Η Κατασκευή και το Αρχή Λειτουργίας των Συσκευών Ηλεκτροστατικού Τύπου Εξίσωση Δινήσεως
Λειτουργικό Αρχή των Εξαρτημάτων Τύπου Ηλεκτροστατικός
Όπως υποδηλώνει ο όνομα, τα εξαρτήματα τύπου ηλεκτροστατικός χρησιμοποιούν ηλεκτροστατικό πεδίο για να παράγουν τον διαστρεβλωτικό τόρκο. Αυτά τα είδη εξαρτημάτων χρησιμοποιούνται συνήθως για τη μέτρηση υψηλών τάσεων, αλλά σε κάποιες περιπτώσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση χαμηλών τάσεων και ισχύος ενός δοθέν περιβάλλοντος. Υπάρχουν δύο πιθανοί τρόποι με τους οποίους μπορεί να δράσει η ηλεκτροστατική δύναμη. Οι δύο πιθανές συνθήκες είναι οι εξής,
Κατασκευή Εξαρτημάτων Τύπου Ηλεκτροστατικός
Όταν μία από τις πλάκες είναι σταθερή και η άλλη είναι ελεύθερη να κινείται, οι πλάκες φορτίζονται αντίθετα ώστε να υπάρξει δυναμική έλξη μεταξύ τους. Λόγω αυτής της δυναμικής έλξης, η κινούμενη πλάκα θα κινηθεί προς τη σταθερή ή την ακίνητη πλάκα μέχρι να αποθηκεύσει τη μέγιστη ηλεκτροστατική ενέργεια.
Σε άλλη διάταξη, μπορεί να υπάρξει δύναμη έλξης ή απωθήσεως ή και των δύο, λόγω κάποιας περιστροφής της πλάκης.
Εξίσωση Δύναμης και Τόρκου των Εξαρτημάτων Τύπου Ηλεκτροστατικός
Ας πάρουμε τώρα την εξίσωση δύναμης για τα γραμμικά εξαρτήματα τύπου ηλεκτροστατικός. Θεωρούμε δύο πλάκες όπως φαίνεται στο διάγραμμα παρακάτω.
Η πλάκα A είναι θετικά φορτισμένη και η πλάκα B είναι αρνητικά φορτισμένη. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, σύμφωνα με τη δυνατή συνθήκη (a) έχουμε γραμμική κίνηση μεταξύ των πλακών. Η πλάκα A είναι σταθερή και η πλάκα B είναι ελεύθερη να κινείται. Υποθέτουμε ότι υπάρχει κάποια δύναμη F μεταξύ των δύο πλακών σε ισορροπία, όταν η ηλεκτροστατική δύναμη γίνεται ίση με τη δύναμη της ελατηρίου. Σε αυτό το σημείο, η ηλεκτροστατική ενέργεια που αποθηκεύτηκε στις πλάκες είναι
Τώρα, αν αυξήσουμε την εφαρμοσμένη τάση κατά μια ποσότητα dV, λόγω αυτού η πλάκα B θα κινηθεί προς την πλάκα A κατά μια απόσταση dx. Το έργο που έχει γίνει εναντίον της δύναμης του ελατηρίου λόγω της μετατόπισης της πλάκας B είναι F.dx. Η εφαρμοσμένη τάση συνδέεται με την ροή τροφοδοσίας ως
Με βάση αυτή την τιμή της ηλεκτρικής ροής, η εισερχόμενη ενέργεια μπορεί να υπολογιστεί ως
Με βάση αυτό, μπορούμε να υπολογίσουμε τη μεταβολή της αποθηκευμένης ενέργειας, η οποία είναι
Αγνοώντας τους όρους υψηλότερης τάξης που εμφανίζονται στην έκφραση. Τώρα, εφαρμόζοντας την αρχή της διατήρησης της ενέργειας, έχουμε την εισερχόμενη ενέργεια στο σύστημα = αύξηση της αποθηκευμένης ενέργειας του συστήματος + μηχανικό έργο που επιτελεί το σύστημα. Με βάση αυτό, μπορούμε να γράψουμε,
Από την παραπάνω εξίσωση, η δύναμη μπορεί να υπολογιστεί ως
Τώρα, ας πάρουμε την εξίσωση δύναμης και τόρκου για τα περιστρεφόμενα εξαρτήματα τύπου ηλεκτροστατικός. Το διάγραμμα είναι εμφανές παρακάτω,
Για να βρούμε την έκφραση του διαστρεβλωτικού τόρκου στην περίπτωση των περιστρεφόμενων εξαρτημάτων ηλεκτροστατικός, αντικαταστήστε στην εξίσωση (1) την F με Td και το dx με dA. Ξαναγράφοντας την τροποποιημένη εξίσωση, έχουμε ότι ο διαστρεβλωτικός τόρκος είναι ίσος με
Τώρα, σε σταθερό καθεστώς, έχουμε ότι ο ελεγχόμενος τόρκος δίνεται από την έκφραση Tc = K × A. Η απόκλιση A μπορεί να γραφτεί ως
Από αυτή την έκφραση, συμπεραίνουμε ότι η απόκλιση του δείκτη είναι ανάλογη με το τετράγωνο της τάσης που πρέπει να μετρηθεί, άρα η κλίμακα θα είναι μη ομοιόμορφη. Ας συζητήσουμε τώρα για το Ελεκτρομέτρο Quadrant. Αυτό το εξάρτημα χρησιμοποιείται συνήθως για τη μέτρηση τάσεων από 100V έως 20 χιλιώνια βόλτ. Πάλι, ο διαστρεβλωτικός τόρκος που προκύπτει στο Ελεκτρόμετρο Quadrant είναι ανάλογος με το τετράγωνο της εφαρμοσμένης τάσης· ένα πλεονέκτημα αυτού είναι ότι αυτό το εξάρτημα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση και τόσο της AC όσο και της DC τάσης. Ένα πλεονέκτημα της χρήσης των εξαρτημάτων τύπου ηλεκτροστατικός ως βολτμέτρων είναι ότι μπορούμε να επεκτείνουμε το εύρος της τάσης που πρέπει να μετρηθεί. Υπάρχουν δύο τρόποι επέκτασης του εύρους αυτού του εξαρτήματος. Θα τους συζητήσουμε έναν έναν.
(a) Χρησιμοποιώντας αντιστοιχίες διαιρετήρες δυναμικού: Το παρακάτω σχήμα είναι το διάγραμμα της προς συζήτηση διάταξης.
Η τάση που θέλουμε να μετρήσουμε εφαρμόζεται στη συνολική αντίσταση r και το ηλεκτροστατικό καταναλωτή είναι συνδεδεμένο με το μέρος της συνολικής αντίστασης που είναι σηματοδοτημένο ως r. Τώρα, αν η εφαρμοσμένη τάση είναι DC, τότε θα πρέπει να κάνουμε την υπόθεση ότι ο καταναλωτής που είναι συνδεδεμένος έχει άπειρη αντίσταση διαρροής. Σε αυτή την περίπτωση, ο πολλαπλασιαστικός παράγοντας δίνεται από το λόγο ηλεκτρικής αντίστασης r/R. Η λειτουργία AC σε αυτό το πλήρωμα μπορεί επίσης να αναλυθεί εύκολα, και στην περίπτωση της λειτουργίας AC, ο πολλαπλασιαστικός παράγοντας είναι ίσος με r/R.
(b) Χρησιμοποιώντας τεχνική πολλαπλασιαστή καταναλωτή: Μπορούμε να αυξήσ
