2. Прилади електростатичної системи.

Принцип дії приладів електростатичної системи заснований на взаємодії двох заряджених електрикою тіл. Конструктивно вони виконуються у виді нерухомої і рухомий пластин, до яких прикладається вимірювана напруга, рисунок 3.14.

Енергія електричного поля WЭ = CU2/2. При русі рухливої пластини ємність С між ними змінюється тому формула обертаючого моменту прийме вигляд

і відхилення покажчика

П ротидіючий момент створюється спіральною пружинкою (рисунок а) чи вагою рухливої пластини (рисунок б). З рівняння відхилення покажчика випливає, що електростатичні прилади можуть бути вольтметрами і кіло-вольтметрами, придатними для виміру постійної і перемінної напруги. Шкала, градуйована на постійній напрузі, справедлива для діючого значення перемінної напруги будь-якої форми.

1 і 2 — нерухома в рухлива пластини;

3 — високовольтний електрод;

4 —.заземлений електрод;

5 — металева труба; 6 — ізолятор.

- Електростатичні прилади:

а - із мінливою робочою площею пластин;

б - з мінливою відстанню між пластинами;

в – високовольтного.

Достоїнства електростатичних приладів: великі межі вимірів (до 1 MB); при вимірі постійної напруги потужність від вимірюваного ланцюга не споживається і вхідний опір прагне до нескінченності; широкий діапазон частот вимірюваних напруг (до 30 МГц). Недоліки: мала чутливість; зміна ємності в процесі виміру; мала надійність; не лінійність шкали; вплив температури навколишнього середовища і зовнішнього електричного поля.

Для зменшення впливу зовнішнього електричного поля застосовується екранування. Електростатичний екран являє собою в найпростішому виді шар електропровідної фарби на внутрішніх стінках корпуса приладу. Екран кращої якості роблять з латунної фольги.

Електростатичні прилади виконують у виді щитових і переносних вольтметрів і кіловольтметрів для застосування в ланцюгах постійного і перемінного струму з частотою від 20 Гц до 30 Мгц. Обмеження робочої частоти обумовлено власною резонансною частотою вхідного ланцюга, обумовленою вхідною ємністю приладу й індуктивністю введень і проводів, що підводять. Вхідна ємність для різних приладів складає від 4 до 30 пФ і резонансна частота — від 50 до 180 Мгц. Щитові прилади виконують зі шкалами від 30 В до 3 кВ класи 1,0 і 1,5 на частоти до 1 Мгц. Переносні — зі шкалами від 30 В до 3 кВ класи 0,5; 1,0 і 1,5 на частоти до 30 Мгц. [1]. Випускаються високовольтні вольтметри на 25—75, 100 і 300 кВ класу 1,0 і 1,5 на частоти від 50 кГц до 5 Мгц.

3. Електровимірювальні прилади з термічним перетворювачем.

Термоэлектрический прибор представляет собой соединение термопре­образователя и магнитоэлектрического измерительного меха­низма с отсчетным устройством.

Термопреобразователь со­стоит из термопары и нагревателя. В качестве нагревате­ля используют проволоку, допускающую длительный нагрев. При пропускании тока через нагреватель он нагревается и на сво­бодных концах термопары возникает термо-ЭДС, которая вызы­вает ток через измерительный механизм.

Термо-ЭДС пропорци­ональна количеству теплоты, выделенной измеряемым током в нагревателе. Количество теплоты, в свою очередь, пропорционально квадрату действующего значения измеряемого тока. Следовательно, показание термоэлектрического прибора пропорционально квадрату действующего значения измеряемого тока.

Теплота, выделяемая током в нагревателе, не зависит от частоты, поэтому термоэлектрическими приборами можно пользоваться и на постоянном токе и на пе­ременном, включая радиочастоты.

При малых значениях измеряемых токов (150—300 мА) при­меняют вакуумные термопреобразователи. В них нагреватель и термопара помещаются в стеклянный баллон, в котором созда­но разрежение. Этим достигается уменьшение потерь на теплоотдачу в окружающую среду, следовательно, для нагрева­ния рабочего конца термопары требуется меньшая мощность.

Расширение пределов измерений термоэлектрических ампер­метров на токи до 1 А производится включением измерительного механизма с отдельными термопреобразователями на каждый предел измерений. При измерении токов свыше 1 А для расшире­ния пределов измерений пользуются высокочастотными измери­тельными трансформаторами тока. В термоэлектрических вольт­метрах расширение пределов измерении производится с по­мощью добавочных резисторов, включаемых последовательно с нагревателем.

Основным достоинством термоэлектрических приборов явля­ется высокая точность измерений в расширенном диапазоне частот и при искаженной форме измеряемого тока или напряжения. Современные термопреобразователи используют как на постоянном токе, так и на частотах вплоть до 100 МГц. Однако на частотах примерно 5—10 МГц частотная погрешность термоэлектрического прибора может достигать 5—10 %. Объяс­няется это тем, что с увеличением частоты вследствие поверхно­стного эффекта повышается сопротивление нагревателя. Кроме того, при очень высоких частотах часть измеряемого тока ответ­вляется через собственные емкости, минуя нагреватель.

К недостаткам термоэлектрических приборов следует отнести

малую перегрузочную способность,

ограниченный срок службы термопреобразователей,

зависимость показаний прибора от тем­пературы окружающей среды,

значительное собственное по­требление мощности (в амперметрах на 5 А примерно 1 В-А,

Промышленность выпускает многопредельные переносные термоэлектрические приборы, предназначенные для измерения переменных и постоянных токов от 100 мкА до 100 А, напряже­ний — от 150 мВ до 600 В. Приборы работают в диапазоне от постоянного тока до частот 50 МГц.