Электростатические приборы. 
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА- Хотунцев Ю.Л.

В электростатических приборах используется эффект притяжения двух или нескольких разноименно заряженных электродов. Перемещение подвижной части связано с изменением емкости (рис. 4.13.1).

Рис. 4.13.1.

Как известно, энергия электрического поля конденсатора описывается формулой

Изменение энергии электрического поля вследствие перемещения подвижной части прибора определяет вращающий момент:

В положении равновесия вращающий и противодействующий моменты равны Л/,_р = M_np = Da, отсюда имеем.

dC.

Легко видеть, что при —— = const a-U², т. е. шкапа прибора da

неравномерная. Подбором формы и размеров подвижных и неподвижных электродов можно получить практически равномерную шкалу, начиная с 10… 15% от t/_max.

ШКОЛЬНЫЕ ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ И ЛАБОРАТОРНЫЕ ПРИБОРЫ

В школьных демонстрационных приборах — амперметре и вольтметре — используются измерительные механизмы магнитоэлектрической системы. Демонстрационный амперметр (рис. 4.14.1) используется для измерения постоянного и переменного токов и как чувствительный гальванометр для обнаружения тока и определение его направления.

Рис. 4.14.1.

Чувствительность гальванометра 5.10'⁵ A/дел. Сопротивление прибора на зажимах гальванометра 385 Ом. В этом случае устанавливают шкалу с нулем посредине (5−0-5).

При измерении постоянного тока к зажимам «Общ.» и «+» подключают прилагаемые к прибору шунты 0−3 А или 0−10 А. При измерении переменного тока те же шунты подключают к зажимам «Общ.» и, но используют другие шкалы (0−3 А и 0−10 А для переменного тока). В этом случае последовательно с измерительным механизмом И включаются резистор и диод, так что получается однополупериодный детекторный прибор (см. § 4.11). Сопротивления Л, R₂, и /?₃ используются для термостабилизации соответственно на переменном и постоянном токах.

Демонстрационный вольтметр (рис. 4.14.2) служит для измерения напряжений в цепях постоянного (0−5 В и 0−15 В) и переменного (0−15 В и 0−250 В) токов, а также в качестве чувствительного гальванометра.

Рис. 4.14.2.

Чувствительность гальванометра — 2×10'³ В/дел, нуль шкалы в этом режиме располагается в середине (5−0-5). Сопротивление гальванометра 2,3 Ом.

При измерении в цепи постоянного тока (зажимы «Общ» и «+») применяют прилагаемые к прибору дополнительные сопротивления и используют соответствующие шкалы (на 5 В и 15 В). Дополнительные сопротивления при этом включают последовательно с измерительным механизмом И через зажим «+». При измерении напряжений в цепях переменного тока прибор подключают к зажимам «Общ.» и «+» через дополнительные сопротивления. Используют шкалы 0−15 и 0−250 В. В этом случае измерительный механизм включен в схему однополупериодного детекторного прибора (см. § 4.11) с дополнительным диодом ?>₂, позволяющим «снять» большое обратное напряжение с диода D_r Сопротивление R используется для расширения пределов измерения и температурной стабилизации.

Демонстрационный ваттметр представляет собой прибор ферродинамической системы (см. § 4.6). Токовая обмотка рассчитана на измеряемый ток до 1 А и имеет отвод на 5 А. Обмотку напряжения включают через добавочные резисторы на 30, 150 и 300 В, подключаемые к зажимам " U" . Пределы измерения мощности 30, 150, 300, 750 и 1500 Вт. Погрешность измерения 5%.

Для фронтальных лабораторных работ используют вольтметры и амперметры магнитоэлектрической системы с пределами измерения соответственно 6 В и 2 А. Внутреннее сопротивление вольтметра 700 Ом, цена деления 0,2 В. Внутреннее сопротивление амперметра — десятые доли Ома, цена деления 0,1 А.

В качестве чувствительного индикатора на фронтальных лабораторных работах и в практикуме применяют школьный лабораторный миллиамперметр магнитоэлектрической системы с внутренним сопротивлением порядка 12 Ом. Прибор имеет равномерную шкалу 5−0-5 мА.

Применяют также амперметр и миллиамперметр переменного тока, вольтметр, миллиамперметр и микроамперметр постоянного тока, авометр школьный и омметр.

Амперметр и миллиамперметр переменного тока типа Э-421 — приборы электромагнитной системы, класс точности 2,5. Амперметр имеет шкалу 0−5 А. После одного ампера шкала разделена на доли ампера с ценой деления 0,2 А.

Миллиамперметр имеет шкалу 0−100 мА. После 20 мА нанесены деления через каждые 5 мА.

Вольтметр и миллиамперметр постоянного тока типа М45М — приборы магнитоэлектрической системы, класс точности 1,0, имеют зеркальные шкалы с 75 делениями. Вольтметр предназначен для измерения напряжений в пределах 3; 15; 150; 300 В. Ток максимального отклонения стрелки 3 мА.

Миллиамперметр предназначен для измерения токов в пределах 1,5; 7,5; 16; 30 мА.

Микроамперметр постоянного тока типа М494 — магнитоэлектрической системы, класс точности 2,5. Он имеет равномерную шкалу 0−1000мкА, с ценой деления 5 мкА.

Авометр школьный состоит из микроамперметра магнитоэлектрической системы типа ИТ (в ампервольтметре АВО-63 типа М-494), набора добавочных сопротивлений и шунтов, выпрямителя из точечных германиевых диодов типа Д2Б и батареи из трех сухих элементов типа ФМЦ или батарейки типа КБС. Прибор дает возможность измерять с погрешностью 3% постоянный ток в пределах до 0,2; 0,5; 5; 50; 500 мА и постоянное напряжение в пределах до 2; 10; 50; 200; 500; 1000 В; с погрешностью 4% — переменный ток в пределах до 0,5; 5%; 50; 500 мА и переменное напряжение в пределах до 10; 50; 200; 500; 1000 В, а также измерять сопротивление до 2; 20; 200 кОм и 2 МОм с погрешностью 10% от измеряемой величины.

Омметр типа М-471 — прибор магнитоэлектрической системы, имеет две шкалы с зеркальным отсчетом: одну — на 10 Ом, другую — на 1000 Ом. В приборе используются магнитный шунт для установки стрелки на бесконечность и корректор для установки стрелки на нуль. Для работы омметра необходимо иметь источник постоянного тока на 1,4 В (сухой элемент типа ФБС).