Elektrostatisk type instrumenter Konstruksjonsprinsipp Drehmomentligning
Arbeidsprinsipp for elektrostatiske instrumenter
Som navnet antyder, bruker elektrostatiske instrumenter statisk elektrisk felt for å produsere avlenkende dreiemoment. Slike instrumenter brukes generelt for måling av høye spenninger, men i noen tilfeller kan de også brukes for å måle lavere spenninger og effekter i en gitt krets. Det er to mulige måter som elektrostatisk kraft kan virke. De to mulige betingelsene er skrevet nedenfor,
Konstruksjon av elektrostatiske instrumenter
Når en av platen er fast, mens den andre platen kan bevege seg fritt, blir platene ladet motsatt for å ha attraktiv kraft mellom dem. Pga. denne attraktive kraften vil den flyttbare platen bevege seg mot den stasjonære eller faste platen inntil den flyttbare platen har lagret maksimalt elektrostatisk energi.
I en annen oppsett kan det være kraft av attraksjon eller repulsjon eller begge, på grunn av rotasjon av plate.
Kraft- og dreiemomentligning for elektrostatiske instrumenter
La oss nå utlede kraftligningen for lineære elektrostatiske instrumenter. La oss betrakte to plater som vist i diagrammet nedenfor.
Plat A er positivt ladet, og plat B er negativt ladet. Som nevnt ovenfor, ifølge mulig betingelse (a), har vi lineær bevegelse mellom platene. Plat A er fast, og plat B kan bevege seg fritt. Anta at det eksisterer en kraft F mellom de to platene ved likevekt når elektrostatisk kraft blir lik fjærkraft. I dette punktet er den lagrede elektrostatiske energien i platene
La oss nå øke den anvendte spenningen med et beløp dV, pga. dette beveger plat B seg mot plat A over en avstand dx. Arbeidet utført mot fjærkraften pga. forskyvning av plat B er F.dx. Den anvendte spenningen er relatert til strøm som
Fra dette verdien av elektrisk strøm kan inngangsenergien beregnes som
Fra dette kan vi beregne endringen i den lagrede energien, og dette viser seg å være
Ved å se bort fra høyere ordens ledd som dukker opp i uttrykket. Nå ved å bruke prinsippet om energibevarelse, har vi inngangsenergi til systemet = økning i den lagrede energien i systemet + mekanisk arbeid utført av systemet. Fra dette kan vi skrive,
Fra den ovennevnte ligningen kan kraften beregnes som
La oss nå utlede kraft- og dreiemomentligning for roterende elektrostatiske instrumenter. Diagram vises nedenfor,
For å finne uttrykket for avlenkende dreiemoment i tilfelle roterende elektrostatiske instrumenter, erstatt bare F med Td og dx med dA i ligning (1). Nå ved å omskrive den modifiserte ligningen, har vi at avlenkende dreiemoment er lik
Nå ved stabiltilstand har vi kontrollerende dreiemoment gitt ved uttrykket Tc = K × A. Avviklet A kan skrives som
Fra dette uttrykket konkluderer vi at pekers avvikling er direkte proporsjonal med kvadratet av spenningen som skal måles, derfor vil skalaen være ujevn. La oss nå diskutere kvadrant-elektrometer. Dette instrumentet brukes generelt for å måle spenninger fra 100V til 20 kilovolt. Igjen er avlenkende dreiemomentet i kvadrant-elektrometer direkte proporsjonalt med kvadratet av den anvendte spenningen; en fordel med dette er at dette instrumentet kan brukes til å måle både AC- og DC-spenninger. En fordel med å bruke elektrostatiske instrumenter som voltmeter er at vi kan utvide spenningsområdet som skal måles. Det er to måter å utvide området for dette instrumentet. Vi vil diskutere dem én etter én.
(a) Ved å bruke motstand potensiell deler: Gitt nedenfor er kretsskjemaet for dette type konfigurasjon.
Spenningen vi ønsker å måle, er anslått over den totale motstanden r, og elektrostatiske kondensator er koblet over delen av den totale motstanden som er merket som r. La oss nå anta at den anvendte spenningen er DC, da bør vi gjøre et antagelse at kondensatoren som er koblet, har ubegrenset lekkasje motstand. I dette tilfellet er multiplikasjonsfaktoren gitt av forholdet elektrisk motstand r/R. AC-drift av denne kretsen kan også analysere lett igjen i tilfelle AC-drift vi multiplikasjonsfaktor lik r/R.
(b) Ved å bruke kondensator-multiplikatorteori: Vi kan øke spenningsområdet som skal måles, ved å plassere en serie av kondensatorer som vist i den gitte kretsen.
La oss utlede uttrykket for multiplikasjonsfaktor for kretsskjemaet 1. La oss merke kapasitansen for voltmeteret som C1 og seriekondensator som C2 som vist i det gitte kretsskjemaet. Nå serien kombinasjon av disse kondensatorene være lik
Som er den totale kapasitansen i kretsen. Nå er impedansen til voltmeteret lik Z1 = 1/jωC1 og dermed total impedans vil være lik
Nå kan multiplikasjonsfaktoren defineres som forholdet Z/Z1 som er lik 1 + C2 / C1. På samme måte kan multiplikasjonsfaktoren også beregnes. Dermed kan vi på denne måten øke spenningsområdet som skal måles.
Fordeler med elektrostatiske instrumenter
La oss nå se på noen fordeler med elektrostatiske instrumenter.
Den første og viktigste fordel er at vi kan måle både AC- og DC-spenninger, og grunnen er ganske åpenbar, avlenkende dreiemoment er direkte proporsjonalt med kvadratet av spenningen.
Strømforbruk er ganske lavt i slike instrumenter, da strømmen dratt av disse instrumentene er ganske lav.
Vi kan måle høye verdier av spenning.
Ned sider med elektrostatiske instrumenter
Selv om det er mange fordeler, har elektrostatiske instrumenter noen ulemper, og disse er skrevet nedenfor.
De er ganske dyre sammenlignet med andre instrumenter, og de har også stor størrelse.
Skalaen er ikke jevn.
De ulike driftskreftene involvert er små i størrelse.
Erklæring: Respektér originalverket, gode artikler er verdt å dele, hvis det er overtredelse, kontakt oss for sletting.
