Устройство конденсатора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Конденсатор. Устройство, принцип действия, емкость конденсатора. Параллельное, последовательное и смешанное соединение конденсаторов

2. Термометр сопротивления. Устройство, типы, градуировки, область применения

3. Основные и дополнительные средства защиты при работе с напряжением до 1000 В

1. Конденсатор. Устройство, принцип действия, емкость конденсатора. Параллельное, последовательное и смешанное соединение конденсаторов

Конденсатором называется устройство, состоящее из двух металлических пластин произвольной формы, разделенных диэлектриком. Простейший конденсатор образуется двумя плоскими пластинами (рис.1, а), между которыми имеется слой изоляции.

Рис. 1. Конденсаторы: а - плоский; б - цилиндрический

Пластины называются обкладками конденсатора. Расстояние между пластинами по сравнению с их линейными размерами ничтожно мало. Если к обкладкам конденсатора приложить постоянное напряжение U, то на них появятся равные по величине, но с противоположным знаком заряды +Q и -Q. Заряды будут накапливаться, что объясняется возникновением электрического поля в диэлектрике конденсатора. Отношение заряда одной из обкладок к приложенному напряжению называется емкостью конденсатора. Емкость обозначается буквой С

S - площадь пластины; l - длина пластины; е_a - абсолютная диэлектрическая проницаемость диэлектрика.

Единицей емкости является фарад (Ф).

В практике чаще используются микрофарады (1мкФ = 10^-6 Ф), пикофарады (1пФ =10^-12 Ф).

Конструкция конденсаторов определяется формой электродов, свойствами диэлектрика и емкостью. На рис 1.2, б показан цилиндрический конденсатор. Емкость цилиндрического конденсатора определяется выражением конденсатор термометр напряжение защита

где l - длина конденсатора; r₁- радиус внутреннего цилиндра; r₂- радиус внешнего цилиндра.

В цилиндрическом конденсаторе радиально направленное поле проявляется между двумя цилиндрическими электродами (возможно, пластинами, изогнутыми по кругу), оси которых совпадают. Чем больше диэлектрическая проницаемость диэлектрика е_a, тем больше емкость конденсатора. Емкость плоского конденсатора можно увеличить также увеличением площади пластин. Однако это увеличивает размеры конденсатора. Увеличить емкость конденсатора позволяет применение станиолевых лент с парафинированной бумагой, скрученных в рулон и помещенных в кожух.

Последовательное соединение. При последовательном соединении конденсаторы присоединяют друг за другом. К первому конденсатору присоединяют второй, ко второму - третий. Последовательное соединение применяется в случае, если напряжение велико и диэлектрик может быть пробит. На рис. 2 показана схема последовательного соединения конденсаторов.

Рис. 2. Последовательное соединение конденсаторов

Напряжение, приложенное к группе конденсаторов, распределяется между конденсаторами обратно пропорционально их емкостям и будет равно сумме напряжений на каждом конденсаторе.

Все последовательно соединенные конденсаторы можно заменить одним эквивалентным конденсатором. Его емкость определяется из соотношения

Обратная величина общей емкости последовательно соединенных конденсаторов равна сумме обратных величин емкостей этих конденсаторов. При трех последовательно соединенных конденсаторах

При двух последовательно соединенных конденсаторах

Если в цепь включены n одинаковых конденсаторов, емкостью С1 каждый, то емкость эквивалентного конденсатора определится выражением:

Из выражения (2.14) видно, что чем больше конденсаторов соединяются последовательно, тем меньше будет их общая емкость.

Параллельное соединение. При параллельном соединении конденсаторов их одноименные обкладки соединяются в две общие точки 1 и 2. К этим же точкам подводится напряжение от источника постоянного тока (рис. 3).

Рис. 3. Параллельное соединение конденсаторов

Значит, напряжение на всех конденсаторах будет одинаковое, равное U. Величина заряда будет пропорциональна его емкости.

Общий заряд для всех конденсаторов

Батарею конденсаторов можно заменить одним эквивалентным конденсатором:

Общий заряд всех параллельно соединенных конденсаторов равен сумме зарядов отдельных конденсаторов. Аналогично:

Емкость эквивалентного конденсатора будет равна сумме емкостей отдельных конденсаторов.

Если включены параллельно п одинаковых конденсаторов емкостью С1 каждый, то общая их емкость будет равна

С = n C1

Смешанное соединение. В схеме смешанного соединения конденсаторов присутствуют элементы последовательного и параллельного соединения.

На рис.4 приведена схема смешанного соединения. К конденсаторам в схеме смешанного соединения подведено напряжение U.

Рис. 4. Смешанное соединение конденсаторов

Конденсаторы С2 и С3 включены параллельно. Их можно заменить эквивалентным конденсатором С2,3. Конденсатор С1 включен последовательно с эквивалентным конденсатором С2,3. На конденсатор С1 приходится напряжение U1, а к конденсаторам С2 и С3 - напряжение U2,3. Используя известные формулы, можно определить параметры каждого конденсатора.

2. Термометр сопротивления. Устройство, типы, градуировки, область применения

Термопреобразователи сопротивления (термометры сопротивления) широко применяют во всех отраслях промышленности для измерения температуры в трубопроводах, технологическом оборудовании, электрических вращающихся машинах, нагревательных печах, а также в производственных помещениях.

Измерение температуры термометрами сопротивления основано на свойстве металлов и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление с изменением температуры. Если известна зависимость R_t= f(t) - градуировочная характеристика между электрическим сопротивлением термопреобразователя сопротивления (R_t) и его температурой (t) то, измерив R_t, можно определить значение температуры среды, в которую он погружен.

Термопреобразователи позволяют надежно измерять температуру в пределах от минус 260 до плюс 1100°С. К металлическим проводникам термопреобразователей сопротивления предъявляется ряд требований, основными из которых являются стабильность градуировочной характеристики, а также ее воспроизводимость, обеспечивающая взаимозаменяемость изготовляемых термопреобразователей сопротивления. Для изготовления стандартизованных термопреобразователей сопротивления в настоящее время применяют платину и медь.

Для примера на рисунке 1 показано устройство платинового терморезистора. В каналах керамической трубки 2 расположены две (или четыре) секции спирали 3 из платиновой проволоки, соединенные между собой последовательно. К концам спирали припаивают выводы 4, используемые для включения терморезистора в измерительную цепь. Крепление выводов и герметизацию керамической трубки производят глазурью 1. Каналы керамической трубки засыпают порошком безводного оксида алюминия, исполняющего роль изолятора и фиксатора платиновой спирали. Порошок безводного оксида алюминия, имеющий высокую теплопроводность и малую теплоемкость, обеспечивает хорошую передачу теплоты и малую инерционность терморезистора. Для защиты терморезистора от механических и химических воздействий внешней среды его помещают в защитную арматуру из нержавеющей стали.

Рис. 1. Устройство термометра сопротивления:

а - конструкция; б - внешний вид;

Принцип действия термопреобразователей сопротивления платиновых (ТСП) и термопреобразователей сопротивления медных (ТСМ) одинаков и основан на свойстве платины или меди, по которым протекает электрический ток, изменять электрическое сопротивление при изменении контролируемой температуры (чем выше температура, тем выше сопротивление). Изменение сопротивления термопреобразователя регистрируется измерительным прибором, шкала которого градуирована в градусах Цельсия. Измерительные приборы, с которыми работают терморезисторы (ТСП и ТСМ), имеют мостовую измерительную схему с автоматическим уравновешиванием (логометр, автоматический мост, измеритель ТРМ).

Включение термометра сопротивления в мостовую схему.

Выпускаются термометры сопротивления следующих номинальных статических характеристик преобразования: платиновые 10П, 50П, 100П, медные 10М, 50М, 100М. Число в условном обозначении характеристики показывает сопротивление термопреобразователя при 0С.

Платиновые преобразователи сопротивления используются для измерения температуры от минус 260 до плюс 1100°С, при этом для диапазона температур от минус 260 до плюс 750°С чувствительный элемент изготовлен из платиновой проволоки диаметром 0,05...0,08 мм, намотанной на слюдяную пластинку с зубчатой нарезкой, и помещен в защитную арматуру, а для измерения температур до 1100°С, в силу распыления платины при этих температурах, диаметр проволоки составляет около 0,5 мм.

Платиновые термопреобразователи сопротивления являются наиболее точными первичными преобразователями, используются в качестве рабочих, образцовых и эталонных термометров в диапазоне температур, где они могут быть использованы.

Недостатком платины является нелинейность функции R_t=f(t) и, кроме того, платина -- очень дорогой металл.

Медь -- один из недорогостоящих металлов, легко получаемых в чистом виде. Медные термопреобразователи сопротивлений предназначены для измерения температуры в диапазоне от минус 50 до плюс 200°С. При более высоких температурах медь активно окисляется и потому не используется. Диаметр медной проволоки обычно 0,1. .0,2 мм, а выводы--из медной луженой проволоки диаметром 1... 1,5 мм.

3. Основные и дополнительные средства защиты при работе с напряжением до 1000 В

Электрозащитное средство - средство защиты от поражения электрическим током, предназначенное для обеспечения электробезопасности. Изолирующие электрозащитные средства делятся на основные и дополнительные.

Основное изолирующее электрозащитное средство - изолирующее электрозащитное средство, изоляция которого длительно выдерживает рабочее напряжение электроустановки и которое позволяет работать на токоведущих частях, находящихся под напряжением

Дополнительное изолирующее электрозащитное средство - изолирующее электрозащитное средство, которое само по себе не может при данном напряжении обеспечить защиту от поражения электрическим током, но дополняет основное средство защиты, а также служит для защиты от напряжения прикосновения и напряжения шага.

К основным изолирующим электрозащитным средствам для электроустановок напряжением до 1000 В относятся:

- изолирующие штанги всех видов;

- изолирующие клещи;

- указатели напряжения;

- электроизмерительные клещи;

- диэлектрические перчатки;

- ручной изолирующий инструмент.

К дополнительным изолирующим электрозащитным средствам для электроустановок напряжением до 1000 В относятся:

- диэлектрические галоши;

- диэлектрические ковры и изолирующие подставки;

- изолирующие колпаки, покрытия и накладки;

- лестницы приставные, стремянки изолирующие стеклопластиковые.

Изолирующие электрозащитные средства рассчитаны на применение в закрытых электроустановках, а в открытых электроустановках - только в сухую погоду. В изморось и при осадках пользоваться ими не допускается.

Размещено на Allbest.ru