Электростатические измерительные приборы

П ринцип 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 рисунке 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 , 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:

Подвижные электроды втягиваются до тех пор, пока вращаю­щий момент не станет равен противодействующему моменту. Из условия равенства моментов следует, что

Шкала прибора квадратичная, поэтому изменение полярности приложенного напряжения не изменяет направления вращения. При приложенном переменном напряжении прибор реагирует на среднее значение момента за период:

U – среднеквадратичное значение напряжения.

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.

Логометры

Логометры — приборы электромеханической группы, измеряю­щие отношение двух электрических величин Y₁ и Y₂

где n — коэффициент, зависящий от системы измерительного меха­низма.

Особенность логометров заключается в том, что вращающий М и противодействующий моменты в них создаются электриче­ским путем, поэтому логометр имеет два воспринимающих эле­мента, на которые воздействуют величины Y₁ и Y₂, составляю­щие измеряемое отношение. Направления величин Y₁ и Y₂ должны, выбираться такими, чтобы моменты М и , 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 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 М_доп (от трения в опорах, безмоментных подводок, неурав­новешенности подвижной части). Следовательно M= +M_доп

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 — М_доп. Стрелка невключенного под напряжение лого­метра из-за отсутствия механическо­го противодействующего момента за­нимает безразличное положение.