Prinsip Pembinaan Alat Jenis Elektrostatik Persamaan Tork

Prinsip Kerja Alat Jenis Elektrostatik

Seperti namanya, alat jenis elektrostatik menggunakan medan elektrik statik untuk menghasilkan torka pengalihan. Jenis alat ini biasanya digunakan untuk mengukur voltan yang tinggi, tetapi dalam beberapa kes, ia boleh digunakan untuk mengukur voltan dan kuasa yang lebih rendah pada litar tertentu. Terdapat dua cara mungkin di mana daya elektrostatik boleh bertindak. Dua keadaan yang mungkin ditulis di bawah,

Pembinaan Alat Jenis Elektrostatik

1. Apabila salah satu plat adalah tetap dan plat lainnya bebas bergerak, kedua-dua plat dikenakan muatan yang berlawanan untuk mempunyai daya tarikan antara mereka. Kini, disebabkan daya tarikan ini, plat yang boleh bergerak akan bergerak ke arah plat yang tetap sehingga plat bergerak menyimpan tenaga elektrostatik maksimum.

2. Dalam susunan lain, mungkin ada daya tarikan atau tolakan atau kedua-duanya, disebabkan oleh beberapa putaran plat.

Persamaan Daya dan Torka bagi Alat Jenis Elektrostatik

Sekarang mari kita terbitkan persamaan daya bagi alat jenis elektrostatik linear. Mari kita pertimbangkan dua plat seperti yang ditunjukkan dalam rajah yang diberikan di bawah.

Plat A dibebankan positif dan plat B dibebankan negatif. Seperti yang disebutkan di atas, berdasarkan keadaan yang mungkin (a) kita mempunyai gerakan linear antara plat-plat tersebut. Plat A tetap dan plat B bebas bergerak. Mari kita anda ada beberapa daya F antara kedua-dua plat pada keseimbangan apabila daya elektrostatik menjadi sama dengan daya spring. Pada titik ini, tenaga elektrostatik yang tersimpan dalam plat adalah

Sekarang anggap kita meningkatkan voltan yang dikenakan sebanyak dV, disebabkan ini plat B bergerak ke arah plat A sejauh dx. Kerja yang dilakukan menentang daya spring akibat perpindahan plat B adalah F.dx. Voltan yang dikenakan berkaitan dengan arus sebagai

Dari nilai arus ini, tenaga input boleh dikira sebagai

Dari ini kita boleh mengira perubahan dalam tenaga yang tersimpan dan hasilnya adalah

Dengan mengabaikan istilah-istilah tertib yang lebih tinggi yang muncul dalam ungkapan tersebut. Kini dengan menerapkan prinsip pemeliharaan tenaga, kita mempunyai tenaga input ke sistem = peningkatan dalam tenaga yang tersimpan dalam sistem + kerja mekanikal yang dilakukan oleh sistem. Dari ini kita boleh menulis,

Dari persamaan di atas, daya boleh dikira sebagai

Sekarang mari kita terbitkan persamaan daya dan torka bagi alat jenis elektrostatik rotary. Rajah ditunjukkan di bawah,

Untuk mencari ungkapan bagi torka pengalihan dalam kes alat jenis elektrostatik rotary, gantikan F dalam persamaan (1) dengan Td dan dx dengan dA. Sekarang tulis semula persamaan yang dimodifikasi, kita mempunyai torka pengalihan bersamaan dengan

Kini pada keadaan stabil, torka kawalan diberikan oleh ungkapan Tc = K × A. Defleksi A boleh ditulis sebagai

Dari ungkapan ini, kita dapat membuat kesimpulan bahawa defleksi penunjuk secara langsung berbanding dengan kuasa dua voltan yang hendak diukur, maka skala akan tidak seragam. Mari kita sekarang membincangkan tentang Elektrometer Kuadran. Alat ini biasanya digunakan untuk mengukur voltan yang berkisar dari 100V hingga 20 kilo volt. Lagi, torka pengalihan yang diperoleh dalam Elektrometer Kuadran secara langsung berbanding dengan kuasa dua voltan yang dikenakan; satu kelebihannya adalah alat ini boleh digunakan untuk mengukur voltan AC dan DC. Kelebihan menggunakan alat jenis elektrostatik sebagai voltmeter adalah kita boleh memperluas julat voltan yang hendak diukur. Kini terdapat dua cara untuk memperluas julat alat ini. Kita akan membincangkannya satu demi satu.

(a) Dengan menggunakan pembahagi potensi rintangan: Di bawah adalah rajah litar konfigurasi ini.

Voltan yang ingin diukur dikenakan merentasi rintangan total r dan kapasitor elektrostatik disambungkan merentasi sebahagian rintangan total yang ditandai sebagai r. Kini anggap voltan yang dikenakan adalah DC, maka kita harus membuat satu andaian bahawa kapasitor yang disambungkan mempunyai rintangan kebocoran yang infinit. Dalam kes ini, faktor pengganda diberikan oleh nisbah rintangan elektrik r/R. Operasi ac pada litar ini juga boleh dianalisis dengan mudah, lagi dalam kes operasi ac, faktor pengganda sama dengan r/R.
(b) Dengan menggunakan teknik pengganda kapasitor: Kita boleh meningkatkan julat voltan yang hendak diukur dengan meletakkan siri kapasitor seperti yang ditunjukkan dalam litar yang diberikan.

Mari kita terbitkan ungkapan untuk faktor pengganda bagi rajah litar 1. Mari kita tandakan kapasitansi voltmeter sebagai C1 dan kapasitor siri sebagai C2 seperti yang ditunjukkan dalam rajah litar yang diberikan. Kini gabungan siri kapasitor-kapasitor ini bersamaan dengan

Yang merupakan kapasitansi total litar. Kini impedans voltmeter bersamaan dengan Z1 = 1/jωC1 dan dengan demikian impedans total akan bersamaan dengan

Kini faktor pengganda boleh didefinisikan sebagai nisbah Z/Z1 yang bersamaan dengan 1 + C2 / C1. Sama-sama, faktor pengganda juga boleh dikira. Oleh itu, dengan cara ini kita boleh meningkatkan julat voltan yang hendak diukur.

Kelebihan Alat Jenis Elektrostatik

Sekarang mari kita lihat beberapa kelebihan alat jenis elektrostatik.

1. Kelebihan pertama dan paling penting adalah kita boleh mengukur voltan AC dan DC, dan sebabnya sangat jelas, torka pengalihan secara langsung berbanding dengan kuasa dua voltan.

2. Penggunaan tenaga sangat rendah dalam jenis alat ini kerana arus yang diambil oleh alat ini sangat rendah.

3. Kita boleh mengukur nilai voltan yang tinggi.

Kelemahan Alat Jenis Elektrostatik

Selain daripada pelbagai kelebihan, alat elektrostatik mempunyai beberapa kelemahan dan ini ditulis di bawah.

1. Alat-alat ini agak mahal berbanding dengan alat lain dan juga mempunyai saiz yang besar.

2. Skala tidak seragam.

3. Daya-daya operasi yang terlibat adalah kecil magnitudnya.

Statement: Hormati asal, artikel yang baik layak dikongsi, jika ada pelanggaran sila hubungi untuk hapus.