3.4.2. Электростатические вольтметры

Рассмотрим наиболее широко применяемые электростатические вольтметры.

Электростатические вольтметры измеряют действующее значение напряжения. Принцип действия основан на механическом перемещении одного из электродов вольтметра под действием электростатических сил. Измерение производится за счет уравновешивания этой механической силы грузом или пружиной

где S - площадь подвижного электрода; l - расстояние между электродами,

Схема устройства электростатического вольтметра А. А. Чернышева приведена на рис. 3.9.

Рис. 3.9. Устройство электростатического вольтметра А. А. Чернышева: А — подвижный заземленный диск, В — неподвижный высоко­вольтный диск, С — охранное заземленное кольцо, N — металлическое заземленное коромысло, k₁, k₂ — контакты цепи гальванометра, Г — гальванометр

Имеются шаровые вольтметры, например, вольтметр Соренсена, Гобсона и Рамо.

В технических электростатических киловольтметрах, напри­мер, С100 на напряжения до 75 кВ, уравновешивание подвижного электрода осуществляется упругой растяжкой, на которой укреплено зер­кальце. Отсчет показаний производится за счет светового луча.

3.4.3. Делители напряжения (дн)

ДН позволяют не только измерять напряжение, но и зафикси­ровать форму воздействующего сигнала при помощи электронного ос­циллографа (рис 3.10).

Рис. 3.10. Схема измерения высокого напряжения посредством де­лителя напряжения

Применяются делители: омические, емкостные и смешанные омическо-емкостные.

Делитель характеризуется коэффициентом деления К_Д — от­ношение величины полного сопротивления делителя к величине сопро­тивления низковольтного плеча с учетом передающего кабеля Z_k и из­мерительного устройства.

Требования, предъявляемые к делителям напряжения:

1. Коэффициент деления не должен зависеть от амплитуды, полярности, длительности измеряемого напряжения.

2. Коэффициент деления не должен зависеть от внешних элек­трических полей.

3. Делитель должен быть удобным в эксплуатации и относи­тельно дешевым.

У каждого типа делителя есть свои достоинства и недостатки. Наиболее универсальным является третий тип делителя — емкостно-омический, правда, он и наиболее сложный.

3.4.3.1. Омический делитель (R₁>>R₂)

Схема омического делителя приведена на рис. 3.11.

В качестве сопротивления высоковольтного плеча R₁ исполь­зуют жидкостные или проволочные малоиндуктивные резисторы.

Жидкостные резисторы изготавливают, например, из раствора CuSO₄ в дистиллированной воде.

Рис. 3.11. Схема замещения омического делителя

Недостатки жидкостных омических делителей: К_Д зависит от температуры, от загрязнения посторонними ионами.

Проволочные резисторы изготавливают из высокоомной про­волоки - нихрома, константана. Применяется малоиндуктивная бифилярная намотка с малым шагом. Индуктивность проволочных резисто­ров больше, чем жидкостных. Это приводит к искажению формы им­пульсов при коротких временах воздействия.

3.4.3.2. Емкостный делитель (C₂ >>C1)

Схема емкостного делителя рис. 3.12.

Рис. 3.12. Схема замещения емкостного делителя напряжения

Основной недостаток емкостного делителя: невозможно точно согласовать с передающим кабелем, что приводит к наличию отражен­ного сигнала и искажению основного. При коротких временах воздейст­вия лучше, чем омический ДН. Сложности при расчете К_Д.