Kas ir elektrostataiski tips instrumenti?

Kas ir elektrostātiskie instrumenti?

Elektrostātisko instrumentu definīcija

Elektrostātiskais instruments tiek definēts kā ierīce, kas izmanto statiskos elektriskos laukus, lai mērītu spriegumu, parasti augstus spriegumus.

Darbības princips

Kā nosaukums liecina, elektrostātiskie instrumenti izmanto statiskos elektriskos laukus, lai radītu novietojuma momentu. Tie parasti tiek izmantoti, lai mērītu augstus spriegumus, bet dažreiz var mērīt arī zemākus spriegumus un jaudu. Elektrostātiskās spēks var darboties divos veidos.

Izgatavošanas veidi

Viens no iestatījumiem, kur viena plāksne ir fiksēta, bet otra var pārvietoties. Plāksnes ir pretēji apjoztas, radot pievilcīgu spēku, kas pārvieto pārvietojamās plāksnes uz fiksēto plāksni, līdz tiek saglabāta maksimālā elektrostātiskā enerģija.

Otrajā iestatījumā spēks var būt pievilcīgs, atstarošs vai abu, atkarībā no plāksnes rotācijas kustības.

Momenta vienādojums

Apdomājiet divas plāksnes: Plāksne A ir pozitīvi apjozta, bet Plāksne B ir negatīvi apjozta. Plāksne A ir fiksēta, bet Plāksne B var pārvietoties. Starp plāksnēm pastāv spēks F, kad elektrostātiskais spēks ir vienāds ar spraugas spēku. Elektrostātiskā enerģija, kas saglabāta plāksnēs šajā punktā, ir:

Tagad pieņemsim, ka mēs palielinām piemēroto spriegumu par dV, tādējādi plāksne B pārvietojas uz plāksni A attālumā dx. Darbs pret spraugas spēku, ko veicina plāksnes B pārvietojums, ir F.dx. Piemērotais spriegums ir saistīts ar strāvu kā

No šīs elektriskās strāvas vērtības ievades enerģiju var aprēķināt kā

No šī mēs varam aprēķināt saglabātās enerģijas maiņu, kas iznāk kā

Neglūdot augstākos rādītājus, kas parādās izteiksmē. Tagad piemērojot enerģijas saglabāšanas principu, mums ir ievades enerģija sistēmā = palielinājums saglabātajā enerģijā sistēmā + mehānisks darbs, ko veic sistēma. No šī mēs varam rakstīt,

No šī vienādojuma spēku var aprēķināt kā

Tagad ļaujiet mums izvest spēka un momenta vienādojumus rotācijas elektrostātiskajiem instrumentiem. Diagramma ir parādīta zemāk,

Lai atrastu novietojuma momenta izteiksmi rotācijas elektrostātiskajos instrumentos, aizvietojiet F ar Td un dx ar dA. Modificētais novietojuma momenta vienādojums ir:

Stabilā stāvoklī kontrolējošais moments ir Tc = K × A. Novietojums A var tikt uzrakstīts kā:

No šīs izteiksmes mēs secinām, ka rādītāja novietojums ir tieši proporcionāls mērāmajam sprieguma kvadrātam, tāpēc skalas būs neregulāras. Tagad apspriedīsim Kvadrantu elektrometru. 

Šis instruments parasti tiek izmantots, lai mērītu spriegumu no 100V līdz 20 kilovoltiem. Atkal Kvadranta elektrometera novietojuma moments ir tieši proporcionāls piemērotā sprieguma kvadrātam; viens no priekšrocībām ir tas, ka šis instruments var tikt izmantots gan AC, gan DC sprieguma mērīšanai. 

Viena no elektrostātisko instrumentu priekšrocībām kā sprieguma mērītājiem ir tāda, ka mēs varam paplašināt mērāmo sprieguma diapazonu. Tagad ir divi veidi, kā paplašināt šī instrumenta diapazonu. Mēs tos apspriedīsim katru savā laikā. 

(a) Izmantojot reostata potenciālu dalītājus: Zemāk redzams šāda konfigurācija shēma.

Mēs vēlamies mērīt spriegumu, kas tiek piemērots visām rezistences r daļām, un elektrostātiskais kondensators ir savienots ar visu rezistences daļu, kas atzīmēta kā r. Ja piemērotais spriegums ir DC, tad mums jāpieņem, ka savienotais kondensators ir ar bezgalīgu trīkstošo rezistenci. 

Šajā gadījumā reizināšanas koeficients ir dots ar elektriskās rezistences r/R attiecību. Šīs shēmas AC darbību var viegli analizēt, un AC darbības gadījumā reizināšanas koeficients ir arī r/R.

(b) Izmantojot kondensatoru reizinātāju tehnoloģiju: Mēs varam palielināt mērāmo sprieguma diapazonu, ievietojot virkni kondensatoru, kā parādīts dotajā shēmā.

Izveidojam reizināšanas koeficienta izteiksmi Shēmā 1. Pieņemsim, ka C1 ir sprieguma mērītāja kapacitāte, un C2 ir sērijas kondensatora kapacitāte. Šo kondensatoru sērijas kombinācija ir vienāda ar tās kopējo kapacitāti.

Sprieguma mērītāja impedancija ir Z1 = 1/jωC1, un kopējā impedancija ir:

Reizināšanas koeficients ir definēts kā Z/Z1 attiecība, kas ir 1 + C2 / C1. Tādējādi mēs varam palielināt sprieguma mērījumu diapazonu.

Elektrostātisko instrumentu priekšrocības

• Pirmā un svarīgākā priekšrocība ir tā, ka mēs varam mērīt gan AC, gan DC spriegumu, un iemesls tam ir ļoti acīmredzams - novietojuma moments ir tieši proporcionāls sprieguma kvadrātam.

• Šajās instrumentu veidās enerģijas patēriņš ir ļoti zems, jo strāva, ko tiem nepieciešama, ir ļoti zema.

• Mēs varam mērīt augstu sprieguma vērtību.

Elektrostātisko instrumentu trūkumi

• Šie ir salīdzinoši dārgi salīdzinājumā ar citiem instrumentiem un to izmērs ir liels.

• Skala nav vienmērīga.

• Dažādie darbības spēki, kas iesaistīti, ir mazākas lieluma apmērā.

Diapazona paplašināšana

Mērījumu diapazonu var paplašināt, izmantojot reostata potenciālu dalītājus vai kondensatoru reizinātājus.