Ηλεκτρόμετρο - τι είναι; Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι, που κυμαίνονται από σπάνια χειροποίητα μηχανικά εργαλεία έως συσκευές ακριβείας. Τα σύγχρονα ηλεκτρόμετρα και άλλες συσκευές μέτρησης συναρμολογούνται χρησιμοποιώντας τεχνολογία σωλήνα κενού ή στερεάς κατάστασης. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση της τάσης και τη φόρτιση με πολύ χαμηλά ρεύματα διαρροής, έως και 1 femtoamp. Το ηλεκτροσκόπιο είναι μια απλούστερη συσκευή. Λειτουργεί με παρόμοιες αρχές, αλλά δείχνει μόνο τις σχετικές τιμές στρες. Τι μετράει ένα ηλεκτρόμετρο και άλλα όργανα;
Ιστορικό αυτής της συσκευής
Ο πρώτος δυναμικός μετρητής μπορεί να ονομαστεί "Πρώιμο τετράγωνο" ή απλά "Τετράγωνο". Αν και ο όρος αναφερόταν τελικά στην έκδοση Kelvin, χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά για να περιγράψει μια απλούστερη συσκευή. Τι μετρά ένα ηλεκτρόμετρο και από τι αποτελείται;
Κατασκευάζεται από έναν όρθιο κορμό δέντρου στον οποίο είναι στερεωμένο ένα ημικύκλιο από ελεφαντόδοντο. Μια ελαφριά μπάλα από φελλό κρέμεται από το κέντρο σε έναν μεντεσέ. Όταν το όργανοτοποθετημένο σε φορτισμένο σώμα, το στέλεχος συμμετέχει και απωθεί τη μπάλα από φελλό. Η ποσότητα της απώθησης μπορεί να διαβαστεί από ένα βαθμονομημένο ημικύκλιο, αν και η μετρούμενη γωνία δεν είναι ευθέως ανάλογη με το φορτίο. Οι πρώτοι εφευρέτες ήταν ο William Henley και ο Horace-Benedict de Saussure.
Και ποιος ήταν ο "πρωτοπόρος" των ηλεκτροσκοπίων;
Και το ηλεκτροσκόπιο και το ηλεκτρόμετρο - τι είναι και ποιο ήταν καλύτερο; Το πρώτο ηλεκτροσκόπιο με φύλλα χρυσού ήταν μακράν το πρώτο. Μια τέτοια συσκευή μπορεί να βρεθεί στον πραγματικό κόσμο σε ορισμένα επιστημονικά συνέδρια, αλλά γενικά έχει αντικατασταθεί από μια πιο προηγμένη τεχνολογικά έκδοση παντού. Σε αντίθεση με το ηλεκτρόμετρο, έπαιζε συχνότερα τον ρόλο ενός αισθητήρα παρά ενός οργάνου μέτρησης.
Το ίδιο το όργανο αποτελείται από δύο λεπτά φύλλα χρυσού φύλλου που αιωρούνται από ένα ηλεκτρόδιο. Όταν φορτίζεται με επαγωγή ή επαφή, τα φύλλα αποκτούν τα ίδια ηλεκτρικά φορτία και απωθούνται μεταξύ τους λόγω της δύναμης Coulomb. Ο διαχωρισμός τους είναι ένας άμεσος δείκτης της συσσωρευμένης καθαρής ενέργειας. Κομμάτια από αλουμινόχαρτο μπορούν να κολληθούν στο γυαλί απέναντι από τα φύλλα, έτσι ώστε όταν τα φύλλα χωριστούν τελείως, να πέσουν στο έδαφος. Τα πέταλα μπορούν να κλειστούν σε γυάλινο «φάκελο» για να τα προστατεύουν από ρεύματα. Για την ελαχιστοποίηση της διαρροής φορτίου, αυτός ο φάκελος είναι μονωμένος. Μια άλλη αιτία διαρροής είναι η ιονίζουσα ακτινοβολία, επομένως το ηλεκτρόμετρο πρέπει να περιβάλλεται από μια ασπίδα μολύβδου για να την αποτρέψει.
Το όργανο αναπτύχθηκε τον 18ο αιώνα από αρκετούςερευνητές, συμπεριλαμβανομένων των Abraham Bennett και Alessandro Volta.
Μοντέλα από Peltier και Bonenberger
Η συσκευή μέτρησης Bonenberg αποτελείται από ένα μόνο φύλλο χρυσού που αιωρείται κάθετα μεταξύ μιας ανόδου και μιας καθόδου ξηρού πασσάλου. Οποιοδήποτε φορτίο μεταδίδεται στο φύλλο χρυσού το αναγκάζει να κινηθεί προς τον έναν ή τον άλλο πόλο. Τι μετράει το ηλεκτρόμετρο Bonenberg; Το πρόσημο του φορτισμένου σωματιδίου, καθώς και η κατά προσέγγιση τιμή του.
Το ηλεκτρόμετρο Peltier χρησιμοποιεί μια μορφή μαγνητικής πυξίδας για τη μέτρηση της παραμόρφωσης εξισορροπώντας τη στατική δύναμη με μια μαγνητική βελόνα.
Σύγχρονες συσκευές
Το σύγχρονο ηλεκτρόμετρο είναι ένα εξαιρετικά ευαίσθητο βολτόμετρο του οποίου η σύνθετη αντίσταση εισόδου είναι τόσο μεγάλη που το ρεύμα που ρέει σε αυτό μπορεί να θεωρηθεί μηδενικό για τις περισσότερες καθημερινές εφαρμογές.
Τι μετράει ένα ηλεκτρόμετρο και ποια είναι η αντίστασή του; Η πραγματική τιμή της αντίστασης εισόδου για σύγχρονες συσκευές είναι περίπου 10 ohms, σε σύγκριση με 1010 ohms για τα νανοβολτόμετρα. Λόγω της εξαιρετικά υψηλής σύνθετης αντίστασης εισόδου, πρέπει να ληφθούν υπόψη ειδικά σχεδιαστικά κριτήρια για να αποφευχθεί η διαρροή ρεύματος.
Μεταξύ άλλων χρήσεων, τα ηλεκτρόμετρα χρησιμοποιούνται σε πειράματα πυρηνικής φυσικής επειδή είναι σε θέση να μετρήσουν τα μικροσκοπικά φορτία που αφήνονται στην ύλη όταν διέρχεται ιονίζουσα ακτινοβολία. Η πιο κοινή εφαρμογή των σύγχρονων συσκευών είναι η μέτρηση της ακτινοβολίας με χρήση θαλάμων ιονισμού σε όργανα όπως μετρητές. Geiger.
Ηλεκτρόμετρο βαλβίδας
Οι εκδόσεις βαλβίδας χρησιμοποιούν έναν εξειδικευμένο σωλήνα κενού με πολύ υψηλό κέρδος και σύνθετη αντίσταση εισόδου. Το ρεύμα εισόδου μπορεί να ρέει στο πλέγμα σύνθετης αντίστασης και η τάση που δημιουργείται με αυτόν τον τρόπο ενισχύεται πολύ στο κύκλωμα ανόδου (πλάκας). Οι βαλβίδες που έχουν σχεδιαστεί για χρήση με ηλεκτρόμετρα έχουν ρεύματα διαρροής μόνο λίγων femtoamp (10-15 amp). Ο χειρισμός αυτών των βαλβίδων πρέπει να γίνεται με χέρια με γάντια, καθώς τα άλατα που παραμένουν στο γυάλινο περίβλημα μπορούν να δημιουργήσουν διαδρομές διαρροής για αυτά τα μικροσκοπικά ρεύματα.
Σε ένα εξειδικευμένο κύκλωμα που ονομάζεται "ανεστραμμένη τρίοδος", οι ρόλοι της ανόδου και του πλέγματος αντιστρέφονται. Αυτό τοποθετεί το στοιχείο ελέγχου όσο το δυνατόν πιο μακριά από την περιοχή φορτίου χώρου που περιβάλλει το νήμα, ελαχιστοποιώντας τον αριθμό των ηλεκτρονίων που συλλέγονται από το κύκλωμα ελέγχου και ελαχιστοποιώντας έτσι το ρεύμα εισόδου.
Τα πιο προηγμένα ηλεκτρόμετρα
Τα περισσότερα σύγχρονα όργανα μέτρησης αποτελούνται από έναν ενισχυτή στερεάς κατάστασης που χρησιμοποιεί ένα ή περισσότερα FET, συνδέσεις για τη σύνδεση εξωτερικών συσκευών μέτρησης και συνήθως μια σύνδεση. Για ένα ηλεκτρόμετρο στερεάς κατάστασης, η φωτογραφία φαίνεται παραπάνω.
Ο ενισχυτής ενισχύει ένα μικρό ρεύμα για να διευκολύνει τη μέτρησή του. Οι εξωτερικές συνδέσεις είναι συνήθως ομοαξονικού ή τριαξονικού σχεδιασμού και επιτρέπουν την εγκατάσταση διόδων ή θαλάμων ιονισμού για τη μέτρηση της ιονίζουσας ακτινοβολίας. Οι συνδέσεις με μια οθόνη ή εξοπλισμό καταγραφής δεδομένων επιτρέπουν στο χρήστη να προβάλλει δεδομένα ή να καταγράφει δεδομένα για μεταγενέστερη ανάλυση.
Τα ηλεκτρόμετρα που έχουν σχεδιαστεί για χρήση με θαλάμους ιονισμού μπορεί να περιλαμβάνουν τροφοδοτικό υψηλής τάσης που χρησιμοποιείται επίσης για την πόλωση του θαλάμου ιονισμού.
