עקרון בניית מכשירים אלקטרוסטטיים משוואת מומנט

עקרון ההפעלה של מכשירי הסוג האלקטרוסטטי

כפי שממשתמע מהשם, מכשירי הסוג האלקטרוסטטי משתמשים בשדה חשמלי סטטי כדי ליצור מומנט סיבוב. מכשירים מסוג זה בדרך כלל משמשים למדידת מתחים גבוהים, אך במקרים מסוימים הם יכולים לשמש גם למדידת מתחים נמוכים ועוצמת הזרם במעגל נתון. ישנן שתי דרכים אפשריות בהן יכול המומנט האלקטרוסטטי לפעול. שני התנאים האפשריים מתוארים להלן,

בניה של מכשירי הסוג האלקטרוסטטי

1. כאשר אחד הפאנלים קבוע והשני חופשי לנוע, הפאנלים טעונים במטענים מנוגדים כדי ליצור כוח משיכה ביניהם. כתוצאה מהכוח המשיכה, הפאנל הנע יזוז לעבר הפאנל הקבוע עד שהפאנל הנע יאחסן את האנרגיה האלקטרוסטטית המקסימלית.

2. בפריסת אחרת ייתכן שיש כוח משיכה או דחייה או שניהם, בשל סיבוב של הפאנל.

משוואת הכוח והמומנט של מכשירי הסוג האלקטרוסטטי

כעת נגזור את משוואת הכוח עבור מכשירי הסוג האלקטרוסטטי הליניאריים. נניח שני פאנלים כפי שמוצג בדיאגרמה המצורפת.

הפאנל A טעון חיובית והפאנל B טעון שלילית. כמו שצוין למעלה, בהתאם לתנאי האפשרי (a) יש לנו תנועה ליניארית בין הפאנלים. הפאנל A קבוע והפאנל B חופשי לנוע. נניח כי קיים כוח F בין שני הפאנלים כאשר הם נמצאים בשיווי משקל, כאשר הכוח האלקטרוסטטי שווה לכוח הקפיץ. בנקודה זו, האנרגיה האלקטרוסטטית המאוחסנת בפאנלים היא

כעת נניח שאנו מגבירים את המתח המופעל בכמות dV, כתוצאה מכך הפאנל B זוז לעבר הפאנל A מרחק dx. העבודה שנעשתה כנגד כוח הקפיץ עקב הזזה של הפאנל B היא F.dx. המתח המופעל קשור ל הזרם באופן הבא

מהערך של הזרם החשמלי ניתן לחשב את האנרגיה המושקעת כ

מכאן ניתן לחשב את השינוי באנרגיה המאוחסנת וזה יוצא להיות

בניצול של איברים מסדר גבוה יותר המופיעים בביטוי. כעת על ידי החלקת עקרון שימור האנרגיה יש לנו אנרגיה מושקעת במערכת = עלייה באנרגיה המאוחסנת במערכת + עבודה מכנית שנעשתה על ידי המערכת. מכאן ניתן לכתוב,

מהמשוואה הנ"ל ניתן לחשב את הכוח כ

כעת נגזור משוואות כוח ומומנט עבור מכשירי הסוג האלקטרוסטטי הרוטטיביים. דיאגרמה מוצגת להלן,

כדי למצוא את הביטוי למומנט סיבוב במקרה של מכשירי הסוג האלקטרוסטטי הרוטטיביים, פשוט החליפו את F ב-Td ואת dx ב-dA. עכשיו נכתוב מחדש את המשוואה המעודכנת, מומנט הסיבוב שווה ל

כעת במצב יציב יש לנו מומנט בקרה הנתון על ידי הביטוי Tc = K × A. הזווית A יכולה להיכתב כ

מהביטוי הזה אנחנו מסקנים שהזווית של המצביע היא פרופורציונלית לריבוע של המתח המודד, לכן הסולם לא יהיה אחיד. בואו נדבר עכשיו על אלקטרומטר רביעי. מכשיר זה בדרך כלל משמש למדידת מתחים המגיעים מ-100V ועד 20 קילוולט. שוב, המומנט הסיבובי המתקבל באלקטרומטר הרביעי הוא פרופורציונלי לריבוע של המתח המופעל; יתרון אחד של זה הוא שמכשיר זה יכול לשמש למדידת מתחים חילופיים ומתחים ישרים. יתרון נוסף בשימוש במכשירי הסוג האלקטרוסטטי כ- וולטמטרים הוא שאנחנו יכולים להרחיב את טווח המתח המודד. ישנן שתי דרכים להרחיב את טווח המכשיר הזה. נדון בהם אחת אחרי השנייה.

(a) באמצעות מחוללי מתח: להלן מצורפת דיאגרמת המעגל של תצורה כזו.

המתח אותו אנו רוצים למדוד מופעל לאורך ההתנגדות הכוללת r וה kondesnator האלקטרוסטטי מחובר לאורך חלק מההתנגדות הכוללת המסומן כ-r. אם המתח המופעל הוא DC, אז עלינו להניח שה kondesnator המחובר הוא בעל התנגדות נשירה אינסופית. במקרה זה גורם הכפל הוא היחס בין ההתנגדות החשמלית r/R. ניתוח פעולת AC על מעגל זה יכול להתבצע בקלות שוב במקרה של פעולה של AC גורם הכפל שווה ל-r/R.
(b) באמצעות טכניקת כפל kondesnator: ניתן להרחיב את טווח המתח המודד על ידי 배치 של סדרה של kondesnatoren כפי שמוצג במעגל הנתון.

בואו נגזור את הביטוי עבור גורם הכפל עבור דיאגרמת המעגל 1. נסמן את קיבול הוולטמטר כ-C1 וה kondesnator הסדרתי כ-C2 כפי שמוצג בדיאגרמת המעגל הנתונה. כעת הסדרה של kondesnatoren הללו תהיה שווה ל

שהוא הקיבול הכולל של המעגל. כעת המרחק של הוולטמטר שווה ל-Z1 = 1/jωC1 ובכן המרחק הכולל יהיה שווה ל

כעת גורם הכפל יכול להיות מוגדר כיחס בין Z/Z1 שהוא שווה ל-1 + C2 / C1. באופן דומה ניתן לחשב את גורם הכפל. לכן באופן זה ניתן להרחיב את טווח המתח המודד.

יתרונות של מכשירי הסוג האלקטרוסטטי

כעת נעבור למספר יתרונות של מכשירי הסוג האלקטרוסטטי.

1. היתרון הראשון והחשוב ביותר הוא שאנחנו יכולים למדוד מתחים חילופיים ומתחים ישרים והסיבה ברורה מאוד - המומנט הסיבובי הוא פרופורציונלי לריבוע של המתח.

2. צריכת החשמל היא נמוכה מאוד במכשירים מסוג זה מכיוון שהזרם המושך על ידי המכשירים הללו הוא נמוך מאוד.

3. אנחנו יכולים למדוד ערכים גבוהים של מתח.

חסרונות של מכשירי הסוג האלקטרוסטטי

למרות היתרונות הרבים, מכשירי הסוג האלקטרוסטטי בעלי מספר חסרונות, והם מתוארים להלן.

1. הם יקרים מאוד בהשוואה למכשירים אחרים וגם הם גדולים מאוד.

2. הסולם אינו אחיד.

3. הכוחות השונים המעורבים בתפעול הם קטנים מאוד במגניטודה.

הצהרה: כבוד למקור, מאמרים טובים שראויים לחלוקה, במקרה של הפרת זכויות יוצרים אנא צור קשר למחיקה.