Elektrosztatikus típusú műszerek szerkezeti elv, forgóerő egyenlete

Elektrosztatikus típusú műszerek működési elve

Ahogy a név is utal rá, az elektrosztatikus típusú műszer statikus elektromos mezőt használ a torzóerő előállítására. Ilyen típusú műszereket általában magas feszültség mérésére használnak, de néha alacsonyabb feszültségek és adott áramkörök teljesítményének mérésére is felhasználhatók. Az elektrosztatikus erő két lehetséges módja van. A két lehetséges eset a következő:

Elektrosztatikus típusú műszerek szerkezete

1. Ha az egyik lemez rögzített, a másik pedig szabadon mozog, a lemezek ellentétesen töltöttek, hogy vonzó erő jöjjön létre közöttük. Ez a vonzó erő miatt a mozgó lemez a rögzített vagy állományos lemez felé mozdul, amíg a mozgó lemezben a legnagyobb elektrosztatikus energia tárolódik.

2. Más esetben lehet vonzó vagy toló erő, vagy mindkettő, a lemez valamiféle forgása miatt.

Elektrosztatikus típusú műszerek erő- és torzióegyenlete

Most vezessük le az elektrosztatikus típusú lineáris műszerek erőegyenletét. Tekintsünk két lemezt, ahogyan az alábbi ábrán látható.

Az A lemez pozitívan töltött, a B lemez pedig negatívan töltött. Ahogyan fentebb említettük, a lehetséges feltétel (a) szerint lineáris mozgás van a lemezek között. Az A lemez rögzített, a B lemez pedig szabadon mozog. Tegyük fel, hogy a két lemez között egyensúlyban van egy F erő, amikor az elektrosztatikus erő egyenlő a rugóerővel. Ebben a pontban a lemezekben tárolt elektrosztatikus energia

Most növeljük a megfeszülést dV értékkel, ekkor a B lemez a A lemez felé dx távolsággal mozdul el. A rugóerő elleni munka, amely a B lemez elmozdulásával kapcsolatos, F.dx. A megfeszülés kapcsolódik a áramhoz, mint

Ebből az elektromos áram értékéből a beviteli energia kiszámítható, mint

Ebből kiszámítható a tárolt energia változása, ami a következő lesz

Figyelembe véve a kifejezésben szereplő magasabb rendű tagok elhanyagolását. Most alkalmazzuk az energiamegmaradás törvényét, miszerint a rendszerbe bevezetett energia = a rendszerben tárolt energia növekedése + a rendszer által végzett mechanikai munka. Ebből írhatjuk, hogy

A fenti egyenletből kiszámítható az erő, mint

Most vezessük le a forgó elektrosztatikus típusú műszerek erő- és torzióegyenletét. Látható az alábbi ábrán,

A forgó elektrosztatikus műszerek esetében a torzóerő kifejezésének meghatározásához cseréljük le az (1) egyenletben az F-et Td-re, és a dx-et dA-ra. Írjuk fel újra a módosított egyenletet, a torzóerő a következő lesz

Stabil állapotban a vezérlő torzóerő a Tc = K × A kifejezéssel adható meg. A D eltolás a következőképpen írható:

Ebből a kifejezésből következtethetünk, hogy a mutató eltolása arányos a mérni kívánt feszültség négyzetével, tehát a skála nem egyenletes. Beszéljünk most a Kvadrant elektrometróról. Ez a műszer általában 100 V és 20 kilovolt közötti feszültség mérésére használt. A kvadrant elektrometerben a torzóerő ismét arányos a feszültség négyzetével, ennek egyik előnye, hogy a műszer AC és DC feszültségeket is mérhet. Az elektrosztatikus típusú műszerek használata voltmérők ként egy másik előnye, hogy kiterjeszthetjük a mérni kívánt feszültség tartományát. Van két módja ennek a kiterjesztésnek. Egyenként foglalkozunk velük.

(a) Ellentétes irányú potenciós osztók használatával: Látható az alábbi ábrán ez a konfiguráció.

A mérni kívánt feszültséget a teljes ellenállás r-en alkalmazzuk, és az elektrosztatikus kondenzátor a teljes ellenállás r részén található. Ha a megfeszülés DC, akkor tegyük fel, hogy a csatlakoztatott kondenzátor végtelen szivárgási ellenállással rendelkezik. Ebben az esetben a szorzó tényező a elektrikus ellenállás r/R arányával adható meg. Az AC működés is könnyen elemzhető, itt is a szorzó tényező r/R.
(b) Kondenzátor-szorzó technika: Növelhetjük a mérni kívánt feszültség tartományát, ha sorban helyezünk kondenzátort, ahogyan az alábbi ábrán látható.

Vezessük le a 1. ábra szorzó tényezőjének kifejezését. Jelöljük a kondenzátor kapacitanciát C1-nek, és a soros kondenzátort C2-nek, ahogyan az adott ábrán látható. A kondenzátorok soros kombinációja a következő lesz

Ez a circuit teljes kapacitanciája. A voltmérő impedanciája Z1 = 1/jωC1, és a teljes impedancia a következő lesz

A szorzó tényező definíciója a Z/Z1 arány, ami 1 + C2 / C1. Hasonlóan számítható a szorzó tényező. Így növelhetjük a mérni kívánt feszültség tartományát.

Elektrosztatikus típusú műszerek előnyei

Nézzük meg néhány elektrosztatikus típusú műszer előnyét.

1. Az első és legfontosabb előny, hogy mind AC, mind DC feszültséget mérhetünk, és az oka nyilvánvaló, a torzóerő arányos a feszültség négyzetével.

2. Az ilyen típusú műszerekben a fogyasztott energia alacsony, mivel a műszer által felvett áram alacsony.

3. Magas feszültségértékeket mérhetünk.

Elektrosztatikus típusú műszerek hátrányai

Az elektrosztatikus műszereknek, bár rengeteg előnyük van, vannak hátrányai is, amelyek a következők:

1. Ezek drágábbak, mint a többi műszer, és nagyobb méretűek is.

2. A skála nem egyenletes.

3. A különböző működési erők kis méretűek.

Nyilatkozat: Tiszteletben tartsuk az eredeti, jó cikkeket, amelyek megosztásra méltóak, ha sértés történt, lépjünk kapcsolatba a törlésért.