Принцип действия электростатических приборов основан на взаимодействии электрически заряженных проводников.
Одна из распространенных конструкций электростатического измерительного механизма приведена на рис. 2.21. Подвижная алюминиевая пластина 1, закрепленная вместе со стрелкой на оси 3, может перемещаться, взаимодействуя с двумя электрически соединенными неподвижными пластинами 2. Входные зажимы (не показаны), к которым подводится измеряемое напряжение, соединены с подвижной и неподвижными пластинами. Под действием электростатических сил подвижная пластина втягивается в пространство между неподвижными пластинами. Движение прекращается, когда противодействующий момент закрученной пружины становится равным вращающему моменту.
Энергия электростатического поля, запасенная электростатическим измерительным механизмом,
(2.56)
где С —емкость между пластинами, зависящая от их взаимного расположения; U— измеряемое напряжение.
Следовательно, вращающий момент
(2.57)
Противодействующий моментов M пр = Wa при равновесии равен М вр.
Таким образом, уравнение преобразования электростатического прибора имеет вид
(2.58)
Из (2.58) следует, что показание прибора не зависит от полярности приложенного напряжения.
В случае переменного тока следует произвести усреднение показаний по времени:
(2.59)
где и(t)— мгновенное значение измеряемого переменного напряжения; U— его действующее значение; Т— период времени, за который производится усреднение.
Таким образом, квадратичность уравнения преобразования (при ¶ С/¶ a = const) сохраняется и на переменном токе. Поэтому приходится добиваться линеаризации шкалы специальным выбором формы пластин.
К достоинствам приборов электростатической системы относятся широкий частотный диапазон, ничтожное потребление энергии, независимость показаний от внешних магнитных полей.
К недостаткам следует отнести низкую чувствительность, невысокую точность, необходимость экранирования измерительного механизма от влияния внешних электрических полей.
Приборы электростатической системы в основном используются в лабораторной практике для измерения напряжений в высокоомных цепях на частотах от нескольких герц до нескольких мегагерц. Применение электронных усилителей позволяет значительно увеличить чувствительность приборов и использовать их в качестве милливольтметров. Применение емкостных делителей расширяет верхний предел измерения вольтметров до значений порядка нескольких киловольт. Емкостный делитель, показанный на рис. 2.22, имеет коэффициент деления
и обеспечивает увеличение верхнего предела измерения вольтметра в 1 / k = С2 / С1 +1 раз. (Это справедливо, если собственная емкость электростатического вольтметра много меньше С2. В противном случае значение k должно быть уточнено).
