Электростатический киловольтметр

Идея измерения силы притяжения между заземлённым подвижным электродом и неподвижным высоковольтным электродом реализована в электростатических киловольтметрах. Одним из наиболее точных методов измерения малых сил или моментов сил являются крутильные весы, изобретённые Шарлем Кулоном в 1977 году для измерения взаимодействий малых электрических зарядов. Этот принцип используется в современных электростатических киловольтметрах типа С 96, С 196 и других. В этих приборах вместо коромысла используют подвижный электрод 5, закреплённый на кварцевой нити 4 так, чтобы нить делила электрод на две неравные части. На нити также укреплено зеркальце 6 (рис.1.2) так, чтобы в отсутствие электрического поля луч света, идущий от источника 8, после отражения от зеркальца попадал в нулевое значение шкалы 9. Внешний вид киловольтметра С 196 показан на рис.1.3.

Приборы этого типа имеют высоковольтный электрод 1, который может занимать несколько (обычно, три) фиксированных положений с разными расстояниями L от неподвижного электрода 2. В металлическом корпусе неподвижного электрода имеется отверстие 3 со шторкой для проникновения электрического поля внутрь корпуса прибора (электрода). Внутри корпуса 2 на системе креплений 7 закреплена упругая нить 4 (обычно кварцевая). На нити закреплены неравноплечая металлическая пластина 5 и зеркальце 6. При открытой шторке электрическое поле проникает внутрь электрода 2 через отверстие 3 и притягивает пластину 5. За счет неравной длины пластины 5 по отношению к точке подвеса на нити возникает крутящий момент, и нить закручивается до тех пор, пока этот момент сил не будет скомпенсирован силами упругости нити. Вместе с нитью вращается зеркальце 6, на которое падает луч от лампы подсветки 8. Отражаясь от зеркальца, луч попадает на шкалу прибора 9, которая проградуирована в киловольтах. В приборе имеется несколько различных переключаемых шкал, число которых совпадает с числом фиксированных расстояний L электрода 1.

Киловольтметр С-100, например, имеет три предела измерения: 25, 50, и 75 кВ. Погрешность измерения напряжения не превышает ±1, 5%. Вследствие квадратичной зависимости между усилием, воздействующим на подвижный электрод электростатического киловольтметра, и измеряемым напряжением, прибор имеет квадратичные шкалы. Входная емкость киловольтметра находится в пределах 5 ¸ 50 пФ, а сопротивление утечки (входное сопротивление) составляет величину порядка 10¹⁵ Ом. Такие параметры киловольтметров приближаются к параметрам «идеальных» вольтметров, что позволяет использовать их для измерения падения напряжения на сопротивлениях вплоть до десятков ТОм. Некоторые из киловольтметров представлены на рис. 1.4, а их характеристики в табл. 1.

Рис. 1.4. Киловольтметры: а) С197; б) С100; в) HVP-40 DM

Таблица 1.1. Технические характеристики киловольтметров