Site Loader
Posted on 26.02.2023

Электростатические вольтметры | Измерения на высоком напряжении

Страница 21 из 39

Принцип действия электростатического вольтметра, как известно, основан на действии сил электрического поля

где Wэл—энергия, запасенная электростатическим полем, а s —параметр, ее изменяющий.     

Так, например, обкладки плоского конденсатора площадью S и расстоянием между ними s притягиваются друг к другу с усилием, равным

Если укрепить электрод так, чтобы он был подвижным, то это усилие можно измерить при помощи соответствующего показывающего устройства по отклонению возвратной пружины, соединенной с подвижным электродом. У электростатических вольтметров, применяемых для измерений высоких напряжений, чаще всего подвижен не весь электрод, а только его небольшая поворачивающаяся пластинка, которая находится в круговом секторе одного из двух электродов. Усилие пропорционально квадрату напряжения, поэтому киловольтметр электростатической системы измеряет действующее значение переменного напряжения.

При измерении постоянного напряжения отклонение электрода измерительного механизма не зависит от полярности. Расчет усилий по известным форме и размерам электродов часто сопряжен с трудностями, так как емкость может быть точно определена только при сравнительно простых конфигурациях электродов. В тех случаях, когда для выбранного конструктивного исполнения (например, для устройства с охранным кольцом) можно точно определить емкость, электростатический вольтметр может быть применен в качестве прибора для измерения абсолютных значений, так как измерение высокого напряжения сводится к измерению длин и усилий [Л. 125—132]. Вследствие квадратичной зависимости между усилием и измеряемым напряжением шкалы у электростатических измерительных приборов также получаются квадратичными. Применяя электроды соответствующей формы, можно изменить характер шкалы и на небольшом отрезке сделать ее равномерной.
Большое преимущество электростатических вольтметров состоит в том, что они очень мало нагружают измеряемую цепь. Такое требование ставится прежде всего при измерении напряжения маломощных источников постоянною напряжения, а также электростатических зарядов. Нагрузка на источники постоянного напряжения возникает только в момент заряда емкости вольтметра, подключаемого к цепи высокого напряжения. Так как емкость вольтметра колеблется в пределах 5—50 пФ, а сопротивление утечки при соответствующем выборе изоляционных материалов может быть очень велико (порядка 1013 Ом), то можно считать, что электростатический вольтметр вообще не создает никакой нагрузки на измеряемую цепь. Потребляемая реактивная мощность при измерениях переменного напряжения, равная U2ωC, должна учитываться только при очень высоких частотах.
Верхняя предельная частота электростатического вольтметра зависит от его конструкции и определяется собственным резонансом между индуктивностью подводящих проводов и емкостью измерительного механизма, RС-характеристикой цепочки из сопротивления возвратной пружины и емкости измерительного механизма, а также проблемой изоляционного материала, так как диэлектрические потери в вводах и изоляторах при высоких частотах приводят к слишком большим местным нагревам.
Обычно верхняя предельная частота имеет порядок мегагерц.
Пример конструкции электростатического киловольтметра [Л. 133] приведен на рис. 74. Между двумя дисковыми, плоскими и не коронирующими электродами 1 и 2 возникает примерно однородное электрическое поле. У одного из плоских электродов в центре сделано круглое отверстие, в котором находится диск 3, укрепленный так, что он может поворачиваться. При приложении измеряемого напряжения· на подвижный диск воздействует сила, направленная в сторону противолежащего плоского электрода. Поворот подвижного органа фиксируется на шкале
4 при помощи зеркальца 5 и светового указателя. Для демпфирования вибраций, возможных у подвижного органа, служат два воздушных успокоителя (не показаны). Отклонение подвижного диска настолько мало, что однородность электрического поля почти не нарушается. Подгонка диапазона измерения производится путем изменения расстояния между плоскими электродами.
С увеличением расстояния между плоскими электродами по отношению к их диаметру повышается чувствительность измерительного прибора к влиянию внешних полей и, так же как при заземлении одного из электродов искрового промежутка, появляется эффект полярности [Л.
133].

При достаточно тщательной градуировке эти приборы имеют класс точности 1; большая точность вследствие их высокой механической чувствительности вряд ли может быть получена в ближайшее время. Электростатические киловольтметры выпускаются для напряжений до 600 кВ*. При применении электростатических вольтметров для измерения высоких напряжений следует иметь в виду, что наибольшее значение напряжения, указанное на шкале, иногда относится только к постоянному напряжению, так как при переменных напряжениях изоляция киловольтметра испытывает воздействие, амплитуда которого при том же действующем значении напряжения в √2 раз больше, чем на постоянном токе.

Рис. 74. Схематическое изображение электростатического вольтметра по Штарке—Шредеру.

Большое число работ посвящено повышению чувствительности электростатических вольтметров. Так, например, в приборе, предложенном Гейгером [Л. 128], изменение емкости, возникающее при отклонении подвижного электрода, используется для расстройки колебательного контура. Расстройка влияет на анодный ток схемы генератора. После соответствующего усиления и выпрямления анодный ток, измеренный стрелочным прибором, является мерой высокого напряжения. Бенинг вместо подвижной пластинки вольтметра применил мембрану, отклонение которой может быть измерено с большой чувствительностью при помощи пневматического показывающего устройства, не находящегося под напряжением и расположенного на большом расстоянии от прибора [Л. 130, 131].

Усилия, создаваемые электрическим полем на подвижном электроде, можно компенсировать также при помощи катушки, создающей магнитное поле [Л. 134].
В заключение следует упомянуть об электростатическом киловольтметре по Хветеру [Л. 135], подкупающем своей простотой, а также преимуществами при очень высоких напряжениях. С увеличением значений измеряемых напряжений получать электрические поля определенной формы делается все труднее. Затраты на экранирующие кожухи для подавления короны вблизи измерительного механизма оказываются слишком большими.
Эти конструктивные трудности могут быть преодолены, если собственно измерительный механизм сделать больших габаритов — в виде шарового разрядника (рис. 75). Усилие, с которым притягиваются шары, может быть определено по формуле Томсона [Л. 250].
1 В СССР до 300 кВ. Прим. ред.

При напряжениях около 1 МВ механическое усилие имеет порядок килограммов. Масляный успокоитель препятствует возникновению механических колебаний. После арретирования подвижного шара киловольтметр можно использовать как обычный шаровой разрядник для измерения амплитуды напряжения.

  • Назад
  • Вперёд

Электростатический вольтметр — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Cтраница 2

Электростатический вольтметр представляет собой измерительный механизм той же системы ( см. § 4 — 6), на шкале которого нанесены деления, соответствующие значениям напряжения на его зажимах.  [16]

Колебательный контур и вольтметр. | Неправильная схема включения термоэлектрическо — го амперметра.  [17]

Электростатический вольтметр на номинальное напряжение ия — 3 кв имеет емкость С 50 пф.  [18]

Электростатические вольтметры практически могут быть использованы на любых частотах, за исключением малых частот ( до 30 — 40 гц), так как при малых частотах полное сопротивление Z измерительного механизма и добавочного конденсатора несколько зависит от сопротивления изоляции, шунтирующего емкостное сопротивление.  [19]

Электростатический измерительный механизм с изменением расстояния между электродами.  [20]

Электростатические вольтметры используются для измерения напряжений в широком диапазоне частот ( 20 Гц — 30МГц) в маломощных цепях, а также в цепях высокого напряжения для измерения напряжений до десятков и сотен киловольт без применения громоздких, дорогих и потребляющих большую мощность добавочных сопротивлений.  [21]

Электростатические вольтметры отличаются малым собственным потреблением энергии, широким частотным диапазоном ( до 10 МГц), нечувствительностью к внешним магнитным полям и колебаниям температуры; их показания не зависят от формы кривой измеряемого напряжения.  [22]

Электростатические вольтметры при измерении на постоянном токе совершенно не потребляют мощности, а на переменном токе они потребляют весьма малую мощность. Кроме того, они позволяют измерять большие напряжения переменного тока без применения измерительных трансформаторов напряжения.  [23]

Электростатические вольтметры применяются преимущественно в лабораториях для измерений на объектах малой мощности и непосредственного измерения высоких напряжений.  [24]

Устройство электростатического прибора с вращающимися электродами.  [25]

Электростатический вольтметр имеет арретир — приспособление, позволяющее передвижением рычажка снаружи прибора задержать одновременно подвижное крыло и алюминиевый сектор успокоителя. Всякое изменение положения прибора, а тем более транспортировка его допускаются только при закрытом арретире. Несоблюдение этого правила неизбежно ведет к порче прибора. Эту пломбу рекомендуется снимать только после окончательной установки прибора.  [26]

Электростатические вольтметры применяют для измерения в цепях с маломощными источниками и при лабораторных исследованиях в цепях высокого напряжения.  [27]

Электростатические вольтметры с верхним пределом измерения выше 600 в ( без добавочных конденсаторов) наиболее удобно поверять на переменном токе частотой 50 гц, пользуясь в качестве образцового электродинамическим вольтметром класса 0 5 или 0 2, включая его через образцовый трансформатор напряжения.  [28]

Электростатические вольтметры могут непосредственно, без расширения пределов измерений, измерять напряжение от десятков вольт до десятков киловольт. Вращающий момент, действующий на подвижную часть, имеет небольшую величину, поэтому нижний предел измерения ограничен напряжениями порядка единиц вольт.  [29]

Электростатический вольтметр может быть сконструирован на любое испытательное напряжение, даже до 200 кв и выше. Так как отношение вращающего момента к весу движущегося элемента небольшое, то период колебания большой, а затухание обычно слабое. Следовательно, снятие показаний напряжения-относительно медленный процесс, а непостоянное напряжение затрудняет получение надежной величины. Хорошим способом измерения напряжения является применение умножителя емкости с электрическим вольтметром. Оба устройства должны иметь довольно мелкую градуировку.  [30]

Страницы:      1    2    3    4

Электростатические вольтметры | Конструкция электростатических вольтметров

В полях электростатических вольтметров сила притяжения между электродами плоского конденсатора определяется выражением

, где

В = приложенное напряжение между пластинами,

В = приложенное напряжение между пластинами,

пластин,

A = площадь поперечного сечения пластин,

d = диаметр пластин

с = расстояние между пластинами,

ε 0  = диэлектрическая проницаемость среды (воздух или свободное пространство),

Вт с = работа, совершенная при перемещении пластины электродов свободно перемещается, усилие на пластине можно измерить, контролируя ее пружиной или уравновешивая противовесом. Для измерений высокого напряжения обычно достаточно небольшого смещения одного из электродов на долю миллиметра до нескольких миллиметров. Поскольку сила пропорциональна квадрату приложенного напряжения, измерение может быть выполнено для переменного тока. или постоянный ток напряжения.

Электростатические вольтметры Конструкция:

Электростатические вольтметры изготавливаются в конфигурации с параллельными пластинами с использованием защитных колец во избежание коронного разряда и окантовки поля по краям. Абсолютный вольтметр изготавливается уравновешиванием пластины противовесом и калибруется по малому грузу. Обычно электростатические вольтметры имеют небольшую емкость (от 5 до 50 пФ) и высокое сопротивление изоляции (R ≥ 10 13 Ом). Поэтому они считаются устройствами с высоким входным сопротивлением. Верхний предел частоты для переменного тока применения определяется из следующих соображений:

  • собственная частота подвижной системы,
  • резонансная частота ведущей и паразитной индуктивностей с измерительной емкостью и
  • R-C поведение удерживающей или управляющей пружины (из-за сопротивления трения и упругости).

Верхний предел частоты около одного МГц достигается при тщательном проектировании. Точность для переменного тока измерения напряжения лучше, чем ± 0,25%, а для постоянного тока. измерения напряжения она может составлять ± 0,1% или меньше.

Показана принципиальная схема абсолютного электростатического вольтметра. Подвижный электрод окружен неподвижным защитным кольцом, чтобы сделать поле однородным в центральной области. Для точного измерения заданного напряжения необходимо увеличить диаметр диска и уменьшить зазор. Ограничением расстояния зазора является безопасное рабочее напряжение (В/с), допустимое в воздухе, которое обычно составляет 5 кВ/см или меньше. Основное различие между несколькими формами вольтметров заключается в способе получения восстанавливающей силы. Для обычных версий счетчиков используется простое пружинное управление, которое приводит в действие стрелку для перемещения по шкале приборов. В более универсальных приборах допускаются только небольшие движения подвижных электродов, а движение усиливается оптическими средствами (устройство лампы и шкалы, используемое в гальванометрах с подвижной катушкой).

Два воздушных лопастных демпфера используются для снижения вибрационных тенденций в подвижной системе, а удлинение пружины поддерживается минимальным во избежание возмущений поля. Диапазон прибора легко изменить, изменив расстояние между зазорами так, чтобы V/s или электрическое напряжение были одинаковыми для максимального значения в любом диапазоне. Многодиапазонные приборы рассчитаны на среднеквадратичное значение 600 кВ и выше.

где

M – Монтажная пластина

G – Guard plate

F – Fixed plate

H – guard hoops or rings

m – mirror

B – Balance

C – Capacitance divider

D – Купол

R – Балансировочный груз

Детали конструкции абсолютного электростатического вольтметра представлены на диске M, образующем центральный стержень защитного кольца G, который имеет тот же диаметр, что и неподвижная пластина F. Крышка D содержит чувствительные весы B, одно плечо которых несет подвеску подвижного диска. Балансир несет зеркало, которое отражает луч света.

Таким образом увеличивается движение диска. Поскольку расстояние между двумя электродами велико, однородность электрического поля поддерживается защитными кольцами fl, которые окружают пространство между дисками F и M. Защитные кольца H поддерживаются под постоянным потенциалом в пространстве с помощью емкостного делителя. обеспечение равномерного специального распределения потенциала.

Некоторые приборы имеют закрытую конструкцию, содержащую сжатый воздух, двуокись углерода или азот. Давление газа может быть порядка 15 атм. В электростатическом счетчике в вакууме можно использовать рабочие напряжения до 100 кВ/см. При использовании сжатого газа или вакуума в качестве среды расходомер компактен и намного меньше по размеру.

Вольтметр для контроля электростатического динамика Источник питания 10000 Вольт

кермиенг
Участник

#1