Што се електростатички типови наструменти

Што се електростатички тип на инструменти?

Дефиниција на електростатички инструмент

Електростатички инструмент е дефиниран како уред кој користи статичко електрично поле за мерење на напон, обично висок напон.

Принцип на работа

Како што именото подразбира, електростатичките инструменти користат статичко електрично поле за создавање на отклонување. Обично се користат за мерење на висок напон, но во некои случаи можат да се користат и за мерење на помал напон и моќ. Постојат два начини на делување на електростатичката сила.

Типови на конструкција

Во една поставка, едната плоча е фиксна, а другата е слободна да се движи. Плочите се противоположни наелектрисани, што создава привлака сила што го движи подвижната плоча кон фиксната плоча до максималната електростатичка енергија.

Во друга поставка, силата може да биде привлака, одбијачка или и двете, поради ротационото движење на плочата.

Јацинска равенка

Размислете за две плочи: Плоча А е позитивно наелектрисана, а плоча Б е негативно наелектрисана. Плоча А е фиксна, а плоча Б е слободна да се движи. Постои сила F помеѓу плочите во равновесие кога електростатичката сила е еднаква со силата на пружина. Електростатичката енергија складирана во плочите во овој момент е:

Сега претпоставете дека ја зголемуваме применетата напона за количеството dV, поради тоа плоча Б се придвижува кон плоча А за растојание dx. Работата извршена против силата на пружината поради преместувањето на плоча Б е F.dx. Применетата напона е поврзана со токот како

Од оваа вредност на електричкиот ток, входната енергија може да се пресмета како

Од ова можеме да пресметаме промената во складираната енергија и таа излегува да биде

Занемарувајќи членовите од повисок ред кои се појавуваат во изразот. Сега, применувајќи принципот на зачувување на енергијата, имаме входна енергија во системот = зголемување на складираната енергија на системот + механичка работа извршена од системот. Од ова можеме да запишеме,

Од горната равенка може да се пресмета силата како

Сега, да изведеме равенка за сила и јацина за ротационите електростатички тип на инструменти. Дијаграмот е прикажан подолу,

За да се најде изразот за отклонување на јацината во ротационите електростатички инструменти, заменете F во равенка (1) со Td и dx со dA. Модифицираната равенка за отклонување на јацината е:

Во стабилно состојба, контролната јацина е Tc = K × A. Отклонувањето A може да се запише како:

Од овој израз заклучуваме дека отклонувањето на покажувачот е директно пропорционално на квадратот на напонот што треба да се измери, затоа скалата ќе биде неуниформна. Сега, да разговараме за Квадрант електрометар. 

Овој инструмент обично се користи за мерење на напон од 100V до 20 кило волти. Пак, отклонувањето на јацината добиено во Квадрант електрометар е директно пропорционално на квадратот на применетата напона; една предност од ова е дека овој инструмент може да се користи за мерење и на AC и DC напони. 

Една предност од користењето на електростатички тип на инструменти како волтметри е дека можеме да го прошириме опсегот на напонот што треба да се измери. Сега, постојат два начини на проширување на опсегот на овој инструмент. Ќе ги разговараме еден по еден. 

(а) Користејќи резистивни потенцијални делители: Даден е дијаграмот на овој тип на конфигурација.

Напонот што го сакаме да го измериме е применет над целата резистивност r, а електростатичкиот капацитет е поврзан над дел од целата резистивност која е означена како r. Сега, претпоставете дека применетата напона е DC, тогаш треба да направиме претпоставка дека капацитетот кој е поврзан има бесконечна течења резистивност. 

Во овој случај множителот е даден од односот на електричната резистивност r/R. Операцијата со AC на овој циркуит исто така може лесно да се анализира, повторно во случај на AC операција множителот е еднаков на r/R.

(б) Користејќи техника на капацитетен множител: Можеме да го зголемиме опсегот на напонот што треба да се измери со поставување на серија на капацитети како што е прикажано во дадениот циркуит.

Да изведеме изразот за множителот во Дијаграмот на циркуит 1. Нека C1 биде капацитетот на волтметарот, а C2 капацитетот на серијскиот капацитет. Серискиот комбинација на овие капацитети е еднаква на целата капацитет на циркуитот.

Импедансот на волтметарот е Z1 = 1/jωC1, а целата импеданса е:

Множителот е дефиниран како односот на Z/Z1, што е 1 + C2 / C1. На овој начин, можеме да го зголемиме опсегот на мерење на напонот.

Предности на електростатички тип на инструменти

• Првата и најважна предност е дека можеме да мериме и AC и DC напон, и причината е очигледна, отклонувањето на јацината е директно пропорционално на квадратот на напонот.

• Потрошуването на моќ е многу ниско во овие типови на инструменти, бидејќи токот што го извлекуваат овие инструменти е многу нисок.

• Можеме да мериме високи вредности на напон.

Недостатоци на електростатички тип на инструменти

• Овие се многу скапи споредено со други инструменти и исто така имаат голем размер.

• Скалата не е униформна.

• Различните оперативни сили вклучени се мале по величина.

Проширување на опсегот

Опсегот на мерење може да се прошири со користење на резистивни потенцијални делители или капацитетни множители.