Konstrukcijsko načelo elektrostatskih instrumentov Enačba vrečka

Delovanje elektrostatskih tipov instrumentov

Kot ime nakazuje, uporabljajo elektrostatski tipi instrumentov statično električno polje za ustvarjanje odbojnega vrtilca. Ti tipi instrumentov se običajno uporabljajo za merjenje visokih napetosti, v nekaterih primerih pa jih lahko uporabimo tudi za merjenje nižjih napetosti in moči določenega kruga. Obstajata dva možna načina, kako lahko deluje elektrostatska sila. Dve možni pogoja sta zapisana spodaj,

Izdelava elektrostatskih tipov instrumentov

1. Če je ena plošča fiksna in druga plošča prosta za gibanje, so plošči nasprotoma nabite, da bi med njimi obstajala privlačna sila. Zaradi te privlačne sile se gibljiva plošča premakne proti stacionarni ali fiksni plošči, dokler gibljiva plošča ne shranjuje največje količine elektrostatske energije.

2. V drugi postavitvi lahko obstaja sila privlačnosti ali odpornosti ali oboje, zaradi neke vrtilne plošče.

Sila in vrtilni vzorec elektrostatskih tipov instrumentov

Zdaj izpeljimo silni vzorec za linearno elektrostatske instrumente. Upoštevajmo dve plošči, kot je prikazano na diagramu spodaj.

Plošča A je pozitivno nabita, plošča B pa negativno nabita. Kot je omenjeno, imamo glede na možen pogoj (a) linearno gibanje med ploščama. Plošča A je fiksna, plošča B pa je prosta za gibanje. Predpostavimo, da med dvema ploščama obstaja neka sila F v ravnotežju, ko se elektrostatska sila izenači s silo pruge. V tem trenutku je shranjena elektrostatska energija v ploščah

Nedavno smo povečali uporabljeno napetost za količino dV, zaradi česar se plošča B premakne proti plošči A za razdaljo dx. Delo, opravljeno proti sili pruge zaradi premika plošče B, je F.dx. Uporabljeni napon je povezan z tokom kot

Iz te vrednosti električnega toka lahko izračunamo vhodno energijo kot

Iz tega lahko izračunamo spremembo shranjene energije, ki izide

Zanemarili smo višje redne člene, ki so se pojavili v izrazu. Zdaj uporabimo načelo ohranitve energije, da imamo vhodno energijo v sistem = povečanje shranjene energije sistema + mehansko delo, opravljeno s strani sistema. Iz tega lahko zapišemo,

Iz zgornjega enačbe lahko izračunamo silo kot

Zdaj izpeljimo silni in vrtilni vzorec za vrtilne elektrostatske instrumente. Diagram je prikazan spodaj,

Da bi izvedeli izraz za odbojni vrtilnik v primeru vrtilnih elektrostatskih instrumentov, zamenjajmo v enačbi (1) F z Td in dx z dA. Sedaj ponovno zapišimo spremenjeno enačbo, da dobimo, da je odbojni vrtilnik enak

V stanju ravnotežja je kontrolovalna sila podana z izrazom Tc = K × A. Odboj A lahko zapišemo kot

Iz tega izraza zaključimo, da je odboj kazalca neposredno sorazmeren s kvadratom merjene napetosti, zato bo lestvica neuniformna. Spremljajmo zdaj Quadrant electrometer. Ta instrument se običajno uporablja za merjenje napetosti od 100 V do 20 kilovolt. Ponovno je odbojni vrtilnik, pridobljen v Quadrant electrometerju, neposredno sorazmeren s kvadratom uporabljenega napon, eden od prednosti tega je, da ta instrument lahko meri oba AC in DC napetosti. Ena prednost uporabe elektrostatskih tipov instrumentov kot voltmetri je, da lahko razširimo obseg merjenih napetosti. Obstajata dva načina, kako lahko razširimo obseg tega instrumenta. Obeh bomo govorili enega za drugega.

(a) Z uporabo upornikov za deljenje potenciala: Spodaj je prikazan shema tega tipa konfiguracije.

Napetost, ki jo želimo merit, je priključena preko skupnega upornika r, elektrostatski kapacitor pa je priključen preko deleža skupnega upornika, označenega z r. Če je priključena napetost DC, moramo storiti eno predpostavko, da ima priključeni kapacitor neskončno odtečno upornost. V tem primeru je množilni faktor podan z razmerjem električne upornosti r/R. Operacija z AC na tej shemi se lahko tudi enostavno analizira, znova v primeru operacije z AC je množilni faktor enak r/R.
(b) Z uporabo tehnike množitelja kapacitorjev: Obseg merjenih napetosti lahko povečamo s postavljanjem zaporedja kapacitorjev, kot je prikazano na dani shemi.

Izpeljimo izraz za množilni faktor za shemu 1. Označimo kapacitance voltmeterja C1 in zaporednega kapacitorja C2, kot je prikazano na dani shemi. Zaporedna kombinacija teh kapacitorjev je enaka

To je skupna kapacitanca kruga. Impedanca voltmeterja je enaka Z1 = 1/jωC1 in tako bo skupna impedanca enaka

Množilni faktor lahko definiramo kot razmerje Z/Z1, kar je enako 1 + C2 / C1. Podobno lahko izračunamo tudi množilni faktor. Tako lahko povečamo obseg merjenih napetosti.

Prednosti elektrostatskih tipov instrumentov

Oglejmo si nekatere prednosti elektrostatskih tipov instrumentov.

1. Prva in najpomembnejša prednost je, da lahko merimo obeh AC in DC napetosti, in razlog za to je očiten, odbojni vrtilnik je neposredno sorazmeren s kvadratom napetosti.

2. Poraba energije je zelo nizka pri teh vrstah instrumentov, ker je tok, ki ga ti instrumenti povlečejo, zelo nizek.

3. Lahko merimo visoke vrednosti napetosti.

Nedostatki elektrostatskih tipov instrumentov

Namesto različnih prednosti, elektrostatski instrumenti imajo nekaj nedostatkov, ki so zapisani spodaj.

1. Ti so precej dragi v primerjavi z drugimi instrumenti in so tudi veliki.

2. Lestvica ni uniformna.

3. Različne delujoče sile so majhne velikosti.

Izjava: Spoštujte original, dobre članke so vredne delitve, če je kršenje avtorskih pravic prosim kontaktirajte za brisanje.