В электростатических механизмах перемещение подвижной части происходит под действием энергии электрического поля системы двух или нескольких электрически заряженных проводников. Следовательно, в данном механизме в отличие от механизмов других систем перемещение подвижной части осуществляется за счет действия непосредственно приложенного напряжения. Поэтому в основном электростатические механизмы применяются в приборах, измеряющих напряжение, вольтметрах.
Перемещение подвижной части во всех конструкциях электростатических вольтметров связано с изменением емкости системы. Распространение получили два вида механизмов: изменение емкости в одних осуществляется за счет изменения активной площади электродов, а в других – за счет изменения расстояния между электродами. Первые применяются в щитовых и переносных вольтметрах на напряжения от десятков до сотен вольт, вторые – в щитовых киловольтметрах.
Устройство механизма с изменением активной площади электродов схематически показано на рисунке 8.
Рисунок 8 – Электростатический измерительный механизм
Неподвижная часть состоит из симметрично расположенных и электрически соединенных электродов 1. Секторообразная пластина 2 вместе с указателем 3, укрепленная на оси, образуют подвижную часть. Под действием подведенного к электродам напряжения U создается электрическое поле. Силы электрического поля стремятся повернуть подвижную часть так, чтобы энергия электрического поля 
была наибольшей, т. е. чтобы подвижный электрод втягивался в пространство между неподвижными электродами и поворачивал указатель. Подвижная часть может быть укреплена на опорах, растяжках или на подвесе, а в качестве указателя кроме стрелки применяют также световой луч. Электроды изготавливаются из алюминия.
В электростатических механизмах применяют большей частью магнитоиндукционные успокоители, реже – воздушные.
Собственное электрическое поле электростатического вольтметра незначительное, поэтому на работу прибора сильное влияние оказывают внешние электрические поля. Для уменьшения этого влияния приборы экранируют.
Чувствительность электростатических механизмов мала. Для ее повышения подвижную часть укрепляют на растяжках или на подвесе, применяют оптический световой отсчет, а также увеличивают емкость механизма, делая его многокамерным.
На электростатические вольтметры почти не влияют температура, частота и форма кривой приложенного напряжения и внешние магнитные поля.
Собственное потребление мощности вольтметра на переменном токе мало, а при включении в цепь постоянного тока равно нулю.
Перечисленные свойства электростатических вольтметров обусловливают их применение в широком частотном диапазоне в маломощных цепях, а также в цепях высокого напряжения до сотен киловольт.
Порядок выполнения работы
1. По методическому пособию ознакомиться с принципом действия приборов магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической, ферродинамической и электростатической систем.
2. Ознакомиться с таблицей условных знаков, которые наносятся на шкалы приборов.
3. По условным знакам определить основные технические характеристики электроизмерительных приборов (задается преподавателем) и заполнить таблицу 1.
Таблица 1
| № п/п | Назначение прибора | Измеряемая величина | Система | Род измеряемого тока | Предел измерений | Цена деления | Чувствительность | Класс точности | Электрическая прочность изоляции | Рабочее положение | Заводской номер |
4. На разборных образцах электроизмерительных приборов изучить устройство магнитоэлектрической, электромагнитной и электродинамической систем. Уяснить принцип работы и взаимодействие их основных узлов. Рассмотреть устройство стрелок с противовесами осей, противодействующих пружин, рамок, корректора.
5. Собрать разобранные приборы. Сравнить достоинства и недостатки изученных систем.
Контрольные вопросы
1. Что называется измерением? Какие измерения электрических величин можно назвать прямыми, какие – косвенными?
2. Что называется электроизмерительным прибором?
3. Какие требования предъявляются к электроизмерительным приборам?
4. По каким признакам классифицируются электроизмерительные приборы?
5. Что называется классом точности электроизмерительного прибора?
6. Что называется абсолютной и относительной погрешностью прибора?
7. Как определяются чувствительность и цена деления прибора?
8. Устройство измерительных приборов магнитоэлектрической системы, их достоинства, недостатки и область применения.
9. То же для приборов электромагнитной системы.
10. То же для приборов электродинамической и ферродинамической системы.
11. То же для приборов электростатической системы.
Приложение
Условные обозначения, наносимые на электроизмерительные приборы и вспомогательные части
Обозначения даны согласно ГОСТ 1845-90
1. Обозначение принципа действия прибора
| Магнитоэлектрический прибор с подвижной рамкой | 
|
| Электромагнитный прибор | 
|
| Электродинамический прибор | 
|
| Ферродинамический прибор | 
|
| Индукционный прибор | 
|
| Электростатический прибор | 
|
| Вибрационный прибор | 
|
| Тепловой прибор (с нагреваемой проволокой) | 
|
2. Дополнительные обозначения по виду преобразования
| Термопреобразователь изолированный | 
|
| Термопреобразователь неизолированный | 
|
| Выпрямитель полупроводниковый | 
|
| Электронный преобразователь | 
|
3. Дополнительные обозначения по защите от магнитных и электрических полей
| Защита от внешних магнитных полей (1 категория защищенности) | 
|
| Защита от внешних электрических полей | 
|
4. Обозначения класса точности, положения прибора, прочности изоляции
| Класс точности прибора, например 1,5 | 1,5 |
| Прибор применять при горизонтальном положении шкалы | 
|
| Прибор применять при вертикальном положении шкалы | 
|
| Прибор применять под определенным углом шкалы к горизонту | 
|
| Измерительная цепь изолирована от корпуса и испытана напряжением, например 2 кВ | 
|
| Прибор испытанию прочности изоляции не подлежит | 
|
| Осторожно! Прочность изоляции измерительной цепи по отношению к корпусу не соответствует нормам (знак красного цвета) | 
|
| Внимание! Смотри дополнительные указания в паспорте и инструкции прибора | 
|
5. Примеры использования различных значений влияющей величины, например, частоты
| Нормальное (номинальное) значение | 500 Hz |
| Нормальная (номинальная) область | 45-500 Hz |
| Номинальное значение (подчеркнуто) | 20- 50 -120 Hz |
| Расширенная область (подчеркнуто) | 15- 45-65 Hz |
| Номинальная область (подчеркнуто) | 40-60 -120 Hz |
6. Обозначение зажима
| Отрицательный зажим | _ |
| Положительный зажим | + |
| Общий зажим (для многопредельных приборов переменного тока и комбинированных приборов) | * |
| Зажим, соединенный с корпусом | 
|
| Зажим (винт, шпилька) для заземления | 
|
7. Условные обозначения вспомогательных частей соединительных проводов и сопротивления внешней цепи
| Сопротивление добавочное | ДС |
| Сопротивление добавочное калиброванное, например 300000 Ом, 5 мА | ДС 300 кΩ 5 мА |
| Шунт отдельный (наружный) | НШ |
| Шунт отдельный, комбинированный, например, 75 мВ | НШ 75 mV |
| Трансформатор тока (общее обозначение) | ТТ |
| Трансформатор напряжения (общее обозначение) | ТН |
| Трансформатор напряжения измерительный, например, 6000 В/100 В | ТН 
|
| Добавочное устройство | ДУ |
| Термопреобразователь | ТП |
| Термопреобразователь комбинированный, например, 10 мВ | ТП 10 mV |
| Провода соединительные сопротивлением, например, 0,14 Ом | СП 0,14 Ω |
| Провода соединительные калиброванные | КП |
8. Заводские обозначения электроизмерительных приборов
| Вибрационные приборы | В |
| Генераторы, предназначенные для работы в схемах измерения | Г |
| Электродинамические и ферродинамические приборы | Д |
| Приборы индукционной системы и измерительные трансформаторы | И |
| Комплекты измерительных приборов | К |
| Самопишущие приборы | Н |
| Источники питания электроизмерительных приборов | П |
| Измерительные установки | У |
| Электронные и транзисторные приборы | Ф |
| Приборы электромагнитной системы | Э |
| Электрические приборы для измерения света | Ю |
Список использованной литературы
1. Аналоговые электроизмерительные приборы. Под ред. Преображенского А.А., М.: Высшая школа, 1979.
2. Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин. М.: Высшая школа, 1982.
3. Касаткин А.Г. Основы электротехники. М.: Высшая школа, 1973.
4. Куликовский К.П. Методы и средства измерений., М.: Энергоатомиздат, 1986.
5. Основы метрологии и электрические измерения. Под ред. Е.М. Душина, Л.: Энергоатомиздат, 1987.
6. Спектор С.А. Электрические измерения физических величин. Л.: Энергоатомиздат, 1987.
7. Электрические измерения. Под ред. А.В. Фремке и Е.М. Душина, Л.: Энергия, 1980.
8. Электрические измерения. Под ред. Малиновского. М.: Энергоиздат, 1985.
