Электростатические измерительные приборы

Принцип работы электростатических измерительных приборов основан на взаимодействии электрически заряженных электродов, разделенных диэлектриком. Конструктивно электростатические приборы представляют собой раз­новидность плоского конденсато­ра, так как в результате переме­щения подвижной части изменяет­ся емкость системы. Практическое применение нашли приборы с по­верхностным механизмом (измене­ние емкости осуществляется за счет изменения активной площади электродов) и с линейным меха­низмом (изменение емкости осуще­ствляется за счет изменения рас­стояния между электродами).

На рисунке представлен при­бор с поверхностным измеритель­ным механизмом. Он состоит из неподвижных электродов 1 и под­вижных электродов 2, укреплен­ных на оси. Электроды выполня­ются из алюминия. Измеряемое напряжение U, приложенное к неподвижным и подвижным элек­тродам, создает между ними электростатическое поле, энергия которого , где С — емкость между электродами.

Электростатические силы взаимодействия заряженных электро­дов создают вращающий момент, под действием которого подвиж­ные электроды втягиваются в пространство между неподвижными и изменяют активную площадь электродов, т. е. изменяют ем­кость С:

Подвижные электроды втягиваются до тех пор, пока вращаю­щий момент не станет равен противодействующему моменту. Из условия равенства моментов следует, что

Шкала прибора квадратичная, поэтому изменение полярности приложенного напряжения не изменяет направления вращения. При приложенном переменном напряжении прибор реагирует на среднее значение момента за период:

U – среднеквадратичное значение напряжения.

Достоинства электростатических приборов: высокое входное сопротивление; малая, но переменная входная емкость; малая мощность потребления; возможность использования как в цепи постоянного, так и в цепи переменного токов; широкий частотный диапазон; независимость показаний от формы кривой измеряемого напряжения. Показания прибора соответствуют среднеквадра­тичному значению измеряемого напряжения.

К недостаткам элек­тростатических приборов относят квадратичную шкалу; малую чувствительность из-за слабого собственного электрического поля; невысокую точность; возможность пробоя между электродами; необходимость экрана.