Elektrométer – mi ez? Sokféle típus létezik, a ritka kézzel készített mechanikus szerszámoktól a precíziós eszközökig. A modern elektrométereket és egyéb mérőeszközöket vákuumcsöves vagy szilárdtest-technológiával szerelik össze. Használhatók feszültség mérésére és töltésére nagyon alacsony szivárgási áram mellett, egészen 1 femtoampig. Az elektroszkóp egy egyszerűbb eszköz. Hasonló elven működik, de csak a relatív feszültségértékeket mutatja. Mit mér egy elektrométer és más műszerek?
Az eszköz előzményei
A legelső potenciálmérőt nevezhetjük „korai négyzetnek” vagy egyszerűen „négyzetnek”. Bár a kifejezés végül a Kelvin-verzióra ut alt, először egy egyszerűbb eszköz leírására használták. Mit mér az elektrométer, és miből áll?
Egy függőleges fatörzsből készül, amelyhez egy elefántcsont félkör csatlakozik. Egy könnyű parafa golyó lóg a közepéről egy zsanéron. Amikor a hangszerfeltöltött testre helyezve a szár részt vesz és taszítja a parafagolyót. A taszítás mértéke egy fokozatos félkörről leolvasható, bár a mért szög nem egyenesen arányos a töltéssel. A korai feltalálók közé tartozott William Henley és Horace-Benedict de Saussure.
És ki volt az elektroszkóp „úttörője”?
És az elektroszkóp és az elektrométer – mi az, és melyik volt jobb? A legelső aranylevelű elektroszkóp messze a legelső volt. Ilyen eszköz a való világban is megtalálható néhány tudományos konferencián, de általában mindenhol egy technológiailag fejlettebb változatra cserélték. Az elektrométertől eltérően ez gyakrabban játszott érzékelő szerepet, mint mérőműszer.
Maga a műszer két vékony aranyfólialapból áll, amelyek egy elektródára vannak felfüggesztve. Amikor indukcióval vagy érintkezéssel töltődik, a levelek ugyanazokat az elektromos töltéseket veszik fel, és taszítják egymást a Coulomb-erő hatására. Elkülönülésük a felhalmozott nettó energia közvetlen mutatója. A levelekkel szemben lévő üvegre ónfóliadarabokat lehet ragasztani, így amikor a levelek teljesen szétesnek, a földbe eshetnek. A szirmokat üveg "borítékba" lehet zárni, hogy megvédje őket a huzattól. A töltésszivárgás minimalizálása érdekében ez a burkolat szigetelt. A szivárgás másik oka az ionizáló sugárzás, ezért az elektrométert ólompajzsnak kell körülvenni a megelőzés érdekében.
A hangszert a 18. században többen fejlesztették kikutatók, köztük Abraham Bennett és Alessandro Volta.
A Peltier és a Bonenberger modelljei
A Bonenberg mérőeszköz egyetlen aranylemezből áll, amely függőlegesen van felfüggesztve egy anód és egy száraz cölöp katód között. Bármilyen töltés, amelyet az aranylevélnek adnak, az egyik vagy a másik pólus felé mozgatja. Mit mér a Bonenberg elektrométer? A töltött részecske előjele, valamint hozzávetőleges értéke.
A Peltier elektrométer egyfajta mágneses iránytűt használ az elhajlás mérésére a statikus erő mágneses tűvel történő kiegyenlítésével.
Modern eszközök
A modern elektrométer egy rendkívül érzékeny voltmérő, amelynek bemeneti impedanciája olyan nagy, hogy a befolyó áram a legtöbb mindennapi alkalmazásban nullának tekinthető.
Mit mér az elektrométer, és mekkora az ellenállása? A modern eszközök bemeneti ellenállásának tényleges értéke körülbelül 1014 ohm, szemben a nanovoltmérők 1010 ohmos értékével. A rendkívül nagy bemeneti impedancia miatt speciális tervezési szempontokat kell alkalmazni az áramszivárgás elkerülése érdekében.
Egyéb felhasználások mellett az elektrométereket is használják magfizikai kísérletekben, mert képesek mérni az anyagban maradó apró töltéseket, amikor az ionizáló sugárzás áthalad rajta. A modern eszközök leggyakoribb alkalmazása a sugárzás mérése ionizációs kamrák segítségével olyan műszerekben, mint a számlálók. Geiger.
Szelepelektrométer
A szelepes változatok speciális vákuumcsövet használnak nagyon nagy erősítéssel és bemeneti impedanciával. A bemeneti áram az impedancia rácsba áramolhat, és az így keletkezett feszültség nagymértékben felerősödik az anód (lemez) áramkörben. Az elektrométerekkel való használatra tervezett szelepek szivárgási árama mindössze néhány femtoamp (10-15 amper). Ezeket a szelepeket kesztyűs kézzel kell kezelni, mivel az üvegburán maradó sók szivárgási utakat hozhatnak létre ezeknek az apró áramoknak.
A „fordított trióda” nevű speciális áramkörben az anód és a rács szerepe felcserélődik. Ez a vezérlőelemet a lehető legtávolabbra helyezi az izzószálat körülvevő tértöltési tartománytól, minimalizálva a vezérlőáramkör által összegyűjtött elektronok számát, és így minimalizálva a bemeneti áramot.
A legfejlettebb elektrométerek
A legtöbb modern mérőműszer egy vagy több FET-et használó szilárdtest-erősítőből, külső mérőeszközök csatlakoztatására szolgáló csatlakozókból és általában egy csatlakozásból áll. Szilárdtest-elektrométer esetén a kép fent látható.
Az erősítő kis áramerősséget erősít, hogy megkönnyítse a mérést. A külső csatlakozások általában koaxiális vagy triaxiális kialakításúak, és lehetővé teszik diódák vagy ionizáló kamrák felszerelését az ionizáló sugárzás mérésére. A kijelzőhöz vagy adatnaplózó berendezéshez való csatlakozás lehetővé teszi a felhasználó számára az adatok megtekintését vagy rögzítését későbbi elemzés céljából.
Az ionizációs kamrákkal való használatra tervezett elektrométerek tartalmazhatnak nagyfeszültségű tápegységet, amelyet az ionizációs kamra előfeszítésére is használnak.
