Електрометрії – що це таке? Існує безліч різних типів, починаючи від раритетних механічних інструментів ручної роботи і закінчуючи високоточними пристроями. Сучасні електрометрії та інші вимірювальні пристрої зібрані на основі вакуумної трубки або твердотільної технології. Вони можуть використовуватися для вимірювання напруги і заряду з дуже малими струмами витоку, аж до 1 фемтоампера. Електроскоп є більш простим пристроєм. Він працює за схожими принципами, але показує тільки відносні величини напруг. А що вимірює електрометрії та інші прилади?
Історія цього пристрою
Самим першим вимірювачем потенціалу можна назвати “Ранній квадратний” або просто “Квадратний”. Хоча цей термін в кінцевому підсумку ставився до версії Кельвіна, він вперше був використаний для опису більш простого пристрою. А що вимірює електрометрії і з чого складається?
Він виготовлений з вертикального стовбура дерева, до якого прикріплений півколо з слонової кістки. З центру на шарнірі висить легкий корковий шар. Коли інструмент поміщається на заряджене тіло, стебло бере участь і відштовхує корковий шар. Величина відштовхування може бути зчитана з градуйованого півкола, хоча виміряний кут не прямо пропорційний заряду. Серед перших винахідників були Вільям Хенлі і Горацій-Бенедикт де Соссюр.
А хто ж був “піонером” у электроскопов?
А електроскоп і електрометрії – що це таке і хто з них був краще? Самий перший електроскоп з золотим листом був однозначно найпершим. Такий пристрій можна зустріти в реальному світі на деяких наукових конференціях, але в основному він був повсюдно замінений на більш технологічну версію. На відміну від електрометра, він частіше виконував роль датчика, ніж вимірювального приладу.
Сам інструмент складається з двох тонких листів золотої фольги, підвішених до електрода. Коли він заряджається індукцією або контактом, листя набувають однакові електричні заряди і відштовхують один одного завдяки кулонівському силі. Їх поділ є прямим показником накопиченої чистої енергії. На скло навпроти листя можна наклеїти шматочки олов’яної фольги, щоб, коли листя повністю розходяться, вони могли потрапити в землю. Пелюстки можуть бути укладені в скляний “конверт”, що захистити їх від протягів. Для мінімізації витік заряду даний конверт ізолюють. Ще однією причиною витоку є іонізуюче випромінювання, тому для запобігання її електрометрії повинен бути оточений свинцевим екраном.
Інструмент був розроблений в XVIII столітті кількома дослідниками, серед яких Авраам Беннет і Алессандро Вольта.
Моделі від Пельтьє і Боненбергера
Вимірювальний пристрій Боненберга складається з одного золотого листа, підвішеного вертикально між анодом і катодом сухого ворсу. Будь-який заряд, який передається сусального золота, що змушує його рухатися до одного чи іншого полюсу. Що вимірює електрометрії Боненберга? Знак зарядженої частинки, а також її приблизну величину.
Електрометрії Пельтьє використовує форму магнітного компаса для вимірювання відхилення, врівноважуючи статичну силу з допомогою магнітної голки.
Сучасні пристрої
Сучасний електрометрії – це високочутливий вольтметр, вхідний імпеданс якого настільки великий, що струм, протікаючий в нього, можна вважати рівним нулю для більшості побутових завдань.
Що вимірює електрометрії, і яке у нього опір? Фактичне значення вхідного опору для сучасних пристроїв становить близько 1014 Ом, порівняно з 1010 Ом для нановольтметров. З-за надзвичайно високого вхідного опору, необхідно застосовувати особливі конструктивні рішення, щоб уникнути витоку струму.
Серед інших застосувань, електрометрії використовуються в експериментах з ядерної фізики, оскільки вони здатні вимірювати крихітні заряди, залишені в речовині при проходженні іонізуючого випромінювання. Найбільш поширеним застосуванням сучасних пристроїв, є вимірювання випромінювання з допомогою іонізаційних камер в таких приладах, як лічильники Гейгера.
Клапанний електрометрії
Клапанні версії використовують спеціалізовану вакуумну трубку з дуже високим коефіцієнтом посилення і вхідним опором. Вхідний струм може протікати в импедансную сітку, і генерується таким чином напруга значно посилюється в анодному (пластинчастої) ланцюга. Клапани, призначені для використання з электрометрами, мають струми витоку всього кілька фемтоампер (10-15 ампер). До таких клапанів слід торкатися руками в рукавичках, так як солі, що залишилися на скляній оболонці, можуть створити шляху витоку для цих крихітних струмів.
У спеціалізованій схемою, званої “інвертованим триодом”, роль анода і сітки міняються місцями. Це розміщує керуючий елемент на максимальній відстані від області просторового заряду, навколишнього нитка розжарення, мінімізуючи кількість електронів, зібраних керуючої ланцюгом, і, таким чином, знижуючи до найменшого значення вхідний струм.
Найсучасніші електрометрії
Сучасні вимірювальні прилади складаються з твердотільного підсилювача, використовує один чи кілька польових транзисторів, з’єднань для підключення зовнішніх вимірювальних пристроїв і, як правило, приєднання. Для твердотільного електрометра фото наведено вище.
Підсилювач збільшує невеликий струм для спрощення процедури його вимірювання. Зовнішні з’єднання зазвичай мають коаксіальну або тривісну конструкцію і дозволяють встановлювати діоди або іонізаційні камери для вимірювання іонізуючого випромінювання. Підключення до дисплея або апаратури для реєстрації даних дозволяють користувачеві переглядати дані або записувати їх для подальшого аналізу.
Електрометрії, призначені для використання з іонізаційними камерами, можуть включати в себе високовольтне джерело живлення, який також застосовуються для зміщення іонізаційній камери.
