Краткие теоретические сведения. В электростатических измерительных механизмах перемещение подвижной части

В электростатических измерительных механизмах перемещение подвижной части происходит под действием энергии электрического поля системы двух или нескольких электрически заряженных проводников. Следовательно, в данном механизме в отли­чие от механизмов других систем перемещение подвижной части осуществляется за счет действия непосредственно приложенного напряжения. Поэтому основной областью применения электростатических механизмов являются приборы, измеряющие напряжение — вольтметры.

Перемещение подвижной части во всех конструкциях электростатических механизмов связано с изменением ем­кости системы. Распространение получили два вида меха­низмов:

изменение емкости в одних осуществляется за счёт изменения активной площади электродов, а в других — за счет изменения расстояния между электродами.

Первые применяются в щитовых в переносных вольтметрах на напряжения от десятков до сотен вольт, вторые — в щитовых киловольтметрах.

Устройство механизма с изменением активной площади электродов схематически показано на рис. 1 Неподвиж­ная часть состоит из нескольких камер 1, которые представляют две одинаковые металлические пластины, сое­диненные вместе и имеющие воздушный зазор. В воздуш­ный зазор входит подвижный секторообразный электрод 2, укрепленный на оси 4. Элект­род 2 и указатель 3, также ук­репленный на оси 4 образуют подвижную часть.

Под дейст­вием подведенного к электродам напряжения U создается электрическое поле. Силы электрического поля стремятся повернуть подвижную часть так, чтобы энергия электриче­ского поля W_Э=l/2U²C (где С — емкость между подвижным и неподвижным электрода­ми) была наибольшей, т. е. чтобы подвижный электрод втягива0000лся в пространство между неподвижными электро­дами и поворачивал указатель. Подвижная часть может быть укреплена на опорах, растяжках или подвесе; а в ка­честве указателя кроме стрелки применяют также световой луч. Электроды изготовляются из алюминия.

В электростатических измерительных механизмах при­меняют большей частью магнитоиндукционные успокоители, реже — воздушные.

Рис. 3.14. Электростатический измерительный механизм

Вращающий момент электростатического механизма:

Выражение для угла отклонения можно получить из условия статического равновесия: М = -М_пр или U² 1/2 dc/da откуда:

Следовательно, угол поворота подвижной части электростатического измерительного механизма пропорционален квадрату действующего значения напряжения и множите­лю dC/da. Между измеряемой величиной (напряжени­ем) и углом отклонения нет прямо пропорциональной зави­симости. Выбором соответствующей формы электродов, их размеров и взаимного расположения получают такую зави­симость dC/da, которая позволяет обеспечить практически равномерную шкалу, начиная от 15 до 100 % верхнего предела измерения.

Чувствительность электростатических механизмов мала. Для ее повышения подвижную часть укрепляют на растяж­ках или подвесе, применяют оптический световой отсчет, а также увеличивают емкость механизма, делая его многока­мерным.

Вращающий момент электростатического механизма мал, это не позволяет сделать на его базе вольтметр с пре­делом измерения меньше 10 В.

Собственное электрическое поле электростатических вольтметров незначительное, поэтому на работу приборов сальное влияние оказывают внешние электрические поля. Для уменьшения этого влияния приборы экранируют. Экра­ном может служить корпус прибора, если он металличе­ский. Если корпус выполнен из пластмассы, то экраном служит металлическая фольга из немагнитного материала или алюминиевая краска, которой покрывается внутренняя поверхность корпуса. Экран соединяется с одним из элек­тродов и заземляется.

На электростатические вольтметры почти не влияют температура,частота и форма приложенного напряжения и внешние магнитные поля.

Собственное потребление мощности вольтметра на пере­менном токе мало, а при включении в цепь постоянного то­ка при установившейся режиме равно нулю.

Перечисленные свойства электростатических вольтмет­ров обусловливают их применение в широком частотном диапазоне в маломощных цепях, а также в цепях высокого напряжения до сотен киловольт.

III Задание:

1. ознакомиться с данным руководством

2. повторить теоретический материал по

принципу работы приборов электроста-

тической системы измерений:

3. при помощи инструмента разобрать электро-

измерительный прибор и исследовать конструк

цию прибора и отдельных его элементов,

определить их назначение

4. сделать вывод о достоинствах и недостатках

приборов данной системы измерения.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается принцип действия приборов электростатической

системы измерений?

2. Какие достоинства и недостатки имеют приборы данной систе-

мы измерения?

3. Какие условные обозначения должен иметь прибор данной

системы измерения?

4. Какую шкалу имеют приборы электростатической системы

измерения и почему?

Основная литература:

1. В.Ю. Шишмарёв Измерительная техника - М.: Издательский центр «Акдемия», 2008, 288 с

2. В.А. Панфилов. Электрические измерения - М.: Издательский центр «Акдемия», 2008, 288 с

Дата добавления: 2015-09-03