2.5. Электростатические приборы

Принцип действия электростатических приборов основан на взаимодействии электрически заряженных проводников.

Одна из распространенных конструкций электростатического измери­тельного механизма приведена на рис. 2.21. Подвижная алюминиевая пластина 1, закрепленная вместе со стрелкой на оси 3, может переме­щаться, взаимодействуя с двумя электрически соединенными непо­движными пластинами 2. Входные зажимы (не показаны), к которым подводится измеряемое напряжение, соединены с подвижной и непо­движными пластинами. Под действием электростатических сил подвиж­ная пластина втягивается в пространство между неподвижными пла­стинами. Движение прекращается, когда противодействующий момент закрученной пружины становится равным вращающему моменту.

(2.55)

Энергия электростатического поля, запасенная электростатическим измерительным механизмом,

где С — емкость между пластинами, зависящая от их взаимного распо­ложения; U — измеряемое напряжение. Следовательно, вращающий момент

М = Ш/да = (1/2) (дС/да)!/¹.

вр

(2.58)

вр

Противодействующий момент М_пр= Wa при равновесии равен Л/

Таким образом, уравнение преобразования электростатического при­бора имеет вид

а - (1/2W) (дС/да)!/*.

Из (2.58) следует, что показание прибора не зависит от полярности приложенного напряжения.

(2.57)

Рис. 2.21

<W= (1/2) CU²,

(2.56)

	С1 =
"еж
	С2 =	и1ых
о		О

Рис. 2.22

В случае переменного тока следует произвести усреднение показаний по времени:

1 Т

« = —J

дС

1

-и² (t)dt =

2 W да

Т о

дС

1

и²,

(2.59)

2 W да

дС

где u(t) — мгновенное значение измеряемого переменного напряжения; U — его действующее значение; Т — период времени, за который произ­водится усреднение.

Таким образом, квадратичность уравнения преобразования (при дС/да = const) сохраняется и на переменном токе. Поэтому приходится

добиваться линеаризации шкалы специальным выбором формы пла­стин.

К достоинствам приборов электростатической системы относятся ши­рокий частотный диапазон, ничтожное потребление энергии, независи­мость показаний от внешних магнитных полей.

К недостаткам следует отнести низкую чувствительность, невысокую точность, необходимость экранирования измерительного механизма от влияния внешних электрических полей.

Приборы электростатической системы в основном используются в лабораторной практике для измерения напряжений в высокоомных цепях на частотах от нескольких герц до нескольких мегагерц. При­менение электронных усилителей позволяет значительно увеличить чувствительность приборов и использовать их в качестве милливольт­метров. Применение емкостных делителей расширяет верхний предел измерения вольтметров до значений порядка нескольких киловольт. Емкостный делитель, показанный на рис. 2.22, имеет коэффициент де­ления

* = ^внЛх = ^C1I^^{C1 + С2}>

и обеспечивает увеличение верхнего предела измерения вольтметра в 1/к = С2/С1 + 1 раз. (Это справедливо, если собственная емкость элект­ростатического вольтметра много меньше С2. В противном случае значение к должно быть уточнено).