Principi de Construcció dels Instruments Electroestàtics Equació de la Coupregunta
Principi de funcionament dels instruments de tipus electroestàtic
Com el nom indica, els instruments de tipus electroestàtic utilitzen un camp elèctric estàtic per produir la força de desviació. Aquests tipus d'instruments es fan servir generalment per mesurar tensions altes, però en alguns casos es poden utilitzar per mesurar tensions més baixes i potències d'un circuit determinat. Hi ha dues maneres possibles en què la força electroestàtica pot actuar. Les dues condicions possibles són les següents,
Construcció dels instruments de tipus electroestàtic
Quan una de les plaques és fixa i l'altra és lliure per moure's, les plaques s'encarreguen amb càrregues oposades per tenir una força d'atracció entre elles. Gràcies a aquesta força d'atracció, la placa mòbil es mou cap a la placa fixa fins que la placa mòbil acumula l'energia electrostàtica màxima.
En una altra disposició, hi pot haver una força d'atracció o repulsió, o ambdues, deguda a la rotació de la placa.
Equació de força i moment dels instruments de tipus electroestàtic
Ara derivem l'equació de la força per als instruments electroestàtics lineals. Considerem dues plaques com es mostra en el diagrama següent.
La placa A té càrrega positiva i la placa B té càrrega negativa. Com s'ha mencionat anteriorment, segons la possible condició (a), tenim un moviment lineal entre les plaques. La placa A és fixa i la placa B és lliure per moure's. Suposem que hi ha una certa força F entre les dues plaques en equilibri, quan la força electroestàtica esdevé igual a la força de la molla. En aquest punt, l'energia electrostàtica emmagatzemada en les plaques és
Ara suposem que augmentem la tensió aplicada en una quantitat dV, a causa d'això, la placa B es mou cap a la placa A en una distància dx. El treball fet contra la força de la molla degut al desplaçament de la placa B és F.dx. La tensió aplicada està relacionada amb la corrent com
Amb aquest valor de corrent elèctric, l'energia d'entrada es pot calcular com
Amb això, podem calcular el canvi en l'energia emmagatzemada, que resulta ser
Ignorant els termes d'ordre superior que apareixen en l'expressió. Ara, aplicant el principi de conservació de l'energia, tenim que l'energia d'entrada al sistema = increment de l'energia emmagatzemada en el sistema + treball mecànic fet pel sistema. Amb això, podem escriure,
De l'equació anterior, la força es pot calcular com
Ara derivem l'equació de la força i el moment per als instruments electroestàtics rotatoris. El diagrama es mostra a continuació,
Per trobar l'expressió del moment de desviació en el cas d'instruments electroestàtics rotatoris, simplement reemplacem la F en l'equació (1) per Td i dx per dA. Reescribint l'equació modificada, tenim que el moment de desviació és igual a
A l'estat estacionari, tenim que el moment de control es dóna per l'expressió Tc = K × A. La desviació A es pot escriure com
D'aquesta expressió, conclourem que la desviació del punter és directament proporcional al quadrat de la tensió a mesurar, per tant, la escala no serà uniforme. Ara discutim sobre el quadrant electrometria. Aquest instrument es fa servir generalment per mesurar tensions que van des de 100 V a 20 kilovolts. Un cop més, el moment de desviació obtingut en el quadrant electrometria és directament proporcional al quadrat de la tensió aplicada; una avantatge d'això és que aquest instrument es pot utilitzar per mesurar tensions AC i DC. Un avantatge d'utilitzar instruments de tipus electroestàtic com a voltmetres és que podem ampliar el rang de tensió a mesurar. Hi ha dues maneres d'ampliar el rang d'aquest instrument. Les discutirem una per una.
(a) Utilitzant divisors de potencial de resistència: Es mostra a continuació el diagrama de circuit d'aquesta configuració.
La tensió que volem mesurar es connecta a través de la resistència total r i el capacitor electroestàtic es connecta a través de la porció de la resistència total que es marca com r. Ara suposem que la tensió aplicada és DC, llavors hem de fer una suposició que el capacitor connectat té una resistència de fuga infinita. En aquest cas, el factor de multiplicació es dóna per la raó de la resistència elèctrica r/R. L'operació AC en aquest circuit també es pot analitzar fàcilment, i en el cas d'operació AC, el factor de multiplicació és igual a r/R.
(b) Utilitzant la tècnica de multiplicador de capacitors: Podem augmentar el rang de tensió a mesurar col·locant una sèrie de capacitors com es mostra en el circuit donat.
Derivem l'expressió del factor de multiplicació per al diagrama de circuit 1. Marquem la capacitància del voltmetre com C1 i el capacitor en sèrie com C2 com es mostra en el diagrama de circuit donat. Ara la combinació en sèrie d'aquests capacitors és igual a
Que és la capacitància total del circuit. Ara la impedància del voltmetre és igual a Z1 = 1/jωC1 i, per tant, la impedància total serà igual a
Ara, el factor de multiplicació es pot definir com la raó de Z/Z1, que és igual a 1 + C2 / C1. De manera similar, el factor de multiplicació també es pot calcular. Per tant, d'aquesta manera, podem augmentar el rang de tensió a mesurar.
Aventatges dels instruments de tipus electroestàtic
Ara veurem alguns avantatges dels instruments de tipus electroestàtic.
El primer i més important avantatge és que podem mesurar tensions AC i DC, i la raó és molt clara: el moment de desviació és directament proporcional al quadrat de la tensió.
El consum d'energia és bastant baix en aquests tipus d'instruments, ja que la corrent que aquests instruments prenen és molt baixa.
Podem mesurar valors alts de tensió.
Inconvenients dels instruments de tipus electroestàtic
Malgrat diversos avantatges, els instruments electroestàtics tenen alguns inconvenients, que són els següents.
Són bastant caros en comparació amb altres instruments i també tenen un gran tamany.
La escala no és uniforme.
Les forces operatives involucrades són petites en magnitud.
Declaració: Respecta l'original, els bons articles meriten ser compartits, si hi ha alguna infracció contacta per eliminar-la.
