Instrument elektrostatyczny
Definicja
Instrument elektrostatyczny to urządzenie, którego działanie opiera się na zasadzie przyciągania lub odpychania między elektrodami niosącymi ładunki elektryczne. Innymi słowy, jest to instrument wykorzystujący pole elektryczne statyczne do generowania momentu odchylenia. Instrumenty elektrostatyczne są stosowane do pomiaru zarówno wysokich, jak i niskich napięć, a także mocy w danym obwodzie.
Zasada działania
Instrument elektrostatyczny działa na zasadzie mechanicznego oddziaływania między elektrodami o przeciwnych ładunkach elektrycznych. Wielkość mierzona przez instrument elektrostatyczny jest przekształcana w napięcie przemienną lub stałą.
Metody konstrukcyjne
Istnieją dwie metody konstrukcyjne instrumentów elektrostatycznych:
Typ płytkowy - przechowywanie: W tym typie ładunek jest przechowywany między płytami. Instrument elektrostatyczny ma dwie płyty o przeciwnych polaryzacjach, a między nimi istnieje siła przyciągania. Dzięki tej sile przyciągania ruchoma płyta przesuwa się w kierunku płyty stałej, aby przechować maksymalną energię elektrostatyczną.
Oddziaływanie płytek obrotowych: W tych instrumentach występują siły przyciągania lub odpychania między płytkami obrotowymi.
Instrument elektrostatyczny liniowy
Poniższy rysunek przedstawia instrument typu liniowego elektrostatycznego. Płyta A nabiera ładunku dodatniego, podczas gdy płyta B staje się ujemnie naładowana. Płyty dodatnio naładowane są stałe, a płyty ujemnie naładowane są ruchome. Do płytek ujemnie naładowanych jest podłączona sprężyna, która kontroluje ich ruch.
Gdy do płyt zostanie przyłożone napięcie, powstaje między nimi siła przyciągania. Płyta B próbuje przemieścić się w kierunku płyty A, dopóki ta siła nie osiągnie swojej maksymalnej wartości. C oznacza tu pojemność (w faradach) między płytami, a można wyprowadzić wzór opisujący całkowitą energię przechowywaną między płytami.
Instrument elektrostatyczny obrotowy
Ten rodzaj instrumentu wyposażony jest w płytki obrotowe. Gdy płytki obrotowe się poruszają, między nimi pojawiają się siły przyciągania lub odpychania.
Zalety instrumentu elektrostatycznego
Wielofunkcyjność pomiaru napięcia: Instrumenty elektrostatyczne są zdolne do pomiaru zarówno napięć przemiennych, jak i stałych.
Niska zużycie mocy: Zużywają one bardzo małą ilość mocy.
Pomiar wysokich napięć: Te instrumenty mogą być używane do pomiaru napięć o dużej wartości.
Przemieszczenie kątowe w typie obrotowym: W przypadku instrumentu elektrostatycznego typu obrotowego, zamiast przemieszczenia liniowego, występuje przemieszczenie kątowe między płytami stałą i ruchomą.
Minimalny błąd kształtu fali i częstotliwości: Instrument ma niski błąd kształtu fali i częstotliwości.
Odporność na poboczne pola magnetyczne: Nie ma błędów spowodowanych pobocznymi polami magnetycznymi.
Konstrukcja do wysokich napięć: Jest zaprojektowany do obsługi dużych napięć.
Wady instrumentu typu elektrostatycznego
Niejednolita skala: Instrument używa niejednolitej skali.
Małe siły: Siły działające w instrumencie mają bardzo małą wartość.
Wysoka cena: W porównaniu do innych instrumentów, jest stosunkowo drogi.
Duże rozmiary: Rozmiar instrumentu jest względnie duży.
