Электростатические приборы характеризуются: 1) весьма
малым собственным потреблением мощности
на постоянном токе и низких частотах. Это ,объясняется тем, что оно обусловлено
только кратковременным зарядным током и протеканием весьма малых токов утечки
через изоляцию. На переменном токе потребление мощности также невелико ввиду
малой емкости ИМ и малых диэлектрических
потерь в изоляции;
2) широким частотным диапазоном (от 20 Гц до 35 МГц); 3) малой зависимостью показаний от изменений
формы кривой измеряемого напряжения; 4) возможностью использования их в цепях
постоянного и переменного токов для непосредственного измерения высоких
напряжений (до 300 кВ) без применения измерительных трансформаторов напряжения.
Наряду с этим электростатические приборы имеют и недостатки: они подвержены
сильному влиянию внешних электростатических полей, обладают низкой
чувствительностью к напряжению, имеют неравномерную шкалу, которую необходимо
выравнивать за счет выбора формы электродов, и др.
Точность электростатических приборов можно получить
высокой за счет применения специальных конструктивно-технологических
мероприятий по снижению погрешностей. В настоящее время разработаны переносные
приборы классов точности 0,2; 0,1 и 0,05.
Эти
приборы используют главным образом для измерения напряжения в цепях постоянного и переменного
токов. Выпускаются щитовые вольтметры на
напряжения от 30 В до 15 кВ классов точности 1,0 и 1,5 с частотным
диапазоном от 20 Гц до 3 МГц. Переносные вольтметры классов
точности 0,5; 1,0 и 1,5 выпускаются на напряжения от 10 В до 3 кВ с частотным
диапазоном до 35 МГц. МГц. Вольтметры самой высокой точности (классов 0,05 и
0,1) имеют пределы измерения 50, 150 и 300 В и частотный диапазон от 20 Гц до
500 кГц. Выпускаются
высоковольтные приборы на
напряжения от 7,5 до 300 кВ.
Кроме измерения напряжения электростатические приборы используют для измерения других электрических величин (мощности, сопротивления, индуктивности и т. п.). Измерительные механизмы электростатической системы применяют также во многих специальных приборах (автокомпенсаторах, компараторах, высокочувствительных электрометрах и др.).
Принципиальные
схемы электростатических приборов
показаны на рис. 3.21. Вольтметры на низкие напряжения (с пределами
измерения 30 -500 В) имеют защитное сопротивление (рис. 3.21,а), встраиваемое
внутрь прибора и ограничивающее ток при случайном замыкании электродов. В таких
вольтметрах расстояние между электродами очень мало (десятые доли миллиметра), и изменение емкости
механизма при повороте подвижной части достигается за счет изменения активной
площади электродов (площади взаимного перекрытия электродов), поэтому при
случайных толчках и
ударах возникает опасность
короткого замыкания электродов. Вольтметр включается в сеть с помощью зажимов А
и Б. Подвижный электрод 2 соединен с экраном. При высокой частоте (свыше 300
кГц) из-за большой погрешности за счет емкостного тока защитное сопротивление
отключается (при этом вольтметр включается в сеть посредством зажимов А и Э).
а) б) в)
Рис. 3.21.
Вольтметры на высокие напряжения (от 600 В и выше) защитных
сопротивлений не имеют (рис. 3.21,б ), так как расстояния между электродами в
этих приборах велики ), и изменение
емкости механизма достигается за счет изменения расстояния
между электродами.
Для измерения напряжения и других величин,
функционально с ним связанных (например, мощности), применяются электрометры -
приборы с тремя электродами, находящимися под разными потенциалами. Наиболее
распространены квадрантные электрометры с подвижным электродом-бисквитом и
двумя парами неподвижных электродов - квадрантов (противоположные квадранты
электрически соединены между собой). В электрометрах можно использовать
напряжения вспомогательного источника, что позволяет повысить чувствительность
при изменениях на постоянном токе (потенциала, заряда).
Квадрантный электрометр по схеме бисквитного включения
применяется также для измерения мощности. В этом случае (рис. 3.21, в) на обе
пары квадрантов 1 и 3 подается напряжение UШ с шунта Rш, по
которому протекает ток I измеряемой цепи, а подвижный электрод 2 подключается к
напряжению U измеряемой цепи. При этом вращающий момент электрометра пропорционален
произведению UUшcosj (j — угол между напряжениями),
т. е. его можно использовать в качестве ваттметра. Показание прибора
пропорционально сумме измеряемой мощности и половины мощности потерь в шунте,
т. е. в показания прибора необходимо вводить поправку.