Електростатически тип прибори Принцип на конструкция Уравнение за момента
Работен принцип на електростатичните прибори
Както подсказва името, електростатичният прибор използва статично електрическо поле за да произведе отклоняващ момент. Тези типове прибори обикновено се използват за измерване на високи напрежения, но в някои случаи могат да се използват и за измерване на по-ниски напрежения и мощности в дадена верига. Сега има два възможни начина, по които електростатичната сила може да действа. Двата възможни случая са описани по-долу,
Конструкция на електростатичните прибори
Когато единият от плочките е фиксиран, а другият е свободен да се движи, плочките са заредени в противоположни полюси, за да има привлекателна сила между тях. Сега, поради тази привлекателна сила, подвижната плочка ще се придвижи към стационарната или фиксираната плочка, докато подвижната плочка не запази максималната електростатична енергия.
В друга конфигурация може да има сила на привличане или отблъскване, или и двете, поради някакво въртене на плочката.
Уравнение за сила и момент на електростатичния прибор
Нека изведем уравнение за силата на линейните електростатични прибори. Нека разгледаме две плочки, както е показано на диаграмата по-долу.
Плочка A е положително заредена, а плочка B е отрицателно заредена. Както беше споменато по-горе, според възможния случай (a) имаме линейно движение между плочките. Плочка A е фиксирана, а плочка B е свободна да се движи. Нека допуснем, че съществува някаква сила F между двете плочки при равновесие, когато електростатичната сила стане равна на пружинната сила. В този момент, електростатичната енергия, запазена в плочките, е
Сега, нека увеличим приложено напрежение с количеството dV, поради което плочка B се придвижва към плочка A на разстояние dx. Работата, извършена срещу пружинната сила, поради разместяването на плочка B, е F.dx. Приложеното напрежение е свързано с ток като
От тази стойност на електрически ток входящата енергия може да бъде изчислена като
От тук можем да изчислим промяната в запазената енергия, която се оказва равна на
Пренебрегвайки по-високите членове, които се появяват в израза. Сега, като приложим принципа за запазване на енергията, имаме входящата енергия в системата = увеличение в запазената енергия на системата + механичната работа, извършена от системата. От тук можем да запишем,
От горното уравнение силата може да бъде изчислена като
Сега, нека изведем уравненията за сила и момент за ротационните електростатични прибори. Диаграмата е показана по-долу,
За да намерим израза за отклоняващ момент в случай на ротационен тип електростатични прибори, просто заменете F с Td и dx с dA в уравнение (1). Сега, преформулирайки модифицираното уравнение, имаме, че отклоняващият момент е равен на
Сега, в установено състояние, контролиращият момент е даден от израза Tc = K × A. Отклонението A може да бъде записано като
От този израз заключаваме, че отклонението на указателя е директно пропорционално на квадрата на напрежението, което трябва да бъде измерено, затова скалата ще бъде неравномерна. Нека сега обсъдим Квадрантовия електрометър. Този прибор обикновено се използва за измерване на напрежения в диапазон от 100В до 20 киловолта. Отново, отклоняващият момент, получен в Квадрантовия електрометър, е директно пропорционален на квадрата на приложено напрежение; едно предимство на това е, че този прибор може да се използва за измерване както на AC, така и на DC напрежения. Едно предимство от използването на електростатични прибори като voltmeters е, че можем да разширим диапазона на напрежението, което трябва да бъде измерено. Сега има два начина за разширяване на диапазона на този прибор. Ще ги обсъдим един по един.
(a) Чрез използване на резистивни делители на потенциала: По-долу е показана схемата на този тип конфигурация.
Напрежението, което искаме да измерим, се прилага през общата резистивност r, а електростатичният кондензатор е свързан през частта от общата резистивност, която е маркирана като r. Сега, ако приложено напрежение е DC, трябва да направим едно допускане, че свързаният кондензатор има безкрайна течностна резистивност. В този случай множителят е даден от отношението електрическа резистивност r/R. Операцията с AC на тази схема също може лесно да бъде анализирана, и в случай на AC операция множителят е равен на r/R.
(b) Чрез използване на техника за множител на кондензатор: Можем да увеличи
