2.3 Электростатические приборы

Основой электростатических приборов является электростатический измерительный механизм с отсчетным устройством. Они применяются, в основном, для измерения высоковольтных напряжений постоянного и переменного тока.

Вращающий момент в электростатических механизмах возникает в результате взаимодействия двух систем заряженных пластин, одна из которых является подвижной. Конструктивно измерительный механизм напоминает конденсатор переменной ёмкости (рисунок 2.8).

Рисунок 2.8

Между неподвижными пластинами 1 закрепляются на оси 3 подвижные пластины 2. К пластинам подводится напряжение, создающее между ними электрическое поле. Под воздействием сил поля подвижные пластины втягиваются в пространство между неподвижными пластинами. Противодействующий момент создаётся спиральной пружинкой. Отсчет угла поворота производится с помощью стрелки, укрепленной к подвижным пластинам. Вращающий момент создаётся за счет изменения энергии электрического поля, которая определяется известным соотношением

, (2.16)

где C – емкость между пластинами, изменяющаяся от угла поворота;

u – мгновенное значение напряжения.

Используя (2.2), найдем вращающий момент, создаваемый электрическими силами и, приравняв его противодействующему моменту, определяемому по формуле (2.3), получим уравнение преобразования подвижной части прибора, из которого найдется угол отклонения в установившемся режиме

. (2.17)

Рассматривая уравнение (2.17) при подаче на электростатический прибор постоянного напряжения, переменного напряжения синусоидальной формы или периодического сигнала любой формы, нетрудно доказать, что угол отклонения подвижной части будет пропорционален действующему значению напряжения, подключенного к прибору

, (2.18)

где  чувствительность прибора,

U  полное действующее значение напряжения.

Электростатические измерительные механизмы имеют малое собственное потребление мощности от измеряемой цепи. На них слабо влияет изменение окружающей температуры, частота и форма измеряемого напряжения. Применяются для измерения высоких напряжений до сотен киловольт. Существенным недостатком электростатических приборов является зависимость показаний от влияния внешнего электрического поля, а также изменение входной ёмкости при изменении входного напряжения. Шкала электростатических вольтметров в пределах 25-100% обычно равномерна, что достигается подбором формы подвижных пластин. Вольтметры на разные пределы измерений имеют разные конструкции измерительного механизма. Расширение пределов измерений электростатических вольтметров осуществляется включением последовательного добавочного конденсатора или использованием ёмкостного делителя. У вольтметров на малые и средние напряжения воздушный зазор между пластинами очень мал, поэтому возникает опасность короткого замыкания пластин, а, следовательно, и источника измеряемого напряжения, поэтому для устранения этого явления внутрь вольтметра встраивается защитный резистор (рисунок 2.9), не оказывающий влияния на измерение вследствие отсутствия тока.

Рисунок 2.9

При измерении в цепях переменного тока резистор вносит некоторую погрешность, поэтому предусмотрена клемма Э, подключая к которой можно провести измерение, исключая эту погрешность.