Elektrostaattinen laite

Määritelmä

Sähköstatiikka-laite on laite, jonka toiminta perustuu sähköisesti varautuneiden elektrodidien väliseen vetovoimaan tai repeämiseen. Toisin sanoen se on laite, joka käyttää staattista sähkökenttää poikkeavan torkin tuottamiseen. Sähköstatiikka-laitteita käytetään sekä korkeiden että matalien jännitusten mitattavaksi, samoin kuin voiman mittaamiseksi tietyssä piirissä.

Toimintaperiaate

Sähköstatiikka-laite toimii vastaavasti varautuneiden elektrodidien mekaanisen vuorovaikutuksen perusteella. Sähköstatiikka-laite mittaama määrä muunnetaan joko vaihtojännitteeksi (AC) tai jatkuvajännitteeksi (DC).

Rakennusmenetelmät

Sähköstatiikka-laitteilla on kaksi rakennusmenetelmää:

• Levyläinen varastointi: Tässä tyypissä varaus tallennetaan levyn välillä. Sähköstatiikka-laite sisältää kaksi levyyä, joilla on vastakkaiset napautukset, ja niiden välillä on vetovoima. Tämän vetovoiman ansiosta liikkuvan levin liikkuessa kohti kiinteää levyyä tallennetaan enimmäismäärä staattista energiaa.

• Pyöreän levyn vuorovaikutus: Näissä laitteissa tapahtuu vetovoima- tai repeämiskappaleiden välillä pyöreiden levien välillä.

Lineaarinen sähköstatiikka-laite

Alla oleva kuva esittää lineaarista sähköstatiikka-laitetta. Levy A saa positiivisen varauksen, kun taas levy B saa negatiivisen varauksen. Positiivisesti varautuneet levyt ovat kiinteitä, ja negatiivisesti varautuneet levyt ovat liikkuvia. Negatiivisesti varautuneisiin levyyihin on yhdistetty kevyt, joka ohjaa niiden liikettä.

Kun levyeille annetaan jännite, ne välillään syntyy vetovoima. Levy B yrittää liikkua kohti levyyä A, kunnes tämä voima saavuttaa suurimman arvonsa. Tässä C edustaa kapasitanssia (faradeissa) levien välillä, ja voidaan johtaa lauseke, joka kuvaa levien välillä tallennettavaa kokonaisenergiaa.

Pyöreä sähköstatiikka-laite

Tämäntyyppiset laitteet on varustettu pyöreillä levillä. Kun pyöreät levyt liikkuvat, niiden välillä tapahtuu joko vetovoimia tai repeämistä.

Sähköstatiikka-laitteen etumat

• Monipuolinen jännitemittaus: Sähköstatiikka-laitteet pystyvät mittaamaan sekä vaihto- että jatkuva jännite.

• Alhainen tehonkulutus: Ne kuluttavat erittäin vähän energiaa.

• Korkean jännitteen mittaaminen: Nämä laitteet voidaan käyttää korkean jännitteen mittaamiseen.

• Pyöreän tyyppisessä sähköstatiikka-laitteessa kiinteän ja liikkuvan levyn välinen kulmanmuutos: Pyöreässä sähköstatiikka-laitteessa tapahtuu kulmanmuutos kiinteän ja liikkuvan levyn välillä, ei lineaarista siirtymää.

• Vähäinen aaltomuodon ja taajuuden virhe: Laitteella on pieni aaltomuodon ja taajuuden virhe.

• Imuutus satunnaisiin magneettikenttiin: Satunnaisista magneettikentistä ei aiheudu virhettä.

• Korkean jännitteen suunnitelma: Se on suunniteltu suurten jännitteiden käsittelyyn.

Sähköstatiikka-typen laitteen haitat

• Epäyhtenäinen mittakaava: Laitteessa käytetään epäyhtenäistä mittakaavaa.

• Pieni voiman suuruus: Laitteessa esiintyvät voimat ovat hyvin pieniä.

• Korkea hinta: Muihin laitteisiin verrattuna se on melko kalliista.

• Suuri koko: Laitteen koko on suhteellisen iso.