5.6. Электростатические приборы

В электростатических измерительных механизмах перемещение подвижной части происходит под действием энергии электрического поля системы двух или нескольких  электрически заряженных проводников (рис. 5.5).

 

Рис. 5.5 Устройство электростатического прибора

Распространено два вида механизмов: с изменением активной площади электродов, а в других – за счет изменения расстояния между электродами.

Устройство механизма с изменением активной площади электродов

Неподвижная часть (неподвижный электрод) состоит из одной или нескольких камер 1, которые представляют две одинаковые пластины, соединенные вмести 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 (см. рис. 5.5), образуют подвижную часть. Силы электрического поля стремятся повернуть подвижную часть так, чтобы энергия электрического поля  была наибольшей, т.е. чтобы подвижный электрод втягивался в пространство и поворачивал указатель.

Вращающийся момент электростатического механизма

.

При переменном напряжении , приложенном к электродам, подвижная часть вследствие инерционности будет реагировать на среднее за период значение вращающего момента, равное

,

где U – действующее значение переменного напряжения.

Выражение для угла отклонения можно получить из условия статического равновесия М = –М_ПР или , откуда .

Достоинства: почти не влияют температура, частота и форма кривой приложенного напряжения; собственное потребление мощности мало.

Недостатки: чувствительность мала; вращающий момент мал.

Применение: в маломощных цепях в широком частотном диапазоне; в цепях высокого напряжения.

5.7. Термоэлектрические приборы

Они представляют собой сочетание измерительного механизма магнитоэлектрической системы и одного или нескольких термоэлектрических преобразователей (рис. 5.6).

 

Рис. 5.6 Разновидности термоэлектрических приборов: а – контактная схема термоэлектрических преобразователей; б – бесконтактная; в – мостовая; г – амперметр; д – вольтметр

Термо-ЭДС, развиваемая термоэлектрическим преобразователем, пропорциональна количеству теплоты, выделяемой измеряемым током в месте присоединения спая. Количество теплоты, в свою очередь, пропорционально квадрату измеряемого тока. Значение тока I₀, протекающего через измерительный механизм, может быть определенно как I₀ = E/R, где E – термо-ЭДС; R – полное сопротивление цепи постоянного тока. Следовательно, показания термоэлектрического прибора пропорциональны квадрату действующего значения тока в нагревателе, т.е. , где k – постоянный коэффициент, зависящий от конструкции и типа термоэлектрического преобразователя и параметров измерительного механизма.

Достоинства: достаточно высокая точность в широком частотном диапазоне; независимость показаний от формы кривой токов и напряжений.

Недостатки: малая перегрузочная способность; большое собственное потребление мощности; неравномерная шкала.

5.8. Выпрямительные приборы

Эти приборы представляют собой сочетание измерительного механизма магнитоэлектрической системы с выпрямителем на полупроводниковых диодах.

Схемы соединений диодов с измерительными механизмами можно разделить на две основные группы: однополупериодные и двухполупериодные (рис. 5.7).

Наиболее распространены  приборы с двухполупериодными схемами выпрямления.

 

Рис. 5.7 Выпрямительные приборы: а – трансформаторная; б – мостовая; в, г – мостовая с заменой двух диодов резисторами

При измерении переменного тока мгновенное значение вращающего момента М(t) = Bsi, где i – мгновенное значение тока, протекающего через измерительный механизм.

Из-за инерционности подвижной части отклонение её определяется средним значением вращающего момента М_СР. Для схемы с однополупериодным выпрямлением, если ток , средний за период вращающий момент равен

,

где I_CP – средневыпрямленное значение синусоидального тока; T – период.

Для схемы с двухполупериодным выпрямлением вращающий момент увеличивается вдвое.

Угол поворота подвижной части при одно- и двухполупериодном выпрямлении соответственно равен

,            .

Достоинства: высокая чувствительность (наименьшие пределы измерения переменных токов и напряжений 0,25-0,3 мА и 0,25-0,3 В); малое собственное потребление мощности; широкий частотный диапазон (до 10-20 кГц).

Недостатки: невысокая точность (классы точности 1,0-2,5); зависимость показаний от формы кривой измеряемой величины.

Область применения: многопредельные ампервольтметры, выпрямительные фазометры и самопишущие частотомеры.