Princip konstrukcije i jednačina momenta za uređaje elektrostatskog tipa

Način rada elektrostatičkih tipova instrumenata

Kao što naziv kaže, elektrostatički tipovi instrumenata koriste statičko električno polje kako bi generisali otkloniteljski moment. Ovi tipovi instrumenata se obično koriste za merenje visokih napona, ali u nekim slučajevima mogu biti korišćeni i za merenje nižih naponima i snage određenog kruga. Postoji dva moguća načina na koji može delovati elektrostatička sila. Dve moguće situacije su navedene ispod,

Konstrukcija elektrostatičkih tipova instrumenata

1. Kada je jedna ploča fiksna, a druga slobodna da se kreće, ploče su suprotno nabijene kako bi između njih postojala privlačna sila. Sada zbog ove privlačne sile, pokretna ploča će se pomerati prema stacionarnoj ili fiksnoj ploči dok ne dostigne maksimalnu elektrostatičku energiju.

2. U drugom rasporedu može postojati sila privlačenja ili odbijanja, ili obje, zbog nekog rotiranja ploče.

Jednačina sile i momenta elektrostatičkog tipa instrumenta

Sada izvedimo jednačinu sile za linearne elektrostatičke tipove instrumenata. Uzmimo u obzir dvije ploče kao što je prikazano na dijagramu datom ispod.

Ploča A je pozitivno nabijena, a ploča B je negativno nabijena. Kao što je navedeno iznad, prema mogućim uslovima (a) imamo linearni pokret između ploča. Ploča A je fiksna, a ploča B je slobodna da se kreće. Pretpostavimo da postoji neka sila F između dvije ploče u ravnoteži kada elektrostatička sila postane jednaka sila opruge. U tom trenutku, elektrostatična energija sačuvana u pločama je

Sada pretpostavimo da povećamo primenjeni napon za iznos dV, zbog čega se ploča B pomeri prema ploči A za rastojanje dx. Rad protiv sile opruge zbog pomeranja ploče B je F.dx. Primljeni napon je povezan sa strujom kao

Iz ove vrednosti električne struje ulazna energija može biti izračunata kao

Odatle možemo izračunati promenu sačuvane energije i to iznosi

Zanemarujući viši redni članove koji se pojavljuju u izrazu. Sada primenjujući princip održavanja energije, imamo ulaznu energiju u sistem = povećanje sačuvane energije sistema + mehanički rad napravljen od strane sistema. Odatle možemo napisati,

Iz gornje jednačine sila može biti izračunata kao

Sada izvedimo jednačinu sile i momenta za rotacijske elektrostatičke tipove instrumenata. Dijagram je prikazan ispod,

Da bismo pronašli izraz za otkloniteljski moment u slučaju rotacijskih elektrostatičkih instrumenata, samo zamenite F sa Td i dx sa dA u jednačini (1). Sada prepisujemo izmenjenu jednačinu, otkloniteljski moment je jednak

Sada u stanju ravnoteže kontrolni moment je dat izrazom Tc = K × A. Deflekcija A može biti napisana kao

Iz ovog izraza zaključujemo da je deflekcija kazaljke direktno proporcionalna kvadratu napona koji treba meriti, stoga će mera biti neuniformna. Sada razmotrimo Kvadrantni elektromer. Ovaj instrument se obično koristi za merenje napona u opsegu od 100V do 20 kilovolata. Ponovo, otkloniteljski moment dobijen u Kvadrantnom elektromeru je direktno proporcionalan kvadratu primenjenog napona; jedna prednost ove metode jeste da se ovim instrumentom može meriti i AC i DC napon. Jedna prednost korišćenja elektrostatičkih tipova instrumenata kao voltmetara jeste ta što možemo proširiti opseg napona koji treba meriti. Postoje dva načina proširenja opsega ovog instrumenta. Razmotrićemo ih jedan po jedan.

(a) Koristeći odporne potencijalne delioce: Dat je dijagram kruga ove konfiguracije.

Napon koji želimo da izmerimo primenjujemo na ukupni otpor r, a elektrostatički kapacitor spojen je na deo ukupnog otpora označen kao r. Sada pretpostavimo da je primenjeni napon DC, tada trebamo pretpostaviti da kapacitor koji je spojen ima beskonačni otpor curenja. U ovom slučaju multiplikativni faktor je dat odnosom električnog otpora r/R. Operacija na ovom krugu sa AC može se lako analizirati, ponovo u slučaju AC operacije multiplikativni faktor je jednak r/R.
(b) Koristeći tehniku kapacitivnog množitelja: Možemo povećati opseg napona koji treba meriti smestanjem serije kapacitora kako je prikazano na datom krugu.

Izvedimo izraz za multiplikativni faktor za dijagram kruga 1. Označimo kapacitet voltmetera kao C1 i serijski kapacitor kao C2 kako je prikazano na datom dijagramu kruga. Sada serijalna kombinacija ovih kapacitora bi bila jednaka

To je ukupan kapacitet kruga. Sada impedansa voltmetera je jednaka Z1 = 1/jωC1, a takođe ukupna impedansa bi bila jednaka

Sada multiplikativni faktor može biti definisan kao odnos Z/Z1 koji je jednak 1 + C2 / C1. Slično tome, multiplikativni faktor može biti izračunat. Tako možemo povećati opseg napona koji treba meriti.

Prednosti elektrostatičkih tipova instrumenata

Sada pogledajmo neke prednosti elektrostatičkih tipova instrumenata.

1. Prva i najvažnija prednost jeste ta što možemo meriti i AC i DC napon, a razlog je očigledan - otkloniteljski moment je direktno proporcionalan kvadratu napona.

2. Potrošnja snage je vrlo niska kod ovih tipova instrumenata, jer je struja koju ti instrumenti povlače vrlo niska.

3. Možemo meriti visoke vrednosti napona.

Nedostaci elektrostatičkih tipova instrumenata

Umesto mnogo prednosti, elektrostatički instrumenti imaju nekoliko nedostataka, a oni su navedeni ispod.

1. Ovi su vrlo skupi u poređenju sa drugim instrumentima, a takođe imaju veliku veličinu.

2. Mera nije uniformna.

3. Različite operativne sile koje su uključene su male po intenzitetu.

Izjava: Poštovanje originala, dobre članke vredi deliti, ukoliko postoji kršenje autorskih prava kontaktirajte za brisanje.