Δομή ηλεκτροστατικών τύπων οργάνων Αρχή της εξίσωσης ροπής

Αρχή λειτουργίας ηλεκτροστατικών οργάνων τύπου

Όπως το όνομα προτείνει ηλεκτροστατικού τύπου οργάνου χρησιμοποιήστε στατικό ηλεκτρικό πεδίο για την παραγωγή τουροπή στρέψης. Αυτοί οι τύποι οργάνων χρησιμοποιούνται γενικά για τη μέτρηση των υψηλών τάσεων, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση των χαμηλότερων τάσεων και δυνάμεων ενός δεδομένου κυκλώματος. Τώρα υπάρχουν δύο τρόποι με τους οποίους η ηλεκτροστατική δύναμη μπορεί να δράσει. Οι δύο πιθανές συνθήκες είναι γραμμένες παρακάτω,

Κατασκευή ηλεκτροστατικών συσκευών τύπου

1. Όταν μία από τις πλάκες είναι σταθερή και άλλη πλάκαείναι ελεύθερα να μετακινηθεί, οι πλάκες είναι αντίθετα φορτισμένες ώστε να έχουν ελκυστική δύναμη μεταξύ τους. Τώρα, λόγω αυτής της ελκτικής δύναμης, η κινητή πλάκα θα κινηθεί προς την σταθερή ή σταθερή πλάκα μέχρις ότου η κινούμενη πλάκα αποθηκεύσει τη μέγιστη ηλεκτροστατική ενέργεια.
2. Σε άλλη διάταξη μπορεί να υπάρχει δύναμη έλξης ή απόρριψης ή και τα δύο, λόγω κάποιας περιστροφικής πλάκας.

Εξίσωση δύναμης και ροπής του οργάνου ηλεκτροστατικού τύπου

Τώρα ας βγούμε εξίσωση δύναμης για τα γραμμικά όργανα ηλεκτροστατικού τύπου. Ας εξετάσουμε δύο πλάκες όπως φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα.

Η πλάκα Α είναι θετικά φορτισμένη και η πλάκα Β είναιαρνητικά χρεώνεται. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω σύμφωνα με την πιθανή συνθήκη (α) έχουμε γραμμική κίνηση μεταξύ των πλακών. Η πλάκα Α είναι σταθερή και η πλάκα Β είναι ελεύθερη να μετακινηθεί. Ας υποθέσουμε ότι υπάρχει κάποια δύναμη F μεταξύ των δύο πλακών σε ισορροπία όταν η ηλεκτροστατική δύναμη ισούται με την δύναμη του ελατηρίου. Σε αυτό το σημείο, η ηλεκτροστατική ενέργεια που αποθηκεύεται στις πλάκες είναι

Ας υποθέσουμε ότι αυξάνουμε την εφαρμοζόμενη τάση από έναποσότητα dV, λόγω αυτού η πλάκα Β κινείται προς την πλάκα Α κατά μία απόσταση dx. Η εργασία κατά της δύναμης ελατηρίου λόγω μετατόπισης της πλάκας Β είναι F.dx. Η εφαρμοζόμενη τάση σχετίζεται με το ρεύμα ως

Από αυτή την τιμή του ηλεκτρικού ρεύματος η ενέργεια εισόδου μπορεί να υπολογιστεί ως

Από αυτό μπορούμε να υπολογίσουμε τη μεταβολή της αποθηκευμένης ενέργειας και αυτό βγαίνει

Με την παραμέληση των όρων υψηλότερης τάξης που εμφανίζονταιστην έκφραση. Τώρα εφαρμόζοντας την αρχή της εξοικονόμησης ενέργειας έχουμε ενέργεια εισόδου στο σύστημα = αύξηση της αποθηκευμένης ενέργειας του συστήματος + μηχανική εργασία που γίνεται από το σύστημα. Από αυτό μπορούμε να γράψουμε,

Από την παραπάνω εξίσωση η δύναμη μπορεί να υπολογιστεί ως

Τώρα ας εξάγουμε εξίσωση δύναμης και ροπής για το περιστροφικό όργανα ηλεκτροστατικού τύπου. Το διάγραμμα εμφανίζεται παρακάτω,

Για να βρούμε την έκφραση για την εκτροπή ροπής σε περίπτωση περιστροφικού τύπου ηλεκτροστατικά όργανα, απλά αντικαταστήστε την εξίσωση (1) F με T_ρε και dx από dA. Τώρα ξαναγράψουμε την τροποποιημένη εξίσωση που έχουμε ροπή εκτροπής είναι ίση με

Τώρα σε σταθερή κατάσταση έχουμε ροπή ελέγχου που δίνεται από την έκφραση T_ντο = K × A. Η παραμόρφωση Α μπορεί να γραφτεί ως

Από αυτή την έκφραση συμπεραίνουμε ότι ηη εκτροπή του δείκτη είναι ευθέως ανάλογη προς το τετράγωνο της προς μέτρηση τάσης και συνεπώς η κλίμακα θα είναι μη ομοιόμορφη. Ας συζητήσουμε τώρα για το ηλεκτρόμετρο τεταρτημόριο. Αυτό το όργανο χρησιμοποιείται γενικά για τη μέτρηση της τάσης που κυμαίνεται από 100V έως 20kV. Και πάλι η ροπή εκτροπής που λαμβάνεται στο ηλεκτρόμετρο τεταρτημόριο είναι ευθέως ανάλογη προς το τετράγωνο της εφαρμοζόμενης τάσης. ένα πλεονέκτημα αυτού είναι ότι αυτό το όργανο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση τόσο των AC και DC τάσεων. Ένα πλεονέκτημα της χρήσης των ηλεκτροστατικών οργάνων ως βολτόμετρα είναι ότι μπορούμε να επεκτείνουμε το φάσμα της τάσης που πρόκειται να μετρηθεί. Τώρα υπάρχουν δύο τρόποι επέκτασης του εύρους αυτού του οργάνου. Θα τις συζητήσουμε μία προς μία.

(α) Χρησιμοποιώντας διαιρέτες δυναμικού αντοχής: Δίδεται παρακάτω το διάγραμμα κυκλώματος αυτού του τύπου διαμόρφωσης.

Η τάση που θέλουμε να μετρήσουμε εφαρμόζεταικατά μήκος της συνολικής αντίστασης r και ο ηλεκτροστατικός πυκνωτής συνδέεται κατά μήκος του τμήματος της συνολικής αντίστασης που σημειώνεται ως r. Υποθέστε τώρα ότι η εφαρμοζόμενη τάση είναι DC, τότε θα πρέπει να κάνουμε μία παραδοχή ότι ο συνδεδεμένος πυκνωτής έχει άπειρη αντίσταση διαρροής. Στην περίπτωση αυτή ο συντελεστής πολλαπλασιασμού δίδεται από τον λόγο της ηλεκτρικής αντίστασης r / R. Η λειτουργία AC σε αυτό το κύκλωμα μπορεί επίσης να αναλυθεί εύκολα και πάλι σε περίπτωση λειτουργίας ac πολλαπλασιάζουμε τον παράγοντα ίσο με r / R.
(β) Χρησιμοποιώντας την τεχνική πολλαπλασιαστή πυκνωτών: Μπορούμε να αυξήσουμε την περιοχή τάσης που πρέπει να μετρήσουμε τοποθετώντας μια σειρά πυκνωτών όπως φαίνεται στο συγκεκριμένο κύκλωμα.

Ας παράγουμε την έκφραση για παράγοντα πολλαπλασιασμού για το διάγραμμα κυκλώματος 1. Ας σημειώσουμε ότι η χωρητικότητα του βολτόμετρου είναι C₁ και πυκνωτής σειράς C₂ όπως φαίνεται στο σχετικό διάγραμμα κυκλώματος. Τώρα ο συνδυασμός σειρών αυτών των πυκνωτών είναι ίσος με

Ποια είναι η συνολική χωρητικότητα του κυκλώματος. Τώρα η αντίσταση του βολτόμετρου είναι ίση με το Ζ₁ = 1 / jωC₁ και έτσι η συνολική αντίσταση θα είναι ίση με

Τώρα ο συντελεστής πολλαπλασιασμού μπορεί να οριστεί ως ο λόγος Z / Z₁ που ισούται με 1 + C₂ / C₁. Ομοίως, ο πολλαπλασιαστικός παράγοντας μπορεί επίσης να υπολογιστεί. Ως εκ τούτου, μπορούμε να αυξήσουμε το φάσμα της τάσης που πρόκειται να μετρηθεί.

Πλεονεκτήματα των οργάνων ηλεκτροστατικού τύπου

Τώρα ας δούμε κάποιες πλεονεκτήματα των οργάνων ηλεκτροστατικού τύπου.

1. Το πρώτο και το σημαντικότερο πλεονέκτημα είναι ότι μπορούμε να μετρήσουμε τόσο την τάση εναλλασσόμενου ρεύματος όσο και την τάση DC και ο λόγος είναι πολύ προφανής ότι η ροπή εκτροπής είναι ευθέως ανάλογη προς το τετράγωνο της τάσης.
2. Η κατανάλωση ενέργειας είναι πολύ χαμηλή σε αυτούς τους τύπους οργάνων, καθώς το ρεύμα που αντλείται από αυτά τα όργανα είναι αρκετά χαμηλό.
3. Μπορούμε να μετρήσουμε υψηλή τιμή τάσης.

Μειονεκτήματα των οργάνων ηλεκτροστατικού τύπου

Αντί για διάφορα πλεονεκτήματα, τα ηλεκτροστατικά όργανα έχουν λίγα μειονεκτήματα και αυτά είναι γραμμένα παρακάτω.

1. Αυτά είναι αρκετά δαπανηρά σε σύγκριση με άλλα μέσα και επίσης αυτά έχουν μεγάλο μέγεθος.
2. Η κλίμακα δεν είναι ομοιόμορφη.
3. Οι διάφορες δυνάμεις λειτουργίας είναι μικρού μεγέθους.