Elektrostatische type instrumenten constructieprincipe drijfkrachtvergelijking
Werkingsprincipe van elektrostatische meetinstrumenten
Zoals de naam al aangeeft, gebruiken elektrostatische meetinstrumenten een statisch elektrisch veld om de afbuigkracht te produceren. Deze soort instrumenten wordt meestal gebruikt voor het meten van hoge spanningen, maar in sommige gevallen kunnen ze ook worden gebruikt voor het meten van lagere spanningen en vermogens van een gegeven circuit. Er zijn twee mogelijke manieren waarop de elektrostatische kracht kan werken. De twee mogelijke omstandigheden staan hieronder vermeld.
Constructie van elektrostatische meetinstrumenten
Wanneer één van de platen vast is en de andere plaat vrij kan bewegen, worden de platen tegenovergesteld geladen om een aantrekkende kracht tussen hen te hebben. Door deze aantrekkende kracht zal de bewegende plaat naar de vaste of stationaire plaat bewegen totdat de bewegende plaat de maximale elektrostatische energie heeft opgeslagen.
In een andere configuratie kan er een kracht van aantrekking of afstoting, of beide, zijn, door de rotatie van de plaat.
Kracht- en koppelvergelijking van elektrostatische meetinstrumenten
Laten we nu de krachtvergelijking voor lineaire elektrostatische meetinstrumenten afleiden. Laten we twee platen overwegen zoals getoond in de onderstaande figuur.
Plaat A is positief geladen en plaat B is negatief geladen. Zoals eerder genoemd, hebben we volgens de mogelijke omstandigheid (a) lineaire beweging tussen de platen. Plaat A is vast en plaat B kan vrij bewegen. Laten we aannemen dat er een bepaalde kracht F tussen de twee platen bestaat bij evenwicht, wanneer de elektrostatische kracht gelijk is aan de veerkracht. Op dit punt is de opgeslagen elektrostatische energie in de platen
Stel nu dat we de aangebrachte spanning met een bedrag dV verhogen, waardoor plaat B zich met een afstand dx naar plaat A beweegt. Het werk dat tegen de veerkracht wordt verricht door de verplaatsing van plaat B is F.dx. De aangebrachte spanning is gerelateerd aan stroom als
Uit deze waarde van elektrische stroom kan de ingevoerde energie worden berekend als
Hieruit kunnen we de verandering in de opgeslagen energie berekenen, die uitkomt op
Door hogere orde termen in de expressie te negeren. Nu passen we het principe van energiebehoud toe, zodat de ingevoerde energie in het systeem = toename van de opgeslagen energie in het systeem + mechanisch werk door het systeem. Hieruit kunnen we schrijven,
Uit de bovenstaande vergelijking kan de kracht worden berekend als
Laten we nu de kracht- en koppelvergelijking voor roterende elektrostatische meetinstrumenten afleiden. Diagram is hieronder getoond,
Om de expressie voor de afbuigkracht in het geval van roterende elektrostatische instrumenten te vinden, vervang in vergelijking (1) F door Td en dx door dA. Nu herschrijven we de gewijzigde vergelijking, dan is de afbuigkracht gelijk aan
Nu hebben we in stabiele toestand de regulerende kracht gegeven door de expressie Tc = K × A. De deflectie A kan worden geschreven als
Uit deze expressie concluderen we dat de deflectie van de wijzer recht evenredig is met het kwadraat van de te meten spanning, dus de schaal zal niet uniform zijn. Laten we nu de Quadrant-electrometer bespreken. Dit instrument wordt meestal gebruikt voor het meten van spanningen van 100V tot 20 kilovolt. Weer is de afbuigkracht die in de Quadrant-electrometer wordt verkregen, recht evenredig met het kwadraat van de aangebrachte spanning; een voordeel hiervan is dat dit instrument zowel AC- als DC-spanningen kan meten. Een voordeel van het gebruik van elektrostatische meetinstrumenten als voltmeter is dat we het bereik van de te meten spanning kunnen uitbreiden. Er zijn twee manieren om het bereik van dit instrument uit te breiden. We bespreken ze een voor een.
(a) Door het gebruik van weerstands potentiaaldelers: Onderstaand is het schema van deze configuratie.
De spanning die we willen meten, wordt aangebracht over de totale weerstand r en de elektrostatische condensator is aangesloten over het deel van de totale weerstand dat is gemarkeerd als r. Stel nu dat de aangebrachte spanning DC is, dan moeten we aannemen dat de aangesloten condensator een oneindige lekkage-weerstand heeft. In dit geval is de vermenigvuldigingsfactor gegeven door het verhouding van elektrische weerstand r/R. De werking van AC op dit circuit kan ook eenvoudig worden geanalyseerd, in het geval van AC-operatie is de vermenigvuldigingsfactor gelijk aan r/R.
(b) Door het gebruik van de condensator-vermenigvuldigertechniek: We kunnen het bereik van de te meten spanning vergroten door een reeks condensatoren te plaatsen zoals getoond in het gegeven schema.
Laten we de expressie voor de vermenigvuldigingsfactor voor het schema 1 afleiden. Laten we de capaciteit van de voltmeter markeren als C1 en de serie-condensator als C2 zoals getoond in het gegeven schema. Nu is de seriecombinatie van deze condensatoren gelijk aan
Welke de totale capaciteit van het circuit is. Nu is de impedantie van de voltmeter gelijk aan Z1 = 1/jωC1 en dus de totale impedantie is gelijk aan
Nu kan de vermenigvuldigingsfactor worden gedefinieerd als het verhouding van Z/Z1, wat gelijk is aan 1 + C2 / C1. Op dezelfde manier kan de vermenigvuldigingsfactor ook worden berekend. Op deze manier kunnen we het bereik van de te meten spanning vergroten.
Voordeel van elektrostatische meetinstrumenten
Laten we nu kijken naar enkele voordeel van elektrostatische meetinstrumenten.
Het eerste en belangrijkste voordeel is dat we zowel AC- als DC-spanning kunnen meten, en de reden hiervoor is duidelijk, de afbuigkracht is recht evenredig met het kwadraat van de spanning.
De stroomverbruik is vrij laag bij dit soort instrumenten, omdat de stroom die door deze instrumenten wordt getrokken, vrij laag is.
We kunnen hoge waarden van spanning meten.
Nadelen van elektrostatische meetinstrumenten
Ondanks de verschillende voordelen hebben elektrostatische instrumenten enkele nadelen, en deze staan hieronder vermeld.
Ze zijn vrij duur ten opzichte van andere instrumenten en hebben ook een grote grootte.
De schaal is niet uniform.
De verschillende werkkrachten die betrokken zijn, zijn klein van grootte.
Verklaring: Respecteer het origineel, goede artikelen zijn de moeite waard om te delen, indien er sprake is van schending contacteer dan voor verwijdering.
