Prinsipyong Konstruksyon ng mga Instrumentong Estatiko Elektriko Pormulang Torque

Pangunahing Prinsipyo ng mga Instrumentong Elektrostatiko

Tulad ng inihahatid ng pangalan, ang instrumentong elektrostatiko ay gumagamit ng elektrikong patlang na statiko upang makalikha ng torque na nagpapaliko. Ang mga uri ng instrumentong ito ay karaniwang ginagamit para sa pagsukat ng mataas na voltaje ngunit sa ilang kaso, maaari silang gamitin sa pagsukat ng mas mababang voltaje at lakas ng isang tiyak na sirkwito. Mayroong dalawang posible na paraan kung paano maaaring gumana ang puwersa ng elektrostatiko. Ang dalawang posible na kondisyon ay nakasulat sa ibaba,

Konstruksyon ng mga Instrumentong Elektrostatiko

1. Kapag ang isa sa mga plato ay naka-ilog at ang iba pang plato ay malayang makalipat, ang mga plato ay may magkasalungat na kargado upang magkaroon ng puwersa ng atraksiyon sa pagitan nila. Dahil sa puwersa ng atraksiyon na ito, ang malayang plato ay lalapit sa istasyonaryo o naka-ilog na plato hanggang sa ang malayang plato ay naka-imbak ng pinakamataas na enerhiya ng elektrostatiko.

2. Sa iba pang pagkakayari, maaaring may puwersa ng atraksiyon o repulsyon o pareho, dahil sa ilang pag-ikot ng plato.

Equation ng Puwersa at Torque ng Instrumentong Elektrostatiko

Ngayon, hayaan nating tuklasin ang equation ng puwersa para sa mga linear na instrumentong elektrostatiko. Isaisip natin ang dalawang plato tulad ng ipinapakita sa diagrama sa ibaba.

Ang Plato A ay positibong kargado at ang Plato B ay negatibong kargado. Tulad ng nabanggit sa itaas, ayon sa posible na kondisyon (a) may linear na galaw sa pagitan ng mga plato. Ang Plato A ay naka-ilog at ang Plato B ay malayang makalipat. Isaisip natin na mayroong isang puwersa F sa pagitan ng dalawang plato sa ekwilibriyo kung saan ang puwersa ng elektrostatiko ay naging katumbas ng puwersa ng spring. Sa punto na ito, ang enerhiya ng elektrostatiko na naka-imbak sa mga plato ay

Ngayon, suposin natin na tataasan natin ang inilapat na voltaje ng halaga na dV, dahil dito, ang Plato B ay lalapit sa Plato A ng layong dx. Ang trabaho na ginawa laban sa puwersa ng spring dahil sa paglipat ng Plato B ay F.dx. Ang inilapat na voltaje ay may kaugnayan sa kuryente bilang

Mula sa halaga ng kuryente, ang input na enerhiya ay maaaring makalkula bilang

Mula dito, maaari nating makalkula ang pagbabago sa naka-imbak na enerhiya at ang lumabas na resulta ay

Sa pamamagitan ng pag-iwanan ng mas mataas na order na termino na lumilitaw sa expression. Ngayon, sa pamamagitan ng pag-apply ng prinsipyo ng conservation ng enerhiya, mayroon tayo na input na enerhiya sa sistema = pagtaas ng naka-imbak na enerhiya ng sistema + mekanikal na gawain na ginawa ng sistema. Mula dito, maaari nating isulat,

Mula sa equation na ito, maaari nating makalkula ang puwersa bilang

Ngayon, hayaan nating tuklasin ang equation ng puwersa at torque para sa rotary instrumentong elektrostatiko. Diagrama ay ipinapakita sa ibaba,

Upang matukoy ang expression para sa deflecting torque sa kaso ng rotary type instrumentong elektrostatiko, kailangan lamang palitan ang F sa equation (1) ng Td at dx ng dA. Ngayon, sa pamamagitan ng pag-rewrite ng binago na equation, ang deflecting torque ay katumbas ng

Ngayon, sa steady state, mayroon tayong controlling torque na ibinigay ng expression Tc = K × A. Ang deflection A ay maaaring isulat bilang

Mula sa expression na ito, maaari nating masabi na ang deflection ng pointer ay direktang proporsyonal sa kwadrado ng voltaje na susukatin, kaya ang scale ay hindi uniform. Hayaan nating pag-usapan ang Quadrant electrometer. Ang instrumentong ito ay karaniwang ginagamit sa pagsukat ng voltaje na nasa range mula 100V hanggang 20 kilo volts. Muli, ang deflecting torque na nakuha sa Quadrant electrometer ay direktang proporsyonal sa kwadrado ng inilapat na voltaje; ang isang benta ng ito ay ang instrumentong ito ay maaaring gamitin sa pagsukat ng parehong AC at DC voltages. Ang isang benta ng paggamit ng mga instrumentong elektrostatiko bilang voltmeter ay maaari nating palawakin ang range ng voltaje na susukatin. Mayroong dalawang paraan ng pagpapalawak ng range ng instrumentong ito. Ipaglaban natin sila isa-isa.

(a) Sa pamamagitan ng paggamit ng resistance potential dividers: Ipinapakita sa ibaba ang circuit diagram ng ganitong uri ng configuration.

Ang voltaje na nais nating sukatin ay inilapat sa buong resistance r at ang elektrostatikong capacitor ay konektado sa bahagi ng buong resistance na naka-marka bilang r. Ngayon, suposin natin na ang inilapat na voltaje ay DC, kailangan natin gumawa ng isang assumption na ang capacitor na konektado ay may walang katapusang leakage resistance. Sa kaso na ito, ang multiplying factor ay ibinigay ng ratio ng electrical resistance r/R. Ang operasyon ng ac sa circuit na ito ay maaaring madali rin na analisin, muli sa kaso ng ac operation, ang multiplying factor ay equal sa r/R.
(b) Sa pamamagitan ng paggamit ng capacitor multiplier technique: Maaari nating palawakin ang range ng voltaje na susukatin sa pamamagitan ng paglalagay ng serye ng capacitors tulad ng ipinapakita sa ibinigay na circuit.

Hayaan nating tuklasin ang expression para sa multiplying factor para sa circuit diagram 1. Isaisip natin ang capacitance ng voltmeter na C1 at series capacitor na C2 tulad ng ipinapakita sa ibinigay na circuit diagram. Ngayon, ang serye ng combination ng mga capacitor na ito ay katumbas ng

Na ang kabuuang capacitance ng circuit. Ngayon, ang impedance ng voltmeter ay katumbas ng Z1 = 1/jωC1 at kaya ang kabuuang impedance ay katumbas ng

Ngayon, ang multiplying factor ay maaaring idefinisyon bilang ang ratio ng Z/Z1 na katumbas ng 1 + C2 / C1. Parehong maaari ring makalkula ang multiplying factor. Kaya, sa pamamagitan ng paraang ito, maaari nating palawakin ang range ng voltaje na susukatin.

Mga Benta ng mga Instrumentong Elektrostatiko

Ngayon, hayaan nating tingnan ang ilang mga benta ng mga instrumentong elektrostatiko.

1. Ang unang at pinakamahalagang benta ay maaari nating sukatin ang parehong AC at DC voltage at ang dahilan ay napakalubhasa ang deflecting torque ay direktang proporsyonal sa kwadrado ng voltage.

2. Ang power consumption ay napakababa sa mga uri ng instrumento na ito dahil ang kuryente na inilapat ng mga instrumentong ito ay napakababa.

3. Maaari nating sukatin ang mataas na halaga ng voltage.

Mga Di-benta ng mga Instrumentong Elektrostatiko

Bukod sa iba't ibang mga benta, ang mga instrumentong elektrostatiko ay may ilang di-benta at ang mga ito ay nakasulat sa ibaba.

1. Ang mga ito ay napakamahal kumpara sa ibang mga instrumento at ang kanilang sukat ay malaki.

2. Ang scale ay hindi uniform.

3. Ang iba't ibang operating forces na kasangkot ay maliit sa magnitude.

Pahayag: Igalang ang orihinal, mabubuti na artikulo na karapat-dapat na ibahagi, kung may infringement pakiusap na lumapit upang i-delete.