Elektrostatiska instrument Byggnadsprincip Momentekvation

Arbetsprincip för elektrostatiska instrument

Som namnet antyder använder elektrostatiska instrument statiska elektriska fält för att producera avvikande moment. Dessa typer av instrument används generellt för mätning av höga spänningar, men i vissa fall kan de användas för att mäta lägre spänningar och effekter i en given krets. Det finns två möjliga sätt på vilka elektrostatiska krafter kan verka. De två möjliga tillstånden anges nedan,

Konstruktion av elektrostatiska instrument

1. När en av plattorna är fast och den andra plattan är fri att röra sig, laddas plattorna motsattningsvis för att ha attraherande kraft mellan dem. På grund av denna attraherande kraft kommer den rörliga plattan att röra sig mot den stationära eller fasta plattan tills den rörliga plattan lagrat maximalt elektrostatisk energi.

2. I annan uppställning kan det finnas kraft av attraktion eller avstötning eller båda, på grund av någon rotation av plattan.

Kraft- och momentekvation för elektrostatiska instrument

Låt oss nu härleda kraftekvation för linjära elektrostatiska instrument. Låt oss överväga två plattor som visas i diagrammet nedan.

Platta A är positivt laddad och platta B är negativt laddad. Som nämnts ovan, enligt möjliga villkor (a) har vi linjär rörelse mellan plattorna. Plattan A är fast och platta B är fri att röra sig. Låt oss anta att det finns någon kraft F mellan de två plattorna vid jämvikt när elektrostatisk kraft blir lika med fjädrarnas kraft. Vid detta punkt lagras elektrostatisk energi i plattorna

Nu antar vi att vi ökar den tillämpade spänningen med ett belopp dV, på grund av detta rör sig platta B mot platta A med en avstånd dx. Arbetet mot fjädrarnas kraft på grund av platta B:s förskjutning är F.dx. Den tillämpade spänningen är relaterad till ström som

Från detta värde av elektrisk ström kan inmatningsenergin beräknas som

Från detta kan vi beräkna ändringen i den lagrade energin och det visar sig vara

Genom att ignorera högre ordningens termer som uppträder i uttrycket. Nu genom att tillämpa principen om energikonservering har vi inmatningsenergi till systemet = ökning av den lagrade energin i systemet + mekaniskt arbete utfört av systemet. Från detta kan vi skriva,

Från ekvationen ovan kan kraften beräknas som

Nu låt oss härleda kraft- och momentekvation för roterande elektrostatiska instrument. Diagram visas nedan,

För att hitta uttrycket för avvikande moment i fallet med roterande typ av elektrostatiska instrument, ersätt bara F i ekvation (1) med Td och dx med dA. Nu skriver vi om den modifierade ekvationen har vi avvikande moment är lika med

Nu vid stillastående har vi kontrollerande moment givet av uttrycket Tc = K × A. Avvikelsen A kan skrivas som

Från detta uttryck drar vi slutsatsen att pekarens avvikelse är proportionell mot kvadraten av spänningen som ska mätas, därför kommer skalan att vara oregelbunden. Låt oss nu diskutera Quadrant electrometer. Detta instrument används generellt för att mäta spänningar från 100 V till 20 kilovolt. Återigen är det avvikande moment som erhålls i Quadrant electrometer direkt proportionellt mot kvadraten av den tillämpade spänningen; en fördel med detta är att instrumentet kan användas för att mäta både växel- och likström. En fördel med att använda elektrostatiska instrument som voltmeter är att vi kan utöka mätintervallet för spänningen. Nu finns det två sätt att utöka intervallet för detta instrument. Vi kommer att diskutera dem en efter en.

(a) Genom att använda motstånd potentialdelare: Nedan ges kretsschemat för denna typ av konfiguration.

Spänningen som vi vill mäta tillämpas över det totala motståndet r och elektrostatiska kondensatorn är ansluten över delen av det totala motståndet som är markerat som r. Nu antar vi att den tillämpade spänningen är DC, då bör vi göra en antagande att kondensatorn som är ansluten har oändlig läckageförmåga. I detta fall ges multiplikatorn av förhållandet elektriskt motstånd r/R. AC-operationen av denna krets kan också analyseras enkelt igen i fallet med AC-operation har vi multiplikatorn lika med r/R.
(b) Genom att använda kondensatormultiplikatorteknik: Vi kan öka mätintervallet för spänningen genom att placera en serie av kondensatorer som visas i den givna kretsen.

Låt oss härleda uttrycket för multiplikator för kretsschemat 1. Låt oss markera kapacitansen av voltmätaren vara C1 och seriekondensator vara C2 som visas i det givna kretsschemat. Nu är seriekombinationen av dessa kondensatorer lika med

Vilket är den totala kapacitansen i kretsen. Nu är impedansen av voltmätaren lika med Z1 = 1/jωC1 och därmed är den totala impedansen lika med

Nu kan multiplikatorn definieras som förhållandet Z/Z1 som är lika med 1 + C2 / C1. På samma sätt kan multiplikatorn också beräknas. Så genom detta sätt kan vi öka mätintervallet för spänningen.

Fördelar med elektrostatiska instrument

Låt oss nu titta på några fördelar med elektrostatiska instrument.

1. Den första och mest betydande fördelen är att vi kan mäta både växel- och likström, och anledningen är ganska uppenbar eftersom avvikande momentet är direkt proportionellt mot kvadraten av spänningen.

2. Energiförbrukningen är ganska låg i dessa typer av instrument eftersom strömmen som dragits av dessa instrument är ganska låg.

3. Vi kan mäta höga värden av spänning.

Nackdelar med elektrostatiska instrument

Trots olika fördelar har elektrostatiska instrument vissa nackdelar och dessa anges nedan.

1. De är ganska dyra jämfört med andra instrument och de har också stor storlek.

2. Skalan är inte uniform.

3. De olika drivkrafter som involveras är små i magnitud.

Utrop: Respektera original, bra artiklar är värda att dela, om det finns upphovsrättsskydd kontakta för att ta bort.