Bài giảng Các cơ cấu chỉ thị

Chương 2 CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ 2.1. Cơ cấu chỉ thị cơ điện 2.1.1. Cơ sở chung Dụng cụ đo tương tự (analog) là loại dụng cụ đo mà số chỉ của nó là đại lượng liên tục tỉ lệ với đại lượng đo liên tục. Trong dụng cụ đo tương tự người ta thường dùng các chỉ thị cơ điện, trong đó tín hiệu vào là dòng điện còn tín hiệu ra là góc quay a của phần động (kim chỉ) hoặc là di chuyển của bút ghi trên giấy (dụng cụ tự ghi) tức là thực hiện việc biến năng lượng điện từ thành năng lượng cơ học. Như vậy a = F(x), x là đại lượng điện. a) Nguyên lý làm việc của các chỉ thị cơ điện Khi cho dòng điện vào một cơ cấu chỉ thị cơ điện, do tác động của từ trường lên phần động của cơ cấu mà sinh ra một momen quay Mq. Độ lớn của mômen này tỉ lệ với độ lớn của dòng điện đưa vào cơ cấu chỉ thị (ứng với dòng I1 ta có Mq1, với dòng I2 ta có Mq2...) (h.2.1). Mômen quay Mq đối với tất cả các loại cơ cấu chính là tốc độ thay đổi của năng lượng điện từ trường We so với góc lệch a của phần động: Mq = (2.1) M 0 Mq2 Mq1 Mc aC1 aC2 a Hình 2.1. Xác định vị trí cân bằng Nếu ta đặt vào trục của phần động một lò xo cản thì khi phần động quay lò xo sẽ bị xoắn lại va sinh ra một mô men cản Mc, mômen này tỉ lệ thuận với góc lệch a như sau: Mc = D. a (2.2) Trong đó: D – Mômen cản riêng. Phụ thuộc vào kích thước và vật liệu chế tạo lò xo (dây treo). Dưới tác động đồng thời của hai mômen quay và cản phần động của cơ cấu đo sẽ dừng lại ở vị trí cân bằng (hai mômen này ngược dấu nhau). Nghĩa là lúc đó, ta có: Mq = Mc, với (2.1) và (2.2) Ta được: = Da Suy ra: a = (2.3) Đây là phương trình đặc tính thang đo. Vị trí cân bằng ac có thể xác định bằng đồ thị như (hình 2.1). Ngoài hai mômen cơ bản ở trên trong thực tế phần động của cơ cấu chỉ thị còn chịu tác động của nhiều mômen khác nữa đó là các mômen ổn định, mômen ma sát, mômen cản dịu, mômen động lượng. Các mômen này sẽ được tính đến khi người ta tiến hành khắc độ thang đo. - Mômen cản dịu: Trong quá trình đo, do quán tính phần động không dừng lại tại vị trí cân bằng mà dao động chung quanh vị trí cân bằng, gây trở ngại cho việc đọc kết quả đo. Để rút ngắn thời gian dao đôọng nhằm xác lập vị trí cân bằng được nhanh chóng, trong cơ cấu chỉ thị có thêm bộ phận cản dịu để tạo ra mômen có chiều ngược với chiều chuyển động của phần động, gọi là mômen cản dịu: Mcd. Momen cản dịu có trị số tỉ lệ với tốc độ quay của phần động nên có quan hệ sau: Mcd = Kcd. (2.4) Trong đó: Kcd – hệ số cản dịu, phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của bộ phận cản dịu. Từ biểu thức trên cho thấy khi phần động ở vị trí cân bằng tốc độ quay, = 0. Mômen cản dịu Mcd = 0, do đó không ảnh hưởng đến kết quả chỉ thị của dụng cụ đo. Tùy thuộc vào phương trình đặc tính thang đo (2.3) mà thang đo có thể là tuyến tính hoặc phi tuyến. b) Cấu tạo các bộ phận chung Đối với phần lớn các cơ cấu chỉ thị cơ điện, tuy về nguyên lý có khác nhau nhưng vẫn có thể chỉ ra các chi tiết và bộ phận chung cho tất cả các loại cơ cấu. Sau đây ta xét từng chi tiết cụ thể. - Trục và trụ: Là bộ phận quan trọng bảo đảm cho phần động quay. - Trục làm bằng thép cứng như thép pha osimi hay iridi, hình trụ tròn, đầu trục có hình chóp với góc đỉnh g = 45 ¸ 60o (hình 2.2a,b). b) 800 g d) c) a) Hình 2.2. a,b- trục; c,d- trụ đỡ Trụ đỡ làm bằng đá cứng (agat hay cacbua rundum). Hay gọi là chân kính. Một số chân kính có đệm lò xo để giảm xóc (hình 2-2 c,d). - Lò xo phản kháng: Tạo ra mômen cản, thường được chế tạo từ các vật liệu có khả năng đàn hồi lớn như hợp kim đồng bêribi, đồng – phốtpho... Lò xo có dạng hình xoắn ốc (h.2.3). Hình 2.3. Lò xo phản kháng - Dây căng và dây treo: Hình 2.4. Dây căng a, dây treo b Trong các cơ cấu chỉ thị có độ nhạy cao, trục trụ và lò xo phản kháng được thay bằng dây căng hoặc dây treo (h.2.4). Dây được chế tạo bằng vật liệu như lò xo, có thiết diện hình chữ nhật. Dây càng mảnh độ nhạy càng cao. Để tăng độ nhạy, người ta sử dụng dây treo để treo phần động ở phía trên còn phía dưới là một dây xoắn không mômen (h.2.4b). - Kim và chỉ thị bằng ánh sáng: Hình 2.5. Các dạng kim chỉ thị Kim chỉ thị góc quay a được gắn với trục quay. Kim thường chế tạo bằng nhôm hoặc hợp kim nhôm để giảm trọng lượng (h 2.5). Để tăng độ nhạy và độ chính xác, kim chỉ thị được thay bằng chỉ thị ánh sáng. Hệ thống chỉ thị ánh sáng gồm một gương quay gắn trên phần động, một hệ thống chiếu sáng và màn ảnh (h.2.6). Hình 2.6. Hệ thống chỉ thị bằng ánh sáng Cấu tạo gồm đèn chiếu sáng 1, hệ thống gương 2, vòng chuẩn 3, gương quay 4, màn ảnh có khắc độ 5, gương 6. Khi gương 4 quay một góc a thì tia sáng sẽ lệch một góc 2a. Điều đó sẽ làm tăng độ nhạy của dụng cụ so với dụng cụ kim chỉ. Mặt khác để kéo dài tia sáng ta có thể cho tia sáng khúc xạ qua một hệ thống gương làm tăng thêm độ nhạy và độ chính xác của dụng cụ đo. - Thang đo: Là mặt khắc độ. Có nhiều loại thang đo khác nhau (h.2.7) tùy thuộc vào cấp chính xác và bản chất của cơ cấu chỉ thị. Thang đo có thể đều hay không đều tùy thuộc loại cơ cấu chỉ thị. Hình 2.7. Các loại thang đo Hình 2.8. Cản dịu Kiểu không khí. b) Kiểu cảm ứng. từ Đối với dụng cụ có cấp chính xác từ 1; 1,5; 2; 2,5 người ta thường sử dụng thang đo với góc a = 90o (h.2.7b), hoặc a = 240o (h.2.7c). Đối với các dụng cụ đo tự ghi có kèm thang đo, sử dụng thang đo thẳng (h.2.7d). Để tranh sai số do cách đọc người ta đặt một cái gương ở bên dưới thang đo, khi đọc kim và bóng của kim phải trùng nhau (h.2.7a). Dụng cụ đo mẫu, người ta khắc độ theo vạch chéo trên một số đường song song (h.2.7e). Thang đo của các dụng cụ vạn năng sẽ có nhiều đường với các đơn vị đo tương ứng (H.2.7f). - Bộ phận cản dịu: + Cản dịu không khí: Có cấu tạo như hình 2.8a, gồm một hộp kín trong đó có một cánh lá chuyển động gắn với trục quay kim. Khi cánh lá chuyển động di chuyển sẽ tạo nên một hiệu áp giữa hai mặt cánh động làm cản trở và tắt dần dao động. + Cản dịu cảm ứng từ : Cấu tạo gồm lá nhôm mỏng gắn liền với phần động của cơ cấu chỉ thị. Lá nhôm di chuyển trong khe hở của một nam châm vĩnh cửu tạo nên dòng cảm ứng trong lá nhôm. Do sự tác động tương hỗ giữa dòng điện và từ trường của nam châm tạo ra lực chống lại sự chuyển động của phần động (h.2.8b). 2.1.2. Cơ cấu chỉ thị từ điện a) Cấu tạo Hình 2.9. Cơ cấu chỉ thị từ điện Cơ cấu chỉ thị từ điện gồm hai phần cơ bản: Phần tĩnh và phần động (h.2.9). Phần tĩnh của cơ cấu chỉ thị từ điện gồm có: nam châm vĩnh cửu 1, mạch từ 5 và cực từ 3, lõi sắt hình trụ 4 hình thành mạch từ kín. Giữa cực từ 3 và lõi 4 có khe hở đều, gọi là khe hở làm việc, trong đó có khung quay chuyển động. Đường sức qua khe hở làm việc hướng tâm tại mọi điểm. Phần động gồm có khung quay 2. Đó là khung dây gồm cuộn dây đồng cỡ 0,03 ¸ 0, 2mm quấn trên lõi nhôm nhẹ. Khung quay được gắn vào trục quay 8. Trên trục quay còn có hai lò xo cản 9 mắc ngược nhau nhằm tạo ra mômen cản đồng thời dùng làm dây dẫn điện vào khung dây, kim chỉ thị 7, đối trọng 6 và thang đo 10. b) Nguyên lý làm việc Khi có dòng điện chạy qua khung dây, dưới tác động của từ trường của nam châm vĩnh cửu, khung quay lệch khỏi vị trí ban đầu một góc da nào đấy. Mômen quay tạo ra được tính theo biểu thức (2.1): Mq = (2.5) Ở đây năng lượng điện từ We tỉ lệ với độ lớn của từ thông móc vòng trong khe hở làm việc y và dòng điện chạy qua khung dây I. We = yI (2.6) Tốc độ biến thiên của từ thông theo góc quay a được tính như sau: = BSW (2.7) Trong đó: B – Độ từ cảm của nam châm vĩnh cửu S – Diện tích khung dây. W – Số vòng dây của khung dây. a - Góc lệch của khung dây so với vị trí ban đầu. Các giá trị B, S, W là những hằng số (không đổi khi khung dây quay) Thay (2.6) và (2.7) vào (2.5) ta có: Mq = = BSWI Khi cân bằng thì mômen quay bằng mômen cản (2.2) Mq = Mc BSWI = Da Từ đó ta có: a = (2.8) Trong biểu thức (2-8): B, S, W, D là những hằng số cho nên góc lệch a tỉ lệ bậc nhất với dòng điện I. c) Đặc tính của cơ cấu từ điện. - Góc lệch a tỉ lệ thuận với dòng điện I cho nên cơ cấu chỉ thị từ điện chỉ sử dụng trong mạch một chiều. - Góc lệch a tỉ lệ bậc nhất với dòng điện I nên đặc tính của thang đo đều. - Độ nhạy của cơ cấu S BSW là đại lượng không đổi trong suốt thang đo. Độ nhạy cao vì trị số B của nam châm vĩnh cửu thường lớn. - Độ chính xác cao vì các phần tử của cơ cấu có độ ổn định cao, ảnh hưởng của từ trường ngoài không đáng kể (vì độ từ cảm của nam châm lớn); công suất tiêu thụ nhỏ nên ảnh hưởng không đáng kể đến mạch đo, độ cản dịu tốt (khung nhôm), thang đo đều. - Nhược điểm: Chế tạo phức tạp, chịu quá tải kém do cuộn dây đặt ở phần động có tiết diện nhỏ, do việc dễ cháy lò xo và thay đổi đặc tính của nó; ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ chính xác của phép đo. d) Ưng dụng. - Dùng để chế tạo các loại Ampemét, Vôn mét, Ômmét nhiều thang đo, dải đo rộng. - Dùng để chế tạo các loại điện kế có độ nhạy cao, có thể đo được dòng đến 10-12A, điện áp đến 10-4V, điện lượng. Để tăng độ nhạy khung quay thì khung dây không có khung nhôm. Điện kế còn được dùng để phát hiện sự lệch điểm không trong mạch cần đo. - Dùng làm chỉ thị trong các mạch đo các đại lượng không điện. - Dùng để chế tạo các dụng cụ đo điện tử tương tự như vônmét điện tử, tần số kế điện tử, pha kế điện tử... - Dùng với các bộ biến đổi khác như chỉnh lưu, cảm biến cặp nhiệt để có thể đo được dòng (hay áp) xoay chiều. e) Cơ cấu chỉ thị lôgômét từ điện Lôgômét từ điện là loại cơ cấu chỉ thị đo tỉ số hai dòng điện, dựa trên cơ sở của chỉ thị từ điện, chỉ khác là không có lò xo cản mà thay vào đó là khung dây thứ hai tạo ra mômen có hướng chống lại mômen quay của khung dây thứ nhất (h.2-10). I1 I2 N S Mq MC Hình 2.10. Cơ cấu chỉ thị lôgômét từ điện Trong khe hở của từ trường nam châm vĩnh cửu đặt phần động gồm hai khung quay đặt lệch nhau một góc d (30o ¸90o). Cả hai đều được gắn vào trục chung. Dòng I1 và I2 được đưa vào các khung dây nhờ các dây dẫn không mômen. Dòng I1 sinh ra mômen quay Mq, còn dòng I2 sinh ra momen cản Mc. Mq = I1 ; Mc = I2 y1, y2 là từ thông của nam châm móc vòng qua các khung dây. Dấu của Mq và Mc ngược nhau. ở trạng thái cân bằng thì Mq = Mc , ta có: Từ đó ta có Ở đây f1(a), f2(a)là các đại lượng xác định tốc độ thay đổi của từ thông móc vòng.. Do đó có thể viết: a = F (2.9) Từ (2.9) ta thấy góc lệch a tỉ lệ với tỉ số của hai dòng điện đi qua các khung dây, ứng dụng để đo điện trở, tần số và các đại lượng không điện. Hình 2.11. Cơ cấu chỉ thị điện từ 2.1.3. Cơ cấu chỉ thị điện từ a) Cấu tạo - Phần tĩnh của cơ cấu chỉ thị điện từ là một cuộn dây phẳng 1. Bên trong có khe hở không khí là khe hở làm việc (h.2.11). - Phần động là một lõi thép 2 được gắn lên trục quay 4. Lõi thép có thể quay tự do trong khe làm việc của cuộn dây. Ngoài ra, còn có kim 5, đối trọng 6 và lò xo 3. Ngoài loại kết cấu trên ta còn gặp loại cơ cấu điện từ có cuộn dây tròn. Kiểu cánh tỏa tia (h.2-12a) hoặc kiểu cánh đồng tâm (h.2-12b). Hình 2.12. Cơ cấu chỉ thị điện từ có cuộn dây tròn a) Kiểu cánh tỏa tia, b) Kiểu cánh đồng tâm Cuộn dây tròn 1, bên trong bố trí các tấm kim loại: Tấm tĩnh 2, tấm động 3 gắn với trục quay. Ngoài ra còn có kim chỉ thị, thang đo và lò xo 4. Sự xuất hiện từ trường trong lòng cuộn dây tĩnh sẽ từ hóa các tấm tĩnh và động. Tấm tĩnh và tấm động đẩy nhau do cùng cực tính làm phần động quay (h.2.12). b) Nguyên lý làm việc Khi cho dòng điện I chạy vào cuộn dây sẽ làm xuất hiện mômen quay xác định theo biểu thức: Mq = Ở đây năng lượng điện từ We được xác định: We = (2.10) Trong đó: L – Điện cảm của cuộn dây Thay (2.10) vào biểu thức mômen quay ta có: Mq = (2.11) Khi mômen quay bằng mômen cảnK, phần động sẽ ở vị trí cân bằng, lúc đó: => a = (2.12) Từ biểu thức 2.12 ta suy ra các đặc tính của cơ cấu chỉ thị điện từ. c) Đặc tính. - Góc quay a tỉ lệ với bình phương của dòng điện, từc là không phụ thuộc vào chiều của dòng điện, do vậy mà cơ cấu có thể sử dụng để đo trong mạch một chiều và trong mạch xoay chiều. - Do đặc tính bậc hai nên thang đo không đều. Để thang đo đều hơn người ta cần phải tính toán mạch từ kích thước, hình dáng lõi động, vị trí đặt của cuộn dây cho phù hợp. - Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậy, chịu được quá tải, có thể đo được vừa xoay chiều, vừa một chiều. - Khuyết điểm: Công suất tiêu thụ tương đối lớn, độ chính xác không cao, độ nhạy thấp, bị ảnh hưởng của từ trường ngoài do từ trường của bản thân cơ cấu yếu khi dòng nhỏ. Khi đo trong mạch một chiều sẽ bị sai số do hiện tượng từ trễ, từ dư. d) Ứng dụng. - Chế tạo các loại Ampemét, Vônmét trong mạch xoay chiều tần số công nghiệp. - Trong mạch với tần số cao và hơi cao, cần phải tính toán các mạch bù tần số để giảm sai số. e)Lôgômét điện từ. Cấu tạo gồm hai cuộn dây tĩnh A và B, hai lõi động được gắn lên cùng một truc quay. Hình 2.13. Cơ cấu lôgômét điện từ Khi có dòng điện chạy qua cả hai cuộn thì cuộn A sinh ra mômen quay Mq, còn cuộn B sinh ra mômen cản Mc. Ở vị trí cân bằng, ta có Mq = Mc. Theo (2.11) ta có: Từ đó ta có : Suy ra: a = F (2.13) - Góc lệch a tỉ lệ với tỉ số bình phương của hai dòng điện. Lôgômét điện từ được sử dụng để đo các đại lượng như điện trở, điện cảm, điện dung, đo tần số, góc pha và các đại lượng không điện... Hình 2.14. Cơ cấu chỉ thị điện động 2.1.4. Cơ cấu chỉ thị điện động a) Cấu tạo. H. 2.14 vẽ sơ đồ nguyên lý cấu tạo của một cơ cấu chỉ thị điện động. Phần tĩnh gồm cuộn dây 1 được chia làm hai phần nối tiếp nhau để tạo ra từ trường khi có dòng điện chạy qua. Trục quay chui qua khe hở giữa hai phần cuộn dây tĩnh. Phần động gồm một khung dây 2 đặt trong lòng cuộn dây tĩnh. Khung dây 2 được gắn với trục quay.Trên trục còn có lò xo cản bộ phận cản dịu và kim chỉ thị. Hình dạng của cuộn dây tĩnh và khung dây động có thể tròn hoặc vuông. Loại tròn dễ chế tạo, loại vuông lại thích hợp khi cần giảm thấp chiều cao của cơ cấu đo. b) Nguyên lý làm việc. Khi cho dòng điện chạy vào cuộn tĩnh, trong lòng cuộn dây xuất hiện từ trường. Từ trường này tác động lên dòng điện chạy trong khung dây và tạo nên mômen quay làm phần động quay đi một góc a. Mômen quay được xác định từ biểu thức chung sau: Mq = We: năng lượng điện từ tích lũy trong các cuộn dây . Ta phân biệt hai trường hợp. - Khi cho dòng một chiều I1 vào cuộn dây 1, I2 vào cuộn dây 2. Lúc này năng lượng điện từ có dạng. We = (2.14) Với L1, L2 – điện cảm của các cuộn dây tĩnh và động. M12 – Hỗ cảm giữa các cuộn dây tĩnh và động. L1, L2 – không đổi khi khung dây quay, nên: Mq = (2.15) Ở vị trí cân bằng Mq = Mc hay = Da Suy ra: a = (2.16) - Khi cho dòng xoay chiều vào các cuộn dây ta có: Mômen quay tức thời: mqt = (2.17) Phần động vì có quán tính không kịp thay đổi theo giá trị tức thời nên thực tế lấy theo trị số trung bình trong một chu kỳ. Mq = (2.18) Nếu i1 = I1msinwt và i2 = I2msin (wt - Y) thay vào (2.17) và (2.18) , ta có: Mq = Lấy tích phân này ta được: Mq = (2.19) ở đây Y: là góc lệch pha giữa hai dòng điện I1, I2. Khi cân bằng ta có Mq = Mc. Suy ra a = (2.20) c) Đặc tính. - Cơ cấu chỉ thị điện động có thể dùng trong mạch một chiều và xoay chiều. - Góc lệch a phụ thuộc vào tích I1I2 nên thang đo không đều. - Trong mạch xoay chiều mômen quay tỉ lệ với các giá trị hiệu dụng của dòng điện và cos Y nên có khả năng chế tạo các Wátmét đo công suất. - Độ chính xác cao nhất là khi đo trong mạch xoay chiều vì không sử dụng vật liệu sắt từ tức là loại bỏ được sai số do dòng xoáy và bão hòa từ. - Cơ cấu chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài vì từ trường bản thân nhỏ lại khép mạch qua không khí có từ trở lớn, tổn hao từ nhiều. Vì thế cần có màn chắn từ bảo vệ. - Độ nhạy thấp vì mạch từ yếu. d) Ứng dụng. Cơ cấu chỉ thị điện động được sử dụng để chế tạo các Ampemét, Vônmét, Watmét một chiều và xoay chiều tần số công nghiệp, các pha kế để đo góc lệch pha hay hệ số cos j. Khi sử dụng trong mạch xoay chiều tần số cao, phải có mạch bù tần số (có thể đo được với dải tần đến 20KHz). e) Lôgômét điện động. Phần tĩnh của cơ cấu lôgômét điện động hoàn toàn giống cơ cấu chỉ thị điện động. MC Mq g a a FC Fq Fq cos(g-a) g-a FC cosa I1 I2 A A Hình 2.15. Cơ cấu chỉ thị lôgômét điện động Phần động ta mắc thêm một khung dây 2 nữa gắn chặt với khung dây 1 chéo nhau một góc g (hình 2.15). Khi có dòng điện I chạy vào cuộn tĩnh A, dòng điện I1, I2 chạy vào hai cuộn động B thì ở cuộn động B1 sinh ra mômen quay Mq. Mômen này do thành phần lực Fqcos (g - a) sinh ra. Do vậy mômen này sẽ có dạng. Mq = II1 cos (I,I1) cos (g -a) . Tương tự ở cuộn B2 sinh ra mômen cản Mc. Mômen này do thành phần lực Fc.cosa sinh ra. Do vậy mômen này có dạng. Mc = II2 cos (I,I2) cosa . Ở vị trí cân bằng ta có: Mq = Mc; tức là: II1cos (I,I1) cos (g -a)= II2 cos (I,I2)cosa.. Người ta cố gắng điều chỉnh vị trí các cuộn dây và chế tạo chúng giống nhau sao cho: = thì lúc đó ta có: Từ đó suy ra: a = F (2.21) Trường hợp khi cos (I,I1) = cos (I,I2) = 1 (nghĩa là giữa cuộn tĩnh và cuộn động không có sự lệch pha) thì lúc đó a = F (I1/I2). Kết quả này giống với lôgômét từ điện. Như vậy a tỉ lệ với tỉ số hai dòng điện và góc lệch pha do vậy cơ cấu được dùng để chế tạo các dụng cụ đo các đại lượng thụ động như pha kế, tần số kế, điện dung kế v.v... trong đó sự biến động của nguồn cung cấp không ảnh hưởng đến kết quả đo. g) Cơ cấu chỉ thị sắt điện động. Để khắc phục nhược điểm của cơ cấu điện động như từ trường bản thân yếu, mômen quay nhỏ và chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài người ta cho thêm mạch từ ở cuộn dây tĩnh, gọi là cơ cấu chỉ thị sắt điện động (h.2.16). Hình 2.16. Cơ cấu chỉ thị sắt điện động Trong đó cuộn dây tĩnh 1, mạch từ 3 để tạo ra từ trường trong khe hở làm việc, khung quay 2 gắn với trục quay kim chỉ thị, lò xo phản và bộ phận cản dịu. Nguyên lý làm việc của cơ cấu đo này tương tự như cơ cấu đo điện động. Nhờ có lõi thép, cơ cấu này có độ nhạy cao, ít chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài, mômen quay lớn. Tuy nhiên độ chính xác thấp vì có sai số do hiện tượng dòng xoáy, từ trễ ... khi đo điện một chiều sẽ có sai số từ dư lớn. Hình 2.17. Cơ cấu chỉ thị tĩnh điện b) 2 Cơ cấu chỉ thị sắt điện động chủ yếu được chế tạo thành các loại Wátmet, Ampemét, Vônmét... xoay chiều tần số từ 10Hz đến 1,5KHz, cấp chính xác 1,5 ¸ 2,5. 2.1.5. Cơ cấu chỉ thị tĩnh điện a) Cơ cấu và nguyên lý làm việc. Cơ cấu tĩnh điện dựa trên sự tác động lẫn nhau giữa hai hay nhiều vật thể tích điện. ít nhất một trong các vật thể đó là phần động và sự chuyển dịch của nó gây nên sự thay đổi năng lượng điện trường tạo bởi các vật thể tích điện ấy. Hình 2.17 Là hai loại thông dụng nhất của cơ cấu chỉ thị tĩnh điện. Hình 2.17a là loại thứ nhất, loại này có hai bản cực tĩnh 1 ở giữa hai bản cực ấy là bản cực động 2 được nối với một cực tĩnh bên trái. Điện áp cần đo được đưa vào hai cực tĩnh (tức là cực tĩnh trái và cực động là một cực, còn cực thứ hai là cực tĩnh bên phải). Nhờ vậy mà bản cực động đẩy cực tĩnh trái và hút về phía cực tĩnh phải vì vậy mà điện dung của hệ thống thay đổi. Bản cực động được gắn với kim làm kim quay trên trục quay. Ở cơ cấu thứ hai (H.2.17b) điện dung thay đổi do thay đổi bề mặt của các điện cực (các bản cực) của một hệ thống tụ điện. Phần tĩnh là các bản cực 1 còn phần động là các bản cực 2 được gắn vào trục quay. Trên trục có kim chỉ thị và lò xo phản kháng. Khi đặt vào hai bản cực tĩnh và động một điện áp U, giữa chúng sinh ra một điện trường. Năng lượng điện trường đó được tính bởi công thức sau: We = C C - Điện dung giữa các điện cực. Lực tĩnh điện tác động tương hỗ lên các điện cực tích điện tạo ra mômen quay tác động lên điện cực động làm quay (hoặc di chuyển) các điện cực động ở bên trong các điện cực tĩnh. Kết quả là điện tích giữa các bản cực thay đổi, tức là thay đổi điện dung C. Mq = Điện cực động sẽ quay cho đến khi mômen quay bằng mômen cản Mc = D. a. Khi cân bằng ta có: Da = . Suy ra: a = (2.22) b) Đặc tính. Từ biểu thức (2.22) ta suy ra các đặc tính của cơ cấu c