Электростатические измерительные приборы

Принцип работы электростатических измерительных приборов основан на взаимодействии электрически заряженных электродов,разделенных диэлектриком. Конструктивно электростатические приборы представляют собой разновидность плоского конденсатора, так как в результате перемещения подвижной части изменяется емкость системы. Практическое применение нашли приборы с поверхностным механизмом (изменение емкости осуществляется за счет изменения активной площади электродов) и с линейным механизмом (изменение емкости осуществляется за счет изменения расстояния между электродами).

На рис. 2.16 представлен прибор с поверхностным измерительным    механизмом. Он состоит из неподвижных электродов 1 и подвижных электродов 2, укрепленных на оси. Электроды выполняются из алюминия. Измеряемое напряжение U, приложенное к неподвижным и подвижным элек­тродам, создает между ними электростатическое поле, энергия которого w_{э =} CU²/2, где С — емкость между электродами.

Электростатические силы взаимодействия заряженных электро­дов создают вращающий момент, под действием которого подвиж­ные электроды втягиваются в пространство между неподвижными и изменяют активную площадь электродов, т.е. изменяют ем­кость С:                                                                                                                       

/¶a = ( (2.37)

Рисунок 2.16 – Устройство электростатического измерительного механизма

     (2.38)

       Шкала прибора квадратичная, поэтому изменение полярности приложенного напряжения не изменяет направления вращения. При приложенном напряжении прибор реагирует на среднее значение момента за период:
=0,5  (2.39)

где u (t) =  мгновенное значение переменного напря­жения; U - среднеквадратичное значение напряжения; Т — пе­риод.-*

Достоинства электростатических приборов — высокое входное
сопротивление; малая, но переменная входная емкость; малая мощность потребления; возможность использования как в цепи постоянного, так и в цепи переменного токов; широкий частотный диапазон; независимость показаний от формы кривой измеряемого напряжения. Показания прибора соответствуют среднеквадра­тичному значению измеряемого напряжения. К недостаткам элек­тростатических приборов относят квадратичную шкалу; малую чувствительность из-за  слабого собственного электрического поля; невысокую точность; возможность пробоя между^- электродами; необходимость экрана.

Электростатические вольтметры применяют для измерения в це­пях с маломощными источниками и при лабораторных исследова­ниях в цепях высокого напряжения. В совокупности электрон­ными усилителями их используют как высокочувствительные элек­трометры и вольтметры переменного тока.

Логометры

Логометры— приборы электромеханической группы, измеряющие отношение двух электрических величин Y₁ и Y_г

                                          ⁿ,                                        (2.40)

где п — коэффициент, зависящий от системы измерительного меха­низма.

Особенность логометров заключается в том, что вращающий М и противодействующий М_a моменты в них создаются электрическим путем, поэтому логометр имеет два воспринимающих эле­мента, на которые воздействуют величины Y₁ и Y₂, составляю­щие измеряемое отношение. Направления величин и Y₂ должны выбираться такими, чтобы моменты М и М_a, действующие на под­вижную часть, были направлены навстречу друг другу, при этом подвижная часть будет поворачиваться под действием большего момента. Для выполнения этих условий моменты М и М_а должны по-разному зависеть от угла отклонения подвижной части прибора.

Источниками погрешности логометра служат неидентичное вы­полнение двух воспринимающих элементов, особенно при наличии ферромагнитных материалов; наличие в логометре дополнительных моментов (от трения в опорах, безмоментных подводок, неурав­новешенности подвижной части). Следовательно,

                                М = М_a + М_доп ,                                (2.41)

Присутствие дополнительного момента М_доп делает показания логометра зависящими от побочных факторов (например, напря­жения). Поэтому на шкале логометра указывают рабочий диапазон напряжения, в пределах которого градуировка шкалы справедлива. Верхний предел напряжения определяется максимальной мощ­ностью, выделяемой в цепях логометра, а нижний— . Стрелка невключенного под напряжение логометра из-за отсутствия механического противодействующего момента занимает безразличное положение.