Принцип будови електростатичних приладів Рівняння моменту

Принцип роботи електростатичних приладів

Як відомо з назви, електростатичний прилад використовує статичне електричне поле для створення відхиляючого моменту. Такі типи приладів загалом використовуються для вимірювання високих напруг, але в деяких випадках їх можна використовувати для вимірювання нижчих напруг та потужностей даного контуру. Існує два можливі способи, за якими може діяти електростатична сила. Два можливі умови наведені нижче,

Конструкція електростатичних приладів

1. Коли одна з пластин зафіксована, а інша може переміщатися, пластини заряджені протилежно, щоб між ними була притягальна сила. Через цю притягальну силу рухома пластина буде переміщатися до стаціонарної або зафіксованої пластини, поки рухома пластина не зберегла максимальну електростатичну енергію.

2. У іншій конфігурації може бути сила притягання або відштовхування, або обидва, через деяке обертання пластина.

Рівняння сили та моменту електростатичного приладу

Тепер давайте отримаємо рівняння сили для лінійних електростатичних приладів. Розглянемо дві пластина, як показано на діаграмі нижче.

Пластина A заряджена додатньо, а пластина B - від'ємно. Як зазначено вище, за умови (a) ми маємо лінійний рух між пластинами. Пластина A зафіксована, а пластина B може переміщатися. Припустимо, що між двома пластинами існує деяка сила F на рівновазі, коли електростатична сила стає рівною силі пружини. У цьому пункті електростатична енергія, збережена в пластинах, становить

Тепер припустимо, що ми збільшуємо застосовану напругу на величину dV, через це пластина B переміщується до пластина A на відстань dx. Робота, виконана проти пружинної сили через переміщення пластина B, становить F.dx. Застосована напруга пов'язана з стрімом як

З цієї величини електричного стріму можна обчислити вхідну енергію як

З цього ми можемо обчислити зміну збереженої енергії, і це вийде

Не враховуючи членів вищого порядку, які з'являються у виразі. Тепер, застосовуючи принцип збереження енергії, ми маємо вхідну енергію до системи = збільшення збереженої енергії системи + механічну роботу, виконану системою. З цього ми можемо записати,

З цього рівняння можна обчислити силу як

Тепер давайте отримаємо рівняння сили та моменту для обертових електростатичних приладів. Діаграма показана нижче,

Для того, щоб знайти вираз для відхиляючого моменту у випадку обертових електростатичних приладів, просто замініть F на Td у рівнянні (1) і dx на dA. Переписуючи модифіковане рівняння, ми маємо відхиляючий момент, який дорівнює

На стаціонарному стані керуючий момент задається виразом Tc = K × A. Відхилення A можна записати як

З цього виразу ми висновуємо, що відхилення стрілки прямо пропорційне квадрату напруги, яку треба виміряти, тому шкала буде нерівномірною. Давайте тепер обговоримо Квадрантний електрометр. Цей прилад загалом використовується для вимірювання напруги від 100В до 20 кіловольт. Знову ж таки, відхиляючий момент, отриманий у Квадрантному електрометрі, прямо пропорційний квадрату застосованої напруги; однією перевагою цього є те, що цей прилад можна використовувати для вимірювання як AC, так і DC напруг. Однією з переваг використання електростатичних приладів як вольтметрів є те, що ми можемо розширити діапазон вимірювання напруги. Існує два способи розширення діапазону цього приладу. Ми обговоримо їх по черзі.

(a) За допомогою опору потенціометрів: Нижче наведено схему цієї конфігурації.

Напруга, яку ми хочемо виміряти, прикладається до загальної опори r, а електростатичний конденсатор підключений до частини загальної опори, яка позначена як r. Тепер, припустимо, що застосована напруга є DC, тоді ми повинні зробити одне припущення, що підключений конденсатор має нескінченне опір утечки. У цьому випадку множник розширення дається співвідношенням електричної опори r/R. Операція AC на цьому контурі також може бути легко проаналізована, знову ж таки, у випадку AC операції множник розширення дорівнює r/R.
(b) За допомогою техніки множника конденсаторів: Ми можемо збільшити діапазон вимірювання напруги, розмістивши серію конденсаторів, як показано на даній схемі.

Давайте отримаємо вираз для множника розширення для схеми 1. Позначимо емкість вольтметра C1, а серійний конденсатор C2, як показано на даній схемі. Тепер серійна комбінація цих конденсаторів буде дорівнювати

Це загальна емкість контуру. Тепер імпеданс вольтметра дорівнює Z1 = 1/jωC1, і таким чином загальний імпеданс буде дорівнювати

Тепер множник розширення можна визначити як відношення Z/Z1, яке дорівнює 1 + C2 / C1. Аналогічно можна обчислити множник розширення. Таким чином, ми можемо збільшити діапазон вимірювання напруги.

Переваги електростатичних приладів

Тепер давайте розглянемо деякі переваги електростатичних приладів.

1. Перша та найважливіша перевага полягає в тому, що ми можемо вимірювати як AC, так і DC напругу, і причина цього очевидна - відхиляючий момент прямо пропорційний квадрату напруги.

2. Споживання енергії в таких типах приладів досить низьке, оскільки струм, який вони відтягує, досить низький.

3. Ми можемо вимірювати високі значення напруги.

Недоліки електростатичних приладів

Незважаючи на різні переваги, електростатичні прилади мають деякі недоліки, які наведені нижче.

1. Ці прилади значно дорожчі порівняно з іншими приладами, а також мають великі розміри.

2. Шкала не є рівномірною.

3. Різні оперативні сили, які задіяні, невеликі за величиною.

Заява: Спростіть оригінал, добре статті варто поширити, якщо є порушення авторських прав, будь ласка, зверніться для видалення.