Урок 3. Электростатические измерительные приборы и их применение

Устройство. Электростатические измерительные приборы (ЭСИП) состоят из ИМ и ОУ. В ЭСИП для перемещения подвижной части используется взаимодействие двух или несколько электрически заряженных проводников. Т.е. здесь в отличие от механизмов других систем перемещение подвижной части осуществляется за счет непосредственного приложенного напряжения и таким образом, эти приборы по своему принципу действия являются приборами, измеряющими только напряжение. Все конструкции электростатических ип сводятся к разновидностям плоского конденсатора с подвижными и неподвижными электродами. Перемещение подвижной части связано с изменением емкости системы, которая может быть осуществлена либо изменением площади электродов, либо изменением расстояния между ними. На рис.2.13 приведена схема устройства электростатического прибора. Подвижная алюминиевая пластина 1 закрепленная вместе со стрелкой на оси 3, может перемещаться, взаимодействуя с двумя электрически соединенными неподвижными пластинами 2. Входное напряжение подается на подвижную и неподвижные пластины. Под действием электростатических сил подвижная пластина втягивается между неподвижными пластинами.

Рис. 2.14. Устройство электростатического прибора.

Уравнение шкалы. Обобщенное выражение М_ВР (2.1) для электростатического прибора имеет вид:

где W_Э – изменение энергии электрического поля при изменении положения подвижной части на dα.

Энергия заряженного конденсатора определяется уравнением:

Поэтому

где С – емкость, образуемая между электродами электростатического прибора.

Приравнивая вращающий момент и противодействующий, получим:

(2.26)

Из выражения (2.26) видно, что шкала прибора квадратичная.

Конструктивно добиваются частичной линеаризации шкалы так, что рабочая часть начинается примерно 1/5 части общей длины шкалы.

Достоинства: не потребляют энергии в цепях постоянного тока и имеют очень незначительное потребление в цепях переменного тока, высокий класс точности.

Недостатки: низкая чувствительность, неравномерная шкала, сказывается влияние внешних электрических и электростатических полей.

Метрологические характеристики: классы точности: 0,05; 0,1; 1,0; 1,5; 2,5, Частотный диапазон - от 20 Гц до 10 мГц, диапазон по напряжению: на постоянном - от 10-30 В до 7500 кВ, на переменном - от 30 В до 7500 кВ, время успокоения 4 с (успокоение подвижной части - магнитоиндукционное или воздушное).

Применение ЭСИП: ЭСИП используется в качестве вольтметров (см. рис. 2.15). Для расширения пределов измерения по напряжению используются проволочные и емкостные делители напряжения.

Рис. 2.15. Вольтметр C503

Например, вольтметр С503 аналоговый электростатической системы прямого преобразования предназначен как для непосредственного измерения напряжения переменного тока в широком диапазоне частот и напряжения постоянного тока, так и для поверки менее точных приборов. Вольтметр переносного исполнения, с подвижной частью на растяжках, уровнем для установки в горизонтальное положение, световым отсчетным устройством, экранированный. Применяется при измерениях в маломощных цепях, с сильно искаженной формой кривой.

Конечное значение диапазона измерений – 30 В; область частот нормальная – от 45 до 1*10⁶ Гц; область частот рабочая – св. 1*10⁶ до 2,5*10⁶ Гц. Класс точности: 0,5. Рабочая температура: от –10 до +35 °С. Габаритные размеры: 65х85х45 мм.

Как уже было сказано ранее, приборы электростатической измерительной системы используются исключительно для измерения напряжения в цепях постоянного и переменного тока.