静电型仪器结构原理扭矩方程

静电式仪表的工作原理

顾名思义静电型仪器采用静电场产生偏转扭矩。这些类型的仪器通常用于测量高电压但在某些情况下,它们可用于测量给定电路的较低电压和功率。静电力有两种可能的作用方式。两个可能的条件写在下面,

静电型仪器的构造

  1. 当其中一个板是固定的,而另一个板可以自由移动时,这些板就会带相反的电荷,以便在它们之间产生引力。现在,由于这个吸引力,活动板将向静止或固定板移动,直到移动板储存最大的静电能。
  2. 在其他布置中,由于一些旋转的板,可能存在吸引力或排斥力或两者。

静电型仪器的力和扭矩方程

现在我们来推导线性静电型仪器的力方程。让我们考虑如下图所示的两个板块。
线性静电仪器

板A是带正电荷的,并且板B带负电。如上所述,根据可能的条件(a),我们在板之间具有线性运动。板A是固定的并且板B可以自由移动。当静电力变得等于弹簧力时,让我们假设在平衡时在平衡时存在一些力F.此时,存储在板中的静电能量是

现在假设我们增加电压dV,因此板子B向板子A移动dx距离。由于板B的位移,对弹簧力所做的功为F.dx。施加的电压与当前

从这个值电流输入能量可以计算为

由此,我们可以计算储存能量的变化,并出现

忽略表达式中出现的高阶项。现在应用能量守恒原理,我们有向系统输入的能量=系统储存能量的增加量+系统所做的机械功。由此我们可以得出,

从上面的等式可以计算力作为

现在让我们推出旋转力和扭矩方程静电型仪器。图如下所示,
旋转静电仪器
为求出回转式转矩的表达式静电仪器,只需用t替换在等式(1)fD.和dx by da。现在重写修改的方程,我们的偏转扭矩等于

现在,在稳定状态下,我们具有控制扭矩由表达式T给出C= k×a。可以写入偏转a

从这个表达式我们可以得出结论,指针的偏转与要测量电压的平方成正比,因此刻度将是不均匀的。现在我们讨论象限静电计。该仪器一般用于测量电压范围为100伏至20千伏。同样,在象限静电计中获得的偏转力矩与施加电压的平方成正比;这样做的一个优点是,该仪器可以用来测量交流和直流电压。使用静电型仪表的一个优点是电压表我们可以扩大被测电压的范围。现在有两种方法来扩大这个乐器的范围。我们将逐一讨论。

(a)通过使用抵抗性潜在分隔线:下面给出的是这种配置的电路图。

我们想要测量的电压跨越总电阻R和静电电容器连接在标记为r的总电阻的部分上。现在假设施加的电压是DC,然后我们应该假设连接的电容具有无限漏电。在这种情况下,乘法因子由比率给出电阻r / r。该电路的交流工作也可以很容易地分析,在交流工作的情况下,我们乘以因子r/ r。
(b)通过使用电容乘数技术:我们可以通过放置一系列电容器来增加电压的电压范围,如给定电路所示。
电容分压器
让我们推导出电路图的乘法系数的表达1.让我们标记电容电压表的C1和串联电容为c2如给定电路图所示。现在这些电容器的系列组合等于

这是电路的总电容。现在电压表的阻抗等于z1= 1 /jΩc1因此总阻抗等于

现在乘数可以定义为Z/Z的比值1哪个等于1 + c2/ C1。类似地,也可以计算乘法因子。因此,通过这种方式,我们可以增加要测量的电压范围。

静电型仪器的优点

现在让我们看一些静电型仪器的优点

  1. 首先和最重要的优点是我们可以测量AC和DC电压,原因非常明显,偏转扭矩与电压的平方成正比。
  2. 这些类型的仪器功耗相当低,因为这些仪器汲取的电流相当低。
  3. 我们可以测量高电压值。

静电型仪器的缺点

虽然静电仪器有各种优点,但它的缺点却很少。

  1. 与其他仪器相比,这些仪器非常昂贵,而且它们的体积也很大。
  2. 刻度不均匀。
  3. 所涉及的各种操作力量较小。
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