Большая энциклопедия техники - Коллектив авторов

Электрометр

Электрометр – прибор, служащий для произведения измерения разности потенциалов.

Первый в мире электрометр был создан в 1752 г. М. В. Ломоносовым и Г. В. Рихманом, которые использовали его для исследования атмосферного электричества. Прибор включал в себя металлический стержень, пеньковую нить, которая подвешивалась к металлическому стержню, и шкалы.

Современные электрометры представляют собой металлический корпус с наличием двух стеклянных стенок. Верхняя крышка оснащена эбонитовой пробкой, в которую вставляется металлический стержень, на конце которого расположен шарик. Нижняя часть стержня обеспечивается легким алюминиевым листочком или стрелкой.

Для произведения исследований необходимо металлический корпус заземлить, что позволяет корпусу прибора принять нулевой потенциал, так как потенциал Земли условно принимается за нуль. В случае соединения стержня прибора с заряженным телом определенного потенциала стержень принимает тот же потенциал. Между стержнем и заземленным корпусом электрометра будет существовать электрическое поле, под влиянием которого алюминиевый листочек или стрелка отклонятся не некоторый угол. Поле в электрометре становится все больше, угол отклонения увеличивается при возрастании величины разности потенциалов между стержнем и корпусом. Измерение разности потенциалов в вольтах производится при помощи градирования эталонами, в качестве которых используются специальные батарейки.

Электрометрическая лампа

Представляет собой приемно-усилительную электронную лампу, применяемую в качестве увеличения и определения очень малых постоянных токов в цепях с достаточно высоким электрическим сопротивлением.

Конструкция такого типа лампы определяется как одинарный или двойной триод, тетрод, а также пентод. Оснащается оксидным катодом, имеющим прямой или косвенный накал. Электрометрическая лампа характеризуется наличием высокого входного сопротивления, соответствующего условиям создания малых токов управляющей сетки, учитывая отрицательный потенциал. Итоговая величина сопротивления электрической изоляции сетки приводит к образованию сеточного тока в лампе. Также свое влияние на создание сеточного тока оказывают ионизация остаточных газов, находящихся в баллоне лампы; термоэлектронная эмиссия сетки; фотоэлектронная эмиссия на поверхности сетки, получаемая в результате внешнего освещения, теплового излучения нагретого катода при помощи рентгеновских лучей, образующихся в результате тормозного процесса на аноде электронами. Для снижения сеточного тока используется снижение температуры катода до 750—800 К и анодного напряжения таким образом, чтобы полученные величины не превышали потенциал ионизации остаточных газов, в основном доводя до 10—12 В. Также прибегают к снижению масштаба управляющей сетки и созданию для нее высокой электрической изоляции. Фотоэлектронная эмиссия препятствует созданию малых сеточных при необходимых значениях важнейших особенностей электрометрической лампы, к которым относятся крутизна сеточной характеристики, а также коэффициент усиления.

Найденные значения тока лампы такого типа располагаются в пределах 100; для полуэлектрометрической лампы, получившей название логарифмической электрометрической лампы, характеризуемой получением на выходе сигнала, являющегося пропорциональным логарифму входного тока, диапазон исследуемых значений может составлять примерно 108.

Электрометрическими лампами оснащаются радиоизмерительные приборы и электроизмерительные устройства.

Электроскоп

Электроскоп – прибор, предназначенный для нахождения наэлектризованности тела. Разработан на принципе закона взаимодействия зарядов, который гласит, что одноименные электрические заряды взаимно отталкиваются, а разноименные электрические заряды взаимно притягиваются. Впервые электроскоп был создан русским ученым Г. В. Рихманом, являвшимся соратником и другом М. В. Ломоносова.

Простейший электроскоп представляет собой стеклянную банку, которая закрывается изолирующей пробкой из резины или эбонита, через пробку пропускают металлический стержень с шариком на верхнем конце.

Нижний конец стержня оснащается легкими листочками из папиросной бумаги или алюминия, которые заряжаются исключительно одноименными зарядами.

Результат их расхождения показывает заряжение тела, при этом полученный угол расхождения свидетельствует о величине заряда на электроскопе.

Используется для разнообразных электрических измерений.

Электростатический прибор

Электростатический прибор – прибор, разработанный на принципе влияния двух электрически заряженных тел.

Представляет собой две пластины, одна является неподвижной, вторая – подвижная, к каждой из пластин прикладывается исследуемое напряжение. Шкала градуируется относительно постоянного напряжения, является равносильной для действующего переменного напряжения различного вида. В системе задается противодействующий момент при помощи спиральной пружины или веса подвижной пластины. Приборы обладают большим диапазоном часто исследуемых напряжений (примерно до 30 МГц), высоким пределом напряжений (около МВ). Отрицательными качествами являются небольшая чувствительность, недостаточная надежность, нелинейность шкалы, зависимость от воздействия окружающей среды, например температуры и внешнего электрического поля. Электростатические приборы могут использоваться для произведения измерения постоянного и переменного напряжения. Приборы изготавливаются в качестве щитовых, переносных вольтметров и киловольтметров для цепей постоянного и переменного тока с диапазоном частоты от 0 Гц до 30 МГц.

Электрохимический преобразователь

Представляет собой прибор автоматики, измерительной, вычислительной техники, разработанный относительно принципов, которые свойственны для электрохимических процессов и явлений.

В основу прибора могут закладываться исследования: электрокинетические явления, анодное растворение, концентрационная поляризация электродов, катодное электроосаждение и другие электрохимические процессы.

Электрохимический датчик механических колебаний, созданный на принципе концентрационной поляризации, является электрохимической стеклянной или фторопластовой ячейкой. Ячейка наполняется раствором с окисленной и восстановленной формой любого вещества, например ионы, у которых концентрация восстановленной формы превышает концентрацию окисленной формы от 10 до 100 раз. В случае включения в ячейку двух инертных электродов с разными размерами поверхностей величина электрического тока ограничивается процессами массопереноса вещества, которое реагирует относительно микроэлектрода. Получаемые механические колебания корпуса устройства относительно оси чувствительности трансформируются в колебания электролита при рассмотрении относительно микроэлектрода, что повышает гидродинамический перенос взаимодействующего вещества к микроэлектроду, и реакции, которая протекает на нем. Поэтому постоянный фоновый ток пополняется переменной частью тока, характеризуемой наличием данных о внешнем механическом влиянии. Передаточные функции преобразователя, которые отвечают за объединение воздействия и входного сигнала, рассматриваются импедансными свойствами, в которые определен и перекрестный импеданс.

Электрохимический преобразователь перепада давления, линейных и угловых ускорений разработан на электрокинетических явлениях. Пористую капиллярную стеклянную, керамическую перегородку наполняют органической жидкостью, в основном ацетоном. При этом на поверхности капилляров образуется двойной электрический слой, диффузная часть которого при тепловом движении располагается в жидкости, а также может двигаться по поверхности капилляров наряду с жидкостью. В случае наложения перепада давления на перегородку электрический заряд диффузной части двойного электрического слоя уводится движущей жидкостью, а ионный ток устанавливается электродами, которые находятся с двух сторон пористой перегородки. Приборы, которые разрабатываются на принципе электрокинетического явления, в соотношении с приборами, созданными на основе концентрированной поляризации, характеризуются достаточно высоким частотным диапазоном (более 500 Гц) и высоким внутренним электрическим сопротивлением.

К приборам на анодном растворении или катодном электроосаждении относится ртутный кулонометр. Он состоит из прозрачного капилляра, содержащего два столбика ртути, между которыми находится солевой раствор. В случае пропускания через кулонометр тока, на одном из ртутных столбиков, являющимся анодом, отмечается ионизация ртути. На втором столбике, являющемся катодом, отмечается восстановление солей до металла, поэтому объем электролита между электродами движется по капилляру к аноду на величину, которая пропорциональна интегралу тока относительно времени прохождения. Такими устройствами оснащаются приборы для измерения времени наработки, счетчики ампер-часов, приспособления, ориентированные на установление времени. Созданы кулонометры с полным зарядом 3 Кл, способные работать при температуре от -30 и до +70 °C, погрешность производимого интегрирования составляет 2%. В водородном кулонометре в результате прохождения тока на катоде происходит протекание разряда ионов водорода, а на аноде протекает ионизация молекул водорода. В результате образуется перенос газообразного водорода сквозь пористую перегородку, которая насыщается серной кислотой. После переноса из анодной части электродной камеры в катодную получается разность давлений, способная переместить индикаторную жидкость к анодной части на величину, пропорциональную числу пройденного электричества. Счетчик ампер-часов постоянного тока, предназначенный для определения числа электричества в результате заряда и разряда аккумуляторных батарей, характеризуемый пределом трансформации 35 000 А × ч с погрешностью 4%, использует водородный кулонометр.