Princip konstrukcije elektrostatskih instrumenata Jednadžba vrtloga

Radni princip elektrostatičkih tipova instrumenta

Kao što naziv sugerira, elektrostatički tip instrumenta koristi statičko električno polje kako bi proizveo odbojnu vrtljinu. Ovi tipovi instrumenta općenito se koriste za mjerenje visokih napona, ali u nekim slučajevima mogu se koristiti i za mjerenje nižih napona i snage određene strujne petlje. Sada postoje dvije moguće načine na koje može djelovati elektrostatička sila. Dva moguća stanja navedena su ispod,

Konstrukcija elektrostatičkih tipova instrumenta

1. Kada je jedna ploča fiksna, a druga slobodna da se pomiče, ploče su suprotno nabijene kako bi između njih postojala privlačna sila. Zbog ove privlačne sile, pokretna ploča će se kretati prema stacionarnoj ili fiksnoj ploči dok pokretna ploča ne sačuva maksimalnu elektrostatičku energiju.

2. U drugom rasporedu može postojati sila privlačenja ili odbijanja, ili oba, zbog nekog rotiranja ploče.

Jednadžba sile i vrtljine elektrostatičkih tipova instrumenta

Sada izvedimo jednadžbu sile za linearne elektrostatičke tipove instrumenta. Pretpostavimo dvije ploče kao što je prikazano na dijagramu ispod.

Ploča A je pozitivno nabijena, a ploča B negativno. Kao što je gore navedeno, prema mogućem stanju (a) imamo linearni pokret između ploča. Ploča A je fiksna, a ploča B slobodna da se pomiče. Pretpostavimo da postoji neka sila F između dvije ploče u ravnoteži, kada elektrostatička sila postane jednaka sili opruge. U tom trenutku, elektrostatična energija sačuvana u pločama je

Sada pretpostavimo da povećamo primijenjeni napon za iznos dV, zbog čega se ploča B pomakne prema ploči A za udaljenost dx. Rad protiv sile opruge zbog pomaka ploče B je F.dx. Primijenjeni napon je vezan uz struju kao

Iz ove vrijednosti električne struje ulazna energija može se izračunati kao

Iz toga možemo izračunati promjenu u sačuvanoj energiji, a ta se iznosi

Zanemarivši više redne termine koji se pojavljuju u izrazu. Sada primjenom principa održavanja energije imamo ulaznu energiju u sustav = povećanje sačuvane energije sustava + mehanički rad izvršen od strane sustava. Iz toga možemo zapisati,

Iz gornje jednadžbe sila se može izračunati kao

Sada izvedimo jednadžbu sile i vrtljine za rotacijske elektrostatičke tipove instrumenta. Dijagram je prikazan ispod,

Da bismo pronašli izraz za odbojnu vrtljinu u slučaju rotacijskih elektrostatičkih instrumenta, samo zamijenite F s Td i dx s dA u jednadžbi (1). Sada prepisujemo modificiranu jednadžbu, imamo da je odbojna vrtljina jednaka

Sada u stanju ravnoteže kontrolna vrtljina dana je izrazom Tc = K × A. Deflekcija A može se zapisati kao

Iz ovog izraza zaključujemo da je deflekcija kazaljke direktno proporcionalna kvadratu napona koji se mjeri, stoga će skala biti neuniformna. Sada razmotrimo Kvadrantni elektrometar. Ovaj instrument općenito se koristi za mjerenje napona u rasponu od 100V do 20 kilovolata. Ponovo, odbojna vrtljina dobivena u Kvadrantnom elektrometru je direktno proporcionalna kvadratu primijenjenog napona; jedna prednost toga je da se ovaj instrument može koristiti za mjerenje i AC i DC napona. Jedna prednost korištenja elektrostatičkih tipova instrumenta kao voltmetara je da možemo proširiti raspon napona koji se mjeri. Sada postoje dva načina proširenja raspona ovog instrumenta. Razmotrit ćemo ih jedan po jedan.

(a) Koristeći otporne potencijalne djelitelje: Ispod je dijagram strujne petlje ove konfiguracije.

Napon koji želimo mjeriti primjenjuje se na ukupni otpor r, a elektrostatički kapacitor spojen je na dio ukupnog otpora označen kao r. Sada pretpostavimo da je primijenjeni napon DC, tada trebamo pretpostaviti da kapacitor koji je spojen ima beskonačan otpor curenja. U ovom slučaju multiplikativni faktor dan je omjerom električnog otpora r/R. Operacija na AC-u na ovoj strujnoj petlji također se lako može analizirati, ponovo u slučaju operacije na AC-u multiplikativni faktor jednak je r/R.
(b) Koristeći tehniku kapacitivnog množitelja: Možemo povećati raspon napona koji se mjeri stavljajući seriju kapacitora kao što je prikazano na datom dijagramu strujne petlje.

Izvedimo izraz za multiplikativni faktor za dijagram strujne petlje 1. Označimo kapacitet voltmetra C1, a serijalni kapacitor C2 kao što je prikazano na datom dijagramu strujne petlje. Sada serijalna kombinacija ovih kapacitora jednaka je

To je ukupni kapacitet strujne petlje. Sada impedanca voltmetra jednaka je Z1 = 1/jωC1, a stoga će ukupna impedanca biti jednaka

Sada multiplikativni faktor može se definirati kao omjer Z/Z1, što je jednako 1 + C2 / C1. Slično, multiplikativni faktor se također može izračunati. Stoga na taj način možemo povećati raspon napona koji se mjeri.

Prednosti elektrostatičkih tipova instrumenta

Sada pogledajmo neke prednosti elektrostatičkih tipova instrumenta.

1. Prva i najvažnija prednost jest da možemo mjeriti i AC i DC napon, a razlog je vrlo jasan, odbojna vrtljina je direktno proporcionalna kvadratu napona.

2. Potrošnja snage u ovim tipovima instrumenta je vrlo niska, jer struja koju ti instrumenti povuku je vrlo niska.

3. Možemo mjeriti visoke vrijednosti napona.

Nedostaci elektrostatičkih tipova instrumenta

Umjesto raznih prednosti, elektrostatički instrumenti imaju nekoliko nedostataka, a ti su navedeni ispod.

1. Ovi su vrlo skupi uspoređeno s drugim instrumentima i također imaju veliku veličinu.

2. Skala nije uniformna.

3. Različite operativne sile uključene su male po magnitudi.

Izjava: Poštovanje originala, dobre članke vrijede podijeliti, ukoliko postoji kršenje autorskih prava kontaktirajte za brisanje.