Электрометр

Электрометр, прибор, предназначенный гл. обр. для измерения незначительных разностей потенциалов. Э. относятся к приборам электро-статич. системы, принцип действия которых осно ван на электростатич. взаимодействии заряженных проводников. Постоянная область их применения — это измерение небольших разностей потенциалов между какими-либо двумя точками электрической цепи, а также всевозможные измерения электростатич. характера. Э. применимы для измерения как постоянной, так и переменной разности потенциалов, причем в последнем случае показания их не зависят ни от формы кривой тока ни от частоты. Превосходя по своей чувствительности в известных только условиях гальванометры (смотрите), Э. применяются также там, где чувствительность первых в силу налагаемых внешних обстоятельств оказывается недостаточной, например при измерениях электропроводности диэлектриков. Наиболее распространенными и совершенными Э., применяемыми в технике, являются квадрантные Э., предложенные впервые В. Томсоном, и Э. струнные.

Квадрантный Э. состоит из неподвижной металлич. коробки диам. ок. 3—5 см, высо-

0той ок. 1 см, разделенной на четыре одинаковые части (к в а-д р а н т ы) а, и подвижной системы (фигура 1). Квадранты крест-на-крест соединены между собой. Подвижная система представляет собой тонкую алюминиевую пластинку b (бисквит), имеющую форму восьмерки, которая вместе с зеркальцем s для отсчета подвешена на тонкой платиновой нити. Нить должен быть укреплена точно в центре тяжести бисквита, чтобы последний был строго горизонтален и не касался квадрантов. Вся система закрывается металлич. кожухом—экраном. Существуют три способа включения квадрантного Э.: 1) Квадрантное (гетеро-статическое) включение (фигура 2), где А, А — квадранты,

В — бисквит, I) — экран. Между измеряемым прибором напряжением U_х и углом поворота а, отсчитываемым по зеркальному способу, зависимость

«=4i U_nU_x,

где α= (а_г— а₂ + а₃ — а₄); а_1? а₂, а₃, смуглы отклонения бисквита^ соответствующие различным положениям переключателей Р_г и Р₂(переключение необходимо для устранения контактных разностей потенциалов); U_п — известное напряжение вспомогательной батареи; с_х — постоянная прибора, определяемая в той же схеме при замене U_x нормальным элементом (смотрите). Квадрантное включение применяется для измерения малых напряжений (эдс) в цепях постоянного тока. 2) Бисквитное включение. При включении по схеме фигура 3

^a=i^UnU_x,

Фигура 1.

имеется где U _п — та часть напряжения батареи которая подведена к квадрантам и равна

2г

Е,

и,=

Е.

Фигура 4.

Здесь R — сопротивление всего реостата (потенциометра) аb, 2г — часть его, соединяемая с квадрантами прибора.

Способ этот применим для измерения больших напряжений. 3)

Двойное (и д и о-ст атическое) включение. Оба предыдущих случая требуют постороннего источника эдс; если ^

’ ^ Фигура 3.

этого желают избежать, то применяют двойное включение (фигура 4), для чего одна пара квадрантов соединяется с бисквитом, а другая с экраном, к-рый заземляется. В этом случае

’ __ ul

^а С₃

Этот случай применяется гл. образом для измерений в цепях переменного тока. Чувствительность Э. оценивается с двух точек зрения: по чувствительности прибора к измеряемому потенциалу и по чувствительности его к заряду. За меру чувствительности Э. к потенциалу принимают величину отклонения стрелки прибора, измеренную в миллиметров шкалы на расстоянии 1 м, которое производится приложенным к прибору напряжением в 1 V, то есть величину

Ь_и — _ν ·

За меру чувствительности Э. к заряду принимают величину отклонения, приходящегося на единичный заряд, сообщаемый квадрантам, то есть величину

Чувствительность данного Э. зависит преждй всего от материала, длины и толщины подвесной нити. У наиболее чувствительных современных приборов применяются кварцевые нити, покрытые снаружи проводящим слоем.

Число различных систем Э. довольно значительно. Одним из лучших Э. является Э. системы Долезалека — видоизменение квадрантного

Э., предложенного Томсоном. Э. системы Долезалека пользуется значительным распространением на практике главным образом благодаря удобству обращения с ним и высокой чувствительности. Бисквит (фигура 5) этого Э. изготовляют из позолоченной бумаги или из бумаги, покрытой тонким слоем олова (посеребренная бумага), или же выштамповывается из тонкого алюминиевого листка. Нить подвеса делают из горного хрусталя, покрывая для придания ей проводимости слоем какого-либо гигроскопич. вещества. С этой целью ее погружают в 10—20%-ный раствор хлористого калия, хлористого маг-ния или же фосфорной кислоты; оставаясь все время слегка влажной, нить приобретает известную проводимость. Иногда кварцевую нить покрывают тонким слоем серебра. Когда не требуется особой чувствительности Э., применяют вместо кварцевой нити тонкие бронзовые ленточки. Латунные квадранты Э. монтируются на янтаре

/*> ""ч и! г^

И V

Фигура 5.

Фигура 6.

или на кварцевых пластинах. Два соседних квадранта, скрепленных вместе, могут откидываться в сторону. Латунный футляр служит для предохранения прибора от воздушных течений и внешних электрических полей. При измерениях футляр соединяется с землей. Бисквит для успокоения не требует особого демпфера, так как сопротивление, испытываемое бисквитом при его движении со стороны воздуха, является для этой цели вполне достаточным. Чувствительность Э. сист. Долезалека с кварцевой нитью характеризуется следующими данными: разность потенциалов на квад- рантах, равная О,IV, дает S* отклонение в 250 миллиметров на шкале в расстоянии 1 ж и при потенциале бисквита, равном 100 V. На фигуре 6 показан общий вид этого Э. (два квадранта отодвинуты в сторону, рядом латунный футляр с окошечком для наблюдений).

Бинантный Э. Квадрантный Э. обладает некоторыми существенными недостатками в условиях применения его В технике: 1) отклонения бисквита при достаточно высоком потенциале не остаются пропорциональными измеряемой разности потенциалов; 2) чувствительность не м. б. легко регулируема одним изменением потенциала бисквита без замены подвесной нити. Бинантный Э. не обладает ука

занными недостатками. Его коробка разделена не на четыре квадранта, а на два равных б и н а н т а <?1 и <?₂ (фигура 7).

Бисквит представляет собой слегка изогнутый тонкий алюминиевый диск, разрезанный на две равные изолированные друг от друга части. Внутренние поверхности бинантов и поверхности бисквита имеют сферич. форму с центром сферы в точке подвеса нити. Такая форма поверхностей устраняет возможность прилипа-“2 ния бисквита при большом его Щ о потенциале к поверхностям ко-J робки, что имеет иногда место А. У квадрантного Э. Одной части щ“ бисквита потенциал сообщается ~[" через подвесную нить, другой части — через тонкую платиновую спираль. При обычном способе включения бинантного Э. (фигура 8) частям бисквита сообщают равные и противоположные потенциалы. Угол а отклонения стрелки будет пропорционален приложенной разности потенциалов (U_х—Z7_a): α= cU(U₁ — С/₂),

- Г (и, -и_г)

Фигура 8.

Фигура 7.

с — постоянная прибора. Чувствительность бинантного Э. к потенциалу при тех же размерах и потенциале бисквита, что и у квадрантного

Э., раза в два выше. Чувствительность к заряду меньше, чем у квадрантного Э.

Струнный Э. В этой системе Э. бисквит заменен тонкой посеребренной кварцевой или платиновой нитью С (фигура 9), натянутой между двумя металлич. пластинами (ножами) А и В Я — кварцевые изоляторы). Натяжение нити, а также расстояние между ножами возможно менять при помощи особых приспособлений.

На нить подается потенциал порядка нескольких сот и больше V, а измеряемое напряжение присоединяется к ножам. Отклонение нити наблюдается в микроскоп. Эти Э. могут быть включены по одной из схем квадрантного

Э., но обычно они включаются по схеме фигура 9. Обладая очень малой инерцией подвижной нити, струнные Э. применяются прежде всего там, где требуется регистрация быстро меняющихся потенциалов. Чувствительность подобного Э. следующая: при потенциале нити в 1 500 V и тысячекратном увеличении микроскопа нить смещается в поле зрения на 1 миллиметров шкалы при напряжении в 0,0001 V.

Лит.: Хвольсон О., Курс физики, т. 4, Берлин, 1923; СЭТ, Справочная книга для электротехников, т. 1, Л., 1928; Базилевич В., Электротехнические измерения и приборы, Л.,1929; Е рмаков В., Основы электрометрии, ч. 1, М.—Л., 1927; Эйхенвальд А., Электричество, 9 изд., М.—Л., 1933; С в и р с к и и Е., Электротехнические измерения и приборы, М.—Л., 1934; Попов В., Электротехнические измерения и приборы, М.—Л., 1934. И. Мельников.