4.7.2. Области применения, достоинства и недостатки
Основное применение электростатические приборы нашли для измерения напряжения в цепях постоянного и переменного токов. Выпускаются высоковольтные вольтметры на напряжения до 300 кВ, щитовые вольтметры на напряжения до 15 кВ с частотным диапазоном до 3 МГц классов точности 1,0 и 1,5. Есть вольтметры с частотным диапазоном до 35 МГц. Вольтметры на более низкие напряжения с пределами до 300 В имеют классы точности 0,05 и 0,1. Кроме этого их используют для измерения мощности, сопротивления, индуктивности и других величин.
Существует несколько возможных вариантов включения электростатических измерительных механизмов для измерения напряжения. В вольтметрах на низкие напряжения до 500 В расстояние между электродами 1 и 2 мало (десятые доли миллиметра) и для ограничения тока при случайном замыкании электродов включается защитный резистор RЗ, как показано на рис. 4.13.
Вольтметр включается в сеть с помощью
А зажимовА иБ. Подвижный электрод 1
1RЗБ соединен с экраном. На
частотах свыше
Э 300 кГц
погрешность за счет емкостного
2 тока становится большой и защитный ре-
Рис. 4.13 зистор RЗ мало влияет на работу и его не включают в схему вольтметра. При этом для включения вольтметра используются зажимыАиЭ. В приборах для измерения высоких напряжений (600 В и выше) расстояния между электродами велики и защитный резистор отсутствует.
Выполнение электростатических приборов с тремя электродами (электрометров) позволяет использовать их для измерения мощности и других величин.
Электростатические ваттметры применяются для измерения мощности переменного тока на частотах вплоть до нескольких мегагерц и при малых cos. Класс точности электростатических ваттметров достигает 0,1-0,2[6].
Достоинствами электростатических приборов являются: 1) малое собственное потребление мощности, что объясняется малыми токами утечки и малыми диэлектрическими потерями в изоляции, малой емкостью измерительного механизма; 2) большой диапазон измеряемых напряжений; 3) возможность измерений как на постоянном, так и на переменном токе; 4) независимость показаний от частоты в широком диапазоне и формы измеряемого напряжения; 5) независимость показаний от внешних магнитных полей.
К недостаткамэлектростатических приборов можно отнести: 1) малую чувствительность по напряжению; 2) влияние внешних электростатических полей, что требует экранирование измерительного механизма; 3) неравномерную шкалу (при соответствующем выборе формы подвижных и неподвижных электродов можно получить практически равномерную шкалу на участке от 15-25 % до 100 % от ее номинального значения) [6].
4.7.3. Погрешности электростатических приборов
Для электростатических приборов характерны следующие погрешности: 1) температурная; 2) частотная; 3) от контактной разности потенциалов; 4) от термоЭДС; 5) от поляризации диэлектрика 6) из-за влияния внешних электростатических полей и др.
Температурная погрешностьэлектростатического прибора обусловлена изменениями упругости материала пружин, растяжек и емкости измерительного механизма при изменении температуры.
В приборах класса точности выше 0,5 для компенсации температурной погрешности используются различные конструктивные меры, например, крепление растяжек на термобиметаллических пластинах.
Частотная погрешностьобусловлена резонансными явлениями в цепи прибора (это возникает из-за наличия собственной емкости прибора и индуктивности проводов) и изменением сопротивления проводов и растяжек
Погрешность от контактной разности потенциаловвозникает из-за разности работ выхода электронов с поверхности электродов в диэлектрик. Уменьшение этой погрешности достигается применением специальной технологии обработки поверхности электродов (контактная разность потенциалов уменьшается до 20-50 мВ).
Погрешность от термоЭДСобусловлена разностью температур на концах проводников, выполняемых из разнородных материалов. Данная погрешность уменьшается при снижении перепада температур в объеме измерительного механизма и выбором материалов проводников.
Погрешность от поляризации диэлектрикапоявляется вследствие возникновения ЭДС, обусловленной процессом поляризации. Уменьшение погрешности от поляризации достигается выбором диэлектрика с малым значением диэлектрической проницаемости и экранированием диэлектрика от подвижной пластины.
Для уменьшения влияния электростатических полей приборы экранируются. Экран соединяется с одним из зажимов прибора и заземляется.