Elektrostatik Tip Enstrümanlar İnşa İlkesi Tork Denklemi
Elektrostatik Tipi Aletlerin Çalışma Prensibi
İsminden de anlaşılacağı üzere, elektrostatik tip aletler statik elektrik alanını devirli tork oluşturmak için kullanır. Bu tür aletler genellikle yüksek gerilimlerin ölçülmesinde kullanılır, ancak bazı durumlarda belirli bir devrede daha düşük gerilimler ve güçlerin ölçülmesinde de kullanılabilir. Şimdi, elektrostatik kuvvetin etki edebileceği iki olası yolu vardır. İki olası durum aşağıda yazmaktadır,
Elektrostatik Tipi Aletlerin Yapısı
Plakalardan biri sabitken diğer plaka hareket etmeye özgür olduğunda, plakalar arasında çekici kuvvet olması için plakalar zıt yüklü olur. Şimdi, bu çekici kuvvet nedeniyle hareketli plaka, maksimum elektrostatik enerjiyi depolayan noktaya kadar sabit veya hareketsiz plaka yönünde ilerler.
Diğer bir düzenlemede, plakanın bazı rotasyonları nedeniyle çekme veya itme kuvveti ya da her ikisi de olabilir.
Elektrostatik Tip Aletlerin Kuvvet ve Tork Denklemi
Şimdi, doğrusal elektrostatik tip aletlerin kuvvet denklemini türetelim. Şekilde gösterildiği gibi iki plakayı düşünelim.
Plaka A pozitif yüklü ve Plaka B negatif yüklüdür. Yukarıda belirtildiği gibi, olası durum (a) uyarınca plakalar arasında doğrusal hareket vardır. Plaka A sabitken Plaka B hareket etmeye özgürdür. Plakalar arasında denge durumunda elektrostatik kuvvet yay kuvetine eşit olduğunda aralarında F kuvveti olduğunu varsayalım. Bu noktada, plakalarda depolanan elektrostatik enerji
Şimdi, uygulanan gerilimi dV miktarıyla artırdığımızı farzedelim, bu durumda Plaka B, Plaka A'ya doğru dx mesafesiyle hareket eder. Plaka B'nin yer değiştirmesine karşı yapılan mekanik iş F.dx olacaktır. Uygulanan gerilim akım ile ilişkilidir
Bu elektrik akımı değeriyle girdi enerjisi hesaplanabilir
Bundan, depolanan enerjinin değişiminin hesaplanabileceği
İfadeye çıkan daha yüksek dereceli terimleri ihmal ederek. Şimdi, enerji korunumu prensibini uygulayarak sisteme girdi enerjisi = sistemdeki depolanan enerjinin artışı + sistemin yaptığı mekanik iş. Bundan, şu şekilde yazabiliriz,
Yukarıdaki denklemden kuvvet şu şekilde hesaplanabilir
Şimdi, rotary elektrostatik tip aletlerin kuvvet ve tork denklemini türetelim. Şekil aşağıda verilmiştir,
Rotary tip elektrostatik aletlerde deflection torkünün ifadesini bulmak için, denklem (1)'de F'yı Td ile ve dx'i dA ile değiştirin. Şimdi, değiştirilmiş denklemi yeniden yazarsak, deflection torku şuna eşittir
Durağan hâlde kontrol torku Tc = K × A ifadesiyle verilir. Deflection A şu şekilde yazılabilir
Bu ifadeden, göstergenin deflectionının ölçümü gereken gerilimin karesine orantılı olduğunu, dolayısıyla ölçeğin düzensiz olacağını çıkarabiliriz. Şimdi Quadrant elektrometresi hakkında konuşalım. Bu alet genellikle 100V'den 20 kilovolt'a kadar olan gerilimlerin ölçülmesinde kullanılır. Yine, Quadrant elektrometresinde elde edilen deflection torku uygulanan gerilimin karesine orantılıdır; bu aletin hem AC hem de DC gerilimlerin ölçülmesinde kullanılabilmesi bu avantajın biridir. Elektrostatik tip aletlerin voltmetre olarak kullanılmasının bir avantajı, ölçüm yapacağımız gerilim aralığını genişletebiliriz. Şimdi, bu aletin ölçüm aralığını genişletmek için iki yol var. Bunları sırayla tartışacağız.
(a) Direnç potansiyel bölücüleri kullanarak: Bu tür yapılandırma için devre diyagramı aşağıda verilmiştir.
Ölçmek istediğimiz gerilim toplam direnç r'ye uygulanır ve elektrostatik kapasitör toplam dirençin bir kısmına, yani r olarak işaretlenmiş bölümüne bağlanır. Şimdi, uygulanan gerilimin DC olduğunu varsayalım, o zaman bağlı kapasitörün sonsuz sızıntı direncine sahip olduğunu varsaymamız gerekir. Bu durumda, çarpan toplam elektriksel direnç r/R oranı ile verilir. Bu devrenin AC çalışması da kolayca analiz edilebilir, tekrar AC çalışması durumunda çarpan r/R ile eşittir.
(b) Kapasitör çoğaltıcı tekniği kullanarak: Seri kapasitör dizisini aşağıdaki devrede gösterildiği gibi yerleştirerek ölçüm yapacağımız gerilim aralığını artırabiliriz.
Şimdi, devre diyagramı 1 için çarpan ifadesini türetelim. Voltmetrenin kapasitesini C1 ve seri kapasitörü C2 olarak işaretleyelim. Şimdi, bu kapasitörlerin serili kombinasyonu şu şekilde olur
Bu, devrenin toplam kapasitesidir. Şimdi, voltmeter'in impedansı Z1 = 1/jωC1'dir ve bu nedenle toplam impedans şu şekilde olur
Şimdi, çarpan Z/Z1 oranı olarak tanımlanabilir, bu 1 + C2 / C1'ye eşittir. Benzer şekilde, çarpan da hesaplanabilir. Böylece, ölçüm yapacağımız gerilim aralığını artırabiliriz.
Elektrostatik Tip Aletlerin Avantajları
Şimdi, elektrostatik tip aletlerin avantajlarına bir göz atalım.
İlk ve en önemli avantaj, deflection torkun gerilimin karesine orantılı olduğu için hem AC hem de DC gerilimini ölçebilme yeteneğimizdir.
Bu tür aletlerde, aletler tarafından çekilen akım oldukça düşük olduğundan, güç tüketimi oldukça düşüktür.
Yüksek gerilim değerlerini ölçebiliriz.
Elektrostatik Tip Aletlerin Dezavantajları
Elektrostatik aletler, çeşitli avantajlarına rağmen, birkaç dezavantaja sahiptir ve bunlar aşağıda yazılmıştır.
Bu aletler, diğer aletlere göre oldukça pahalıdır ve ayrıca büyük boyutlardadır.
Ölçek düzgün değildir.
Farklı işletme kuvvetleri küçük büyüklüktedir.
Açıklama: Özgün kaynakları saygılıyorum, paylaşılacak iyi makaleler varsa lütfen telif hakkı ihlali durumunda silme talebinde bulunun.
