертілген теңдеу:

Тұрақты режимде, басқару момента Tc = K × A. Айналу A мына түрде жазылады:

Бұдан біз шығарып алуға болады, көрсеткіштің ауытқуы өлшетін жөндеудің квадратына пропорционал, сондықтан шкала тұрақты емес болады. Енді Квадрант электрометрі туралы айтып кетейік. 

Бұл прибор көбінесе 100В-ден 20 киловольтқа дейінгі жөндеулерді өлшеуге қолданылады. Енді Квадрант электрометріндегі айналу момента қолданылған жөндеудің квадратына пропорционал; бұл приборды AC және DC жөндеулерді өлшеуге қолдануға мүмкіндік береді. 

Электростатикалық типтегі приборларды вольтметрлер ретінде қолдану үшін, өлшетін жөндеудің диапазонын кеңейту мүмкін. Диапазонды кеңейту үшін екі ықпал бар. Оларды бірден бір бөлек талқылайық. 

(а) Тұрақты потенциалды бөлгіштерді қолдану арқылы: Төменде бұл конфигурацияның схемасы берілген.

Өлшетін жөндеу r параметрінің жалпы сопротивлениясына қолданылады, ал электростатикалық конденсатор r параметрінің бөлігіне қосылады. Егер қолданылған жөндеу DC болса, онда біз конденсатордың чыгарылымы беспин болады деп ұйғараймыз. 

Бұл жағдайда көбейткіш электр сопротивлениясы r/R қатынасымен беріледі. AC режимінде бұл схеманың қолданылуы да оңай талдандырылады, AC режимінде көбейткіш де r/R қатынасымен беріледі.

(б) Конденсатор көбейткіш техникасын қолдану арқылы: Берілген схемада көрсетілгендей, сериялық конденсаторларды қоя отырып, өлшетін жөндеудің диапазонын кеңейту мүмкін.

Схема 1-де көбейткіш өрнегін шығарып көрейік. C1 - вольтметрдің индуктивтілігі, C2 - сериялық конденсатордың индуктивтілігі. Бұл конденсаторлардың сериялық комбинациясы схеманың жалпы индуктивтілігіне тең.

Вольтметрдің импедансы Z1 = 1/jωC1, ал жалпы импеданс:

Көбейткіш Z/Z1 қатынасымен анықталады, бұл 1 + C2 / C1. Бұл арқылы біз жөндеу өлшемдерінің диапазонын кеңейте ала береміз.

Электростатикалық типтегі приборлардың артықшылықтары

• Бірінші және ең маңызды артықшылық - біз AC және DC жөндеулерді де өлшей аладық, себебі айналу момента жөндеудің квадратына пропорционал.

• Бұл түрлі приборларда энергия жұмсалуы өте төмен, себебі олардан өте аз ағым тартылады.

• Біз жоғары мәндердегі жөндеуді өлшей аладық.

Электростатикалық типтегі приборлардың жетістіктері

• Бұл приборлар басқа приборларға салыстырмалы өте қымбат, сондай-ақ өте үлкен өлшемді.

• Шкала тұрақты емес.

• Барлық іске қосылатын күштер өте аз мөлшерде болады.

Диапазонды кеңейту

Өлшемдер диапазоны тұрақты потенциалды бөлгіштер немесе конденсатор көбейткіштер арқылы кеңейтеледі.