N Конструкция и принцип действия.

Электростатические вольтметры

n Электростатические (ЭС) вольтметры применяются в основном для измерения напряжений в высоковольтных цепях как постоянного, так и переменного тока.

n Принцип действия устройства электростатического механизма основан на взаимодействии заряженных электродов.

 

n В основе конструкции этого ИМ (рис. 3.13) два электрода (алюминиевые пластины, между которыми воздушный зазор), образующих переменную емкость.

n Измеряемое напряжение U подается на неподвижную пластину образующую своеобразную камеру, и подвижную 2, закрепленную на оси З.

n Спиральная пружина 4 служит для создания противодействующего момента МПР. Стрелка 5 и шкала б образуют отсчетное устройство.

n Подведенное к пластинам напряжение U создает между пластинами электрическое поле. Под действием электростатических сил притяжения подвижная пластина втягивается в камерунеподвижной пластины, поворачивая при этом ось со стрелкой.

n Чем выше приложенное (измеряемое) напряжение тем глубже входит подвижная пластина внутрь неподвижной (увеличивается площадь перекрытия пластин) и тем больше угол поворота. Геометрия подвижной пластины выбирается такой, чтобы повысить линейность (равномерность) шкалы прибора.

n Вращающий момент М равен производной энергии этой электромеханической системы по углу поворота α:

n М = ½ U² dC / dα ,

n где U — напряжение на пластинах; С — емкость между пластинами; α — угол поворота оси сердечника.

n Противодействующий момент определяется по формуле

n Мпр = αΩ,

n где Ω — удельный противодействующий момент.

n Моменты М и МПРнаправлены навстречу друг другу. С ростом угла поворота α противодействующий момент МПР, пропорционально растет. Это происходит до тех пор, пока моменты не станут равными. При М= МПР

n ½ U² dC / d α = αΩ

n Следовательно, уравнение шкалы ЭС вольтметра имеет вид

n α = [ ½ U² dC / d α ] / 2 Ω

n Из последнего уравнения следует,

n во-первых, что ЭС приборы могут измерять напряжение в цепях и постоянного, и переменного тока,

n а во-вторых, что шкала у ЭС вольтметров — нелинейная (квадратичная).

n Расширение диапазонов измерения ЭС вольтметров можно выполнять несколькими способами.

n На постоянном токе это делается с помощью резистивного делителя напряжения (рис. 3.14, а).

n На переменном токе используют емкостной делитель напряжения (рис. 3.14, 6) или, в крайнем случае, добавочный конденсатор (рис. 3.14, в), который совместно с емкостью самого ЭС механизма также создает делитель напряжения.

 

 

Особенности ЭС вольтметров.

Достоинства ЭС вольтметров :

n • высокое входное сопротивление (на постоянном напряжении — практически бесконечное, а на низких и средних частотах составляет десятки мегаом и более), что означает чрезвычайно малое собственное потребление энергии от источника измеряемого напряжения;

n • реакция на среднее квадратическое (действующее) значение напряжения не зависит от формы сигнала;

n • широкий диапазон частот измеряемых напряжений (единицы — десятки мегагерц);

n • сравнительно высокая точность ( классы точности 1,0... 1,5);

n • простая конструкции и, следовательно, достаточная надежность.

n Недостатки ЭС вольтметров:

n • нелинейная шкала;

n • малая чувствительность;

n • возможное значительное влияние внешних электрических полей, требующее экранирования механизма.

n Основное применение ЭС вольтметров — измерения в высоковольтных цепях, в маломощных цепях, а также в цепях с высоко- частотными сигналами.

n Обозначение вольтметров ЭС системы на шкалах:

n Обозначение ЭС вольтметров с экранированным ИМ: