Андрей Смирнов
Время чтения: ~21 мин.
Просмотров: 1

Электроскоп

История открытий

Еще в древности было замечено, что если потереть янтарь о шелковую материю, то камень начнет притягивать к себе легкие предметы. Уильям Гильберт изучал эти опыты до конца XVI века. В отчете о проделанной работе предметы, которые могут притягивать другие тела, назвал наэлектризованными.

Следующие открытия в 1729 году сделал Шарль Дюфе, наблюдая за поведением тел при их трении об разные материи. Таким образом он доказал существование двух видов зарядов: первые образуются при трении смолы о шерсть, а вторые – при трении стекла о шелк. Следуя логике, он назвал их «смоляными» и «стеклянными». Бенджамин Франклин также исследовал этот вопрос и ввел понятия положительного и отрицательного заряда. На иллюстрации – Б. Франклин ловит молнию.

Шарлем Кулоном, портрет которого изображен ниже, был открыт закон, который впоследствии был назван Законом Кулона. Он описывал взаимодействие двух точечных зарядов. Также смог измерить величину и изобрел для этого крутильные весы, о которых мы расскажем позже.

И уже в начале прошлого века Роберт Милликен, в результате проведенных опытов, доказал их дискретность. Это значит, что заряд каждого тела равен целому кратному элементарного электрического заряда, а элементарным является электрон.

Способы измерения

Существует ряд способов измерения электрического заряда, давайте рассмотрим некоторые из них. Измерительный прибор называется крутильными весами.

Весы Кулона – это крутильные весы его изобретения. Смысл заключается, в том, что в сосуде на кварцевой нити подвешена легкая штанга с двумя шариками на концах, и один неподвижный заряженный шарик. Вторым концом нить закреплена за колпак. Неподвижный шарик вынимается, для того чтобы сообщить ему заряд, после этого нужно установить его обратно в сосуд. После этого подвешенная на нити часть начнет движение. На сосуде нанесена проградуированная шкала. Принцип его действия отражен на видео.

Другой прибор для измерения электрического заряда – электроскоп. Он, как и предыдущие, представляет собой стеклянный сосуд с электродом, на котором закреплено два металлических листочка из фольги. Заряженное тело подносят к верхнему концу электрода, по которому заряд стекает на фольгу, в результате оба листочка окажутся одноименно заряженными и начнут отталкиваться. Величину заряда определяют по тому, насколько сильно они отклонятся.

Электрометр – еще один измерительный прибор. Состоит из металлического стержня и вращающейся стрелки. При прикосновении к электрометру заряженным телом, заряды стекают по стержню к стрелке, стрелка отклоняется и указывает на шкале определенную величину.

Напоследок рекомендуем просмотреть еще одно полезное видео по теме:

Мы рассмотрели важную физическую величину. Учения о ней позволили значительно расширить знания об электричестве в целом. Вклад в науку и технику достаточно весомый, а область применения этих знаний связана и с медициной. Ионизаторы воздуха положительно воздействуют на организм человека: ускоряют процесс доставки кислорода из воздуха к клеткам. Примером такого прибора является люстра Чижевского. Теперь вы знаете, что такое электрический заряд и как его измеряют.

Материалы по теме:

  • Как перевести ватты в киловатты
  • Закон Джоуля-Ленца простыми словами
  • Что такое статическое электричество

Самые современные электрометры

Самые современные измерительные приборы состоят из твердотельного усилителя, использующего один или несколько полевых транзисторов, соединений для подключения внешних измерительных устройств и, как правило, подсоединения. Для твердотельного электрометра фото приведено выше.

Усилитель увеличивает небольшой ток для упрощения процедуры его измерения. Внешние соединения обычно имеют коаксиальную или трехосную конструкцию и позволяют устанавливать диоды или ионизационные камеры для измерения ионизирующего излучения. Подключения к дисплею или аппаратуре для регистрации данных позволяют пользователю просматривать данные или записывать их для последующего анализа.

Электрометры, предназначенные для использования с ионизационными камерами, могут включать в себя высоковольтный источник питания, который также применяются для смещения ионизационной камеры.

Несколько полезных рекомендаций

Полезные советы помогут улучшить качество использования батареек и понять, какой должна быть их утилизация:

  1. Не откладывайте проверку и сортировку элементов питания, которые со временем скапливаются в доме. Если нет новых, или же их слишком мало, можно некоторое время пользоваться протестированными.
  2. Если в бытовом агрегате сели аккумуляторы, то необязательно менять весь комплект. Дело в том, что садятся они не одновременно, а с помощью проверки можно будет обнаружить элементы пригодные для дальнейшей эксплуатации.
  3. Не держите дома вышедшие из строя батарейки, вовремя вынимайте их из корпуса аппаратуры. Со временем из них начнет вытекать электролит, приводящий к порче ваших любимых приборов.
  4. Не нужно пробовать повредить внешнюю оболочку корпуса элементов питания — жидкость, которая находится внутри (кислота либо щелочь) при попадании на кожу может вызвать химические ожоги.

Кроме того, испорченные аккумуляторы нельзя выбрасывать вместе с обычным мусором, ведь в них содержится электролит — вещество, приносящее вред окружающей среде. Сдавайте их в специальных точках, откуда они отправляются на утилизацию.

Вот и все секреты того, как проверить мультиметром емкость аккумулятора, и в каких устройствах можно применить протестированные элементы. Для проведения замеров понадобится только тестер и несколько свободных минут.

https://youtube.com/watch?v=HIP6Dp2xwJI

В чем выражается взаимодействие

Электрические заряды притягиваются и отталкиваются друг от друга. Это похоже на взаимодействие магнитов. Всем знакомо, что если потереть линейку или шариковую ручку о волосы – она наэлектризуется. Если в этом состоянии поднести её к бумаге, то она прилипнет к наэлектризованному пластику. При электризации происходит перераспределение зарядов, так что на одной части тела их становится больше, а на другой меньше.

По этой же причине вас иногда бьёт током шерстяной свитер или другие люди, когда вы их касаетесь.

Вывод: электрические заряды с одним знаком стремятся друг к другу, а с разными – отталкиваются. Они перетекают с одного тела на другое, когда касаются друг друга.

А кто же был «первопроходцем» у электроскопов?

А электроскоп и электрометр – это что такое и кто из них был лучше? Самый первый электроскоп с золотым листом был однозначно самым первым. Такое устройство можно встретить в реальном мире на некоторых научных конференциях, но в основном он был повсеместно заменен на более технологичную версию. В отличие от электрометра, он чаще исполнял роль датчика, чем измерительного прибора.

Сам инструмент состоит из двух тонких листов золотой фольги, подвешенных к электроду. Когда он заряжается индукцией или контактом, листья приобретают одинаковые электрические заряды и отталкивают друг друга благодаря кулоновской силе. Их разделение является прямым показателем накопленной чистой энергии. На стекло напротив листьев можно наклеить кусочки оловянной фольги, чтобы, когда листья полностью расходятся, они могли попасть в землю. Лепестки могут быть заключены в стеклянный «конверт», что защитить их от сквозняков. Для минимизации утечку заряда данный конверт изолируют. Еще одной причиной утечки является ионизирующее излучение, поэтому для предотвращения ее электрометр должен быть окружен свинцовым экраном.

Инструмент был разработан в XVIII веке несколькими исследователями, среди которых Авраам Беннет и Алессандро Вольта.

Зачем измерять емкость АКБ

Состояние аккумуляторной батареи необходимо периодически контролировать. Это позволит существенно продлить срок ее службы, сохранить ёмкость и другие параметры на первоначальном уровне. Существующие измерительные приборы позволяют достаточно точно установить силу тока в АКБ, напряжение и определить плотность электролита. При выявлении отклонений любого из указанных параметров рекомендуется выяснять причину и проводить необходимые обслуживающие мероприятия.

Устройства для точного определения емкости АКБ в настоящее время не существует. Единственный способ, который дает относительно точные результаты, – это его полная разрядка с одновременной фиксацией большого количества различных параметров. Однако эта процедура является очень продолжительной, и редко кто готов тратить время на контроль ёмкости таким способом. Остальные методики, как и специальный тестер, дают лишь приблизительные результаты.

Обратите внимание! Точность определения различных параметров в значительной мере зависит от внешних факторов: температуры окружающей среды, влажности и так далее. Чаще всего используют следующие способы определения емкости:

Чаще всего используют следующие способы определения емкости:

  • Выполнение контрольного разряда, который является длительным процессом и применяется довольно часто;
  • Контроль плотности электролита в АКБ;
  • Нагрузочная вилка;
  • Тестер емкости.


Устройство для контроля степени заряда АКБ

История создания

Впервые доклад об изобретении электроскопа написал физик и врач Вильям Гилберт, работавший в Великобритании при правлении Елизаветы Первой. Этот ученый также является «отцом» электромагнетизма за счет большого вклада в науку в XVII столетии. Он создал первое устройство в 1601 г. для углубления опытов с электричеством.

Первый прибор, который назывался версориум, представлял собой конструкцию, где металлическая иголка свободно вращалась на специальном пьедестале.

Конфигурация этого устройства сильно напоминала обычный компас, однако здесь была не намагниченная игла. Ее концы зрительно отличались между собой. Помимо этого, одно окончание имело отрицательный заряд, а второе — положительный.

Принцип работы был основан на импульсах, которые возникали на концах благодаря электромагнитной индукции. То есть с учетом того, какой стороной иголка располагалась максимально близко к предмету, реакция конца заключалась в том, чтобы отталкиваться или притягиваться к объекту.

В начале 1783 г. знаменитый физик из Италии Алессандро Вольта создал конденсационный электрометр, обладающий повышенной чувствительностью для определения электрозарядов.

Но самых больших успехов добился астроном и математик из Германии Иоганн Готтлиба, он изобрел золотой листовой прибор. Рисунок этого устройства напоминает конструкцию, которая используется в наше время. Оборудование имело стеклянный колокол со стальной сферой сверху. При этом последняя соединялась проводником с двумя тонкими золотыми листами. Пластины соединялись или расходились с учетом приближения электрического заряженного предмета.

Как проверить мультиметром батарейку

  1. Как определить неисправную батарейку
  2. Определение величины остаточного заряда
  3. Видео: как проверить батарейку

Как определить неисправные элементы

Для того чтобы выполнить проверку батарейки, необходимо правильно настроить мультиметр. Прежде всего, выставляется режим измерения постоянного напряжения. Далее выбирается максимальный предел измерения, значением 20 В. Контакты измерительных проводов соединяются с проверяемой батарейкой. Полученные показания выводятся на дисплей.

Минимальное напряжение, считающееся нормой, составляет 1,35 В. Батарейки с таким напряжением могут использоваться во всех устройствах. Для приборов с низким потреблением энергии вполне достаточно 1,2 В. При более низком заряде элементы подлежат утилизации.

Однако данный способ не может дать полной картины состояния батарейки. Мультиметр покажет лишь величину разности потенциалов без нагрузки. Значение внутреннего сопротивления тестера очень маленькое, поэтому оно практически не влияет на ток разряда. Для получения наиболее достоверного результата, элемент следует нагрузить обычным потребителем, например, лампочкой от карманного фонарика.

При проверке в качестве нагрузки нежелательно пользоваться светодиодами, поскольку они обладают крайне незначительным сопротивлением. В случае неправильного подключения, светодиоды сразу же выйдут из строя. Чтобы светодиод начал работать, необходимо напряжение свыше 2,5 В, которое одна батарейка дать не сможет.

Определение величины остаточного заряда

Когда гальванический элемент начинает разряжаться, одновременно наблюдается рост его внутреннего сопротивления. Иными словами, происходит снижение заряда тока или энергоемкости, обеспечивающих питание приборов и радиоаппаратуры. Это свойство дает возможность измерить остаточную величину заряда в батарейке. Измерения следует выполнять цифровым мультиметром, рассчитанным на минимальный ток в 6 ампер.

Прибор выставляется на предельное измерение тока, после чего щупами нужно коснуться выводов элемента. При таком включении батарейка переходит в рабочий режим, приближенный к короткому замыканию, что позволяет замерить остаточный ток заряда батареи. По итогам измерений, наиболее пригодными считаются элементы с наиболее высоким током.

Для получения наиболее точных результатов рекомендуется предварительно измерить величину заряда в новой и разряженной батарейке. С этой целью переключатель переводится в режим измерения тока и выставляется на значение 10А. Плюсовой щуп красного цвета нужно вставить в гнездо 10А. Минусовой щуп черного цвета остается на своем месте в гнезде СОМ.

Затем нужно коснуться щупами выводов новой батарейки. Щупы сразу же убираются, как только на индикаторе перестанет расти значение тока. Продолжительность измерения не должна превышать 1-2 секунд из-за вредного воздействия режима короткого замыкания. Величина тока в новой батарейке обычно составляет от 4 до 6 А.

Если при проверке батарейки мультиметром показания составили 3-4 А, данный элемент может в течение короткого времени использоваться в портативной аппаратуре. При показаниях ниже 3 А (1,3-2,8) батарейка подойдет только для устройств с низким энергопотреблением, например, пульта дистанционного управления.

История открытий

Еще в древности было замечено, что если потереть янтарь о шелковую материю, то камень начнет притягивать к себе легкие предметы. Уильям Гильберт изучал эти опыты до конца XVI века. В отчете о проделанной работе предметы, которые могут притягивать другие тела, назвал наэлектризованными.

Следующие открытия в 1729 году сделал Шарль Дюфе, наблюдая за поведением тел при их трении об разные материи. Таким образом он доказал существование двух видов зарядов: первые образуются при трении смолы о шерсть, а вторые – при трении стекла о шелк. Следуя логике, он назвал их «смоляными» и «стеклянными». Бенджамин Франклин также исследовал этот вопрос и ввел понятия положительного и отрицательного заряда. На иллюстрации – Б. Франклин ловит молнию.

Шарлем Кулоном, портрет которого изображен ниже, был открыт закон, который впоследствии был назван Законом Кулона. Он описывал взаимодействие двух точечных зарядов. Также смог измерить величину и изобрел для этого крутильные весы, о которых мы расскажем позже.

И уже в начале прошлого века Роберт Милликен, в результате проведенных опытов, доказал их дискретность. Это значит, что заряд каждого тела равен целому кратному элементарного электрического заряда, а элементарным является электрон.

Использование специальных устройств

Метод измерения, который используется в нагрузочной вилке, доработан в специализированных устройствах марки «Кулон». Они были разработаны для проверки состояния и оценки различных параметров свинцово-кислотных аккумуляторов. Данные приборы позволяют определить значение напряжения и уровень заряженности. Вся информация сохраняется в памяти устройства, которое к тому же является портативным.

Контроль параметров АКБ с помощью устройства «Кулон»

Использование данных устройств имеет определенные особенности:

  • Применять их можно только на полностью заряженном АКБ, поскольку они питаются от батареи, состояние которой проверяют.
  • Перед началом использования следует провести калибровку (данный процесс описан в инструкции по эксплуатации). В противном случае можно получить некорректные данные.

Дополнительная информация. Помимо компактных габаритов, преимуществами устройств «Кулон» являются также использование уникальной методики измерений, а также наличие клещей-зажимов, которые надежно фиксируют провода и обеспечивают точность показателей.

Таким образом, определение уровня заряда АКБ является достаточно трудоемким процессом, но его рекомендуется проводить с определенной периодичностью, чтобы обеспечить длительный срок его службы. Для этого также можно использовать различные устройства, которые хотя и не позволяют точно определить данный параметр, но предоставляют возможность оценить общее состояние батареи.

Современные устройства

Современный электрометр – это высокочувствительный вольтметр, входной импеданс которого настолько велик, что ток, протекающий в него, можно считать равным нулю для большинства бытовых задач.

Что измеряет электрометр, и какое у него сопротивление? Фактическое значение входного сопротивления для современных устройств составляет около 1014 Ом, по сравнению с 1010 Ом для нановольтметров. Из-за чрезвычайно высокого входного сопротивления, необходимо применять особые конструктивные решения, чтобы избежать утечки тока.

Среди других применений, электрометры используются в экспериментах по ядерной физике, поскольку они способны измерять крошечные заряды, оставленные в веществе при прохождении ионизирующего излучения. Наиболее распространенным применением современных устройств, является измерение излучения с помощью ионизационных камер в таких приборах, как счетчики Гейгера.

История этого устройства

Самым первым измерителем потенциала можно назвать «Ранний квадратный» или просто «Квадратный». Хотя этот термин в конечном итоге относился к версии Кельвина, он впервые был использован для описания более простого устройства. А что измеряет электрометр и из чего состоит?

Он изготовлен из вертикального ствола дерева, к которому прикреплен полукруг из слоновой кости. Из центра на шарнире висит легкий пробковый шар. Когда инструмент помещается на заряженное тело, стебель участвует и отталкивает пробковый шар. Величина отталкивания может быть считана с градуированного полукруга, хотя измеренный угол не прямо пропорционален заряду. Среди первых изобретателей были Уильям Хенли и Гораций-Бенедикт де Соссюр.

А кто же был «первопроходцем» у электроскопов?

А электроскоп и электрометр – это что такое и кто из них был лучше? Самый первый электроскоп с золотым листом был однозначно самым первым. Такое устройство можно встретить в реальном мире на некоторых научных конференциях, но в основном он был повсеместно заменен на более технологичную версию. В отличие от электрометра, он чаще исполнял роль датчика, чем измерительного прибора.

Сам инструмент состоит из двух тонких листов золотой фольги, подвешенных к электроду. Когда он заряжается индукцией или контактом, листья приобретают одинаковые электрические заряды и отталкивают друг друга благодаря кулоновской силе. Их разделение является прямым показателем накопленной чистой энергии. На стекло напротив листьев можно наклеить кусочки оловянной фольги, чтобы, когда листья полностью расходятся, они могли попасть в землю. Лепестки могут быть заключены в стеклянный «конверт», что защитить их от сквозняков. Для минимизации утечку заряда данный конверт изолируют. Еще одной причиной утечки является ионизирующее излучение, поэтому для предотвращения ее электрометр должен быть окружен свинцовым экраном.

Инструмент был разработан в XVIII веке несколькими исследователями, среди которых Авраам Беннет и Алессандро Вольта.

Проверка заряда элемента питания

Проверяют зарядку питания при помощи цифровых электронных мультиметров и аналоговых вольтметров. Применение первых измерительных приборов более популярно и распространено, так как мультиметры имеют небольшую стоимость, просты в использовании и обслуживании.

Проверка заряда без нагрузки

Заряд питания без нагрузки (в так называемом «режиме холостого хода») измеряется следующим образом:

  1. Регулятор мультиметра устанавливается в режим измерения постоянного напряжения;
  2. Выбирается предел измерения до 20 В;
  3. Соблюдая полярность, щупы прибора прикладываются к полюсам батарейки (красный – к положительному, черный – к отрицательному);
  4. Значение заряда (напряжения) мультиметр с небольшой погрешностью покажет на своем дисплее через 2-3 секунды.

Проверка заряда мультиметром

На заметку. Перед тем, как измерить заряд батарейки мультиметром, необходимо убедиться в том, что ее полюса не загрязнены и не покрыты пленкой окислов. Все визуально заметные загрязнения удаляют смоченной в спирте ваткой или чистой ветошью. Также необходимо использовать прибор, исправность и точность измерений  которого проверена временем.

Полученное при измерении значение сравнивают с тем, которое указано на питании. Так, например, если значение напряжения элемента форм-фактора типа АА меньше 1,0 В, то это означает, что он разряжен и не пригоден для дальнейшего использования.

Проверка электрических батареек мультиметром под нагрузкой

Проверка батареек мультиметром производится следующим образом:

  1. К проверяемому питанию параллельно подключают нагрузочный элемент;
  2. Соблюдая полярность, к полюсам прикладываются щупы мультиметра;
  3. Спустя примерно 35-40 секунд, с дисплея прибора снимается фактическое значение заряда питания под нагрузкой.

Работоспособность и возможность дальнейшего использования питания определяются в зависимости от полученного при таком измерении значения. Так, например, если напряжение пальчикового элемента типа АА меньше 1,1 В, он считается разряженным и может быть утилизирован; батарейки с напряжением от 1,2 до 1,3 В можно использовать в пультах дистанционного управления и настенных часах. Полностью заряженными и пригодными для использования по назначению считаются питания с напряжением под нагрузкой выше 1,35 В.

Проверка батареек способом измерения силы тока

Еще одним способом того, как проверить батарейку тестером, является измерение силы тока.

Производят подобное измерение следующим образом:

  1. Красный щуп прибора подключают к разъему для измерения постоянного тока (гнездо с маркировкой «COM»);
  2. Ручку регулятора прибора устанавливают на максимальное для данного мультиметра значение измеряемого постоянного тока – 5 или 10 А;
  3. Батарейку зажимают в руке и прикладывают черный щуп к отрицательному полюсу;
  4. Красным щупом касаются положительного полюса на несколько секунд, запоминая окончательное значение, которое покажет прибор.

Разряженные питания будут иметь результат подобного измерения меньше 1,7 А.

Как проверить батарейку без приборов

Самый простой щелочной или алкалиновый пальчиковый элемент питания можно проверять на степень зарядки без использования различных измерительных приборов следующим образом:

  1. Батарейку берут за верхнюю часть с положительной клеммой двумя пальцами и поднимают над поверхностью стола на 2,5-3,0 см;
  2. Разжимая пальцы, дают элементу удариться отрицательным полюсом о поверхность стола. Заряженные элементы при соприкосновении с твердой поверхностью издают глухой звук и не падают на бок, оставаясь в вертикальном положении.

Также можно узнать, насколько разряжена та или иная батарея, вставив ее в фонарь. По яркости свечения светодиодов можно судить о том, насколько заряжен вставленный в него элемент.

Как проверить батарейку с индикатором заряда

Некоторые модели батареек имеют специальный встроенный индикатор заряда – полоска с определенным количеством светящихся сегментов из термокраски.

Индикатор заряда

Проверка заряда модели с таким приспособлением производится следующим образом:

  • Двумя пальцами разных рук касаются круглой контактной площадки у положительного и полукруглой – у отрицательного;
  • По заполнению индикаторной полоски светящимися сегментами судят о полноте заряда элемента.

Проверка заряда и емкости

Заряд аккумулятора можно проверить, только переведя полученные данные от мультиметра. Проверять рекомендуется при условии, что с момента его отключения от автомобиля или подзарядки прошло около 5 часов. Это позволит получить более точные данные. Стоит отметить, что температура окружающей среды не может оказать влияние на точность показаний.

Читать также: Авито как установить сплит систему самому

При рассмотрении показателей отметим следующую закономерность:

  1. Напряжение 12.8 В говорит о полном заряде аккумулятора. Данное значение может быть даже несколько выше. Однако, значительное превышение говорит о серьезных неисправностях.
  2. Показатель 12.6 В соответствует 75% заряда.
  3. Напряжение 12.2 В – АКБ имеет только половину заряда.
  4. 12 В на мультиметре говорит о заряде 25 %.

Если напряжение в созданной цепи менее 12 В то заряд опустился ниже 25%.

Еще одним важным показателем можно назвать емкость аккумулятора.

Провести проверку емкости можно следующим образом:

  1. Следует провести полную зарядку АКБ.
  2. Для того, чтобы получить необходимые данные на аккумулятор, следует подать нагрузку, для чего можно соединить несколько автомобильных фар в одну цепь.
  3. Тусклое свечение при показателе меньше чем 12.4 В говорит о том, что в зимнее время возможны проблемы с заводом автомобиля.
  4. Если показатель опустился менее 12 В, значит следует провести замену АКБ.

Особенности проверки работоспособности

Чтобы проверить работоспособность, можно использовать теоретические понятия, которые уже были описаны. Для этого необходимо выполнить следующее:


Удостовериться, что электрометр разряжен: для этого нужно коснуться его железным стержнем, чтобы устранить находящийся в приборе заряд.
Далее необходимо зарядить устройство, для этого нужно потереть воздушный шар о кусок шерстяной материи.
Поднесите шарик к медной спирали, так начнет происходить индукционная зарядка.
Смотрите за реакцией треугольников из фольги, они начнут отходить друг от друга, поскольку обе ламели имеют одинаковый заряд.

Не забывайте, что немаловажное значение для проводимости определенных предметов является состояние внешней среды. К примеру, если воздушная влажность увеличивается, то в этом случае некоторые объекты играют роль проводников

Наглядно продемонстрировать это может молния. Поскольку она, как правило, наблюдается только в то время, когда льет дождь, то есть при повышенной влажности, соответственно, воздух может пропускать электрический заряд, хоть при солнечной погоде этого не происходит. Воздух является проводником только в том случае, если меняется влажность. Если это влияет на измерение, можно попробовать протестировать прибор в сухие дни.

Предыдущая
ФизикаПравило Ленца – закон, формула
Следующая
ФизикаВынужденные колебания — характеристика, условия возникновения и примеры

Современные электрометры

Современный электрометр — это высокочувствительный электронный вольтметр , входной импеданс которого настолько высок, что для большинства практических целей ток, протекающий через него, можно считать нулевым. Фактическое значение входного сопротивления для современных электронных электрометров составляет около 10 14 Ом по сравнению с примерно 10 10 Ом для нановольтметров. Из-за чрезвычайно высокого входного импеданса необходимо учитывать особые конструктивные особенности, чтобы избежать тока утечки, например, управляемые экраны и специальные изоляционные материалы.

Среди других приложений электрометры используются в экспериментах по ядерной физике, поскольку они могут измерять крошечные заряды, оставленные в материи при прохождении ионизирующего излучения . Чаще всего современные электрометры используются для измерения излучения с помощью ионизационных камер в таких приборах, как счетчики Гейгера .

Электрометры с герконом

В электрометрах с вибрирующим язычком используется переменный конденсатор, образованный между подвижным электродом (в форме вибрирующего язычка) и фиксированным входным электродом. Поскольку расстояние между двумя электродами меняется, емкость также изменяется, и электрический заряд нагнетается внутрь и из конденсатора. Сигнал переменного тока, создаваемый потоком этого заряда, усиливается и используется как аналог постоянного напряжения, подаваемого на конденсатор. Входное сопротивление постоянному току электрометра определяется исключительно сопротивлением утечки конденсатора и обычно очень велико (хотя его входное сопротивление переменного тока ниже).

Для удобства использования узел вибрирующего язычка часто присоединяется кабелем к остальной части электрометра. Это позволяет располагать относительно небольшой блок рядом с измеряемым зарядом, в то время как более крупный герконовый драйвер и блок усилителя можно размещать там, где это удобно для оператора.

Клапанные электрометры

В клапанных электрометрах используется специальная вакуумная трубка (термоэмиссионный клапан) с очень высоким коэффициентом усиления ( крутизной ) и входным сопротивлением. Входному току позволяют протекать в сетку с высоким сопротивлением, и генерируемое таким образом напряжение значительно усиливается в цепи анода ( пластины ). Клапаны, предназначенные для использования в электрометрах, имеют токи утечки всего в несколько фемтоампер (10 −15 ампер). С такими клапанами следует обращаться в перчатках, поскольку соли, оставшиеся на стеклянной оболочке, могут обеспечить пути утечки для этих крошечных токов.

В специализированной схеме, называемой инвертированным триодом , роли анода и сетки меняются местами. Это помещает управляющий электрод на максимальное расстояние от области пространственного заряда, окружающей нить накала, сводя к минимуму количество электронов, собираемых управляющим электродом, и тем самым минимизируя входной ток.

Электрометры твердотельные

Самые современные электрометры состоят из твердотельного усилителя, использующего один или несколько полевых транзисторов , разъемов для внешних измерительных устройств и, как правило, подключения дисплея и / или подключения для регистрации данных. Усилитель усиливает малые токи, поэтому их легче измерить. Внешние соединения обычно имеют коаксиальную или трехосную конструкцию и позволяют устанавливать диоды или ионизационные камеры для измерения ионизирующего излучения . Соединения для отображения или регистрации данных позволяют пользователю просматривать данные или записывать их для последующего анализа. Электрометры, предназначенные для использования с ионизационными камерами, могут включать в себя высоковольтный источник питания, который используется для смещения ионизационной камеры.

Твердотельные электрометры часто представляют собой многоцелевые устройства, которые могут измерять напряжение, заряд, сопротивление и ток. Они измеряют напряжение с помощью «напряжения балансировки», в котором входное напряжение сравнивается с внутренним источником опорного напряжения с помощью электронной схемы с очень высоким входным сопротивлением (порядка 10 14 Ом). Подобная схема, модифицированная для работы в качестве преобразователя тока в напряжение, позволяет прибору измерять токи величиной до нескольких фемтоампер. В сочетании с внутренним источником напряжения режим измерения тока может быть адаптирован для измерения очень высоких сопротивлений , порядка 10 17 Ом. Наконец, вычисляя известную емкость входной клеммы электрометра, прибор может измерять очень небольшие электрические заряды , вплоть до небольшой доли пикокулона.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации