Elektrometer – čo to je? Existuje mnoho rôznych typov, od vzácnych ručne vyrábaných mechanických nástrojov až po presné zariadenia. Moderné elektromery a iné meracie prístroje sa montujú pomocou vákuovej trubice alebo technológie v pevnej fáze. Môžu byť použité na meranie napätia a nabíjania s veľmi nízkymi zvodovými prúdmi až do 1 femtoampéra. Elektroskop je jednoduchšie zariadenie. Funguje na podobných princípoch, ale zobrazuje len relatívne hodnoty napätia. Čo meria elektrometer a iné prístroje?
História tohto zariadenia
Úplne prvý potenciálny meter možno nazvať „Skorý štvorec“alebo jednoducho „Štvorec“. Hoci tento výraz v konečnom dôsledku odkazoval na Kelvinovu verziu, prvýkrát sa použil na označenie jednoduchšieho zariadenia. Čo meria elektromer a z čoho pozostáva?
Je vyrobený zo vzpriameného kmeňa stromu, ku ktorému je pripevnený polkruh zo slonoviny. Ľahká korková guľa visí zo stredu na pánte. Keď nástrojumiestnený na nabitom tele sa stonka zúčastňuje a odpudzuje korkovú guľu. Veľkosť odpudzovania sa dá odčítať z deleného polkruhu, hoci nameraný uhol nie je priamo úmerný náboju. Medzi prvých vynálezcov patrili William Henley a Horace-Benedict de Saussure.
A kto bol „priekopníkom“elektroskopov?
A elektroskop a elektrometer – čo to je a ktorý z nich bol lepší? Úplne prvý elektroskop so zlatými listami bol zďaleka úplne prvý. Takéto zariadenie možno nájsť v reálnom svete na niektorých vedeckých konferenciách, no vo všeobecnosti ho všade nahradila technologicky vyspelejšia verzia. Na rozdiel od elektrometra plnil častejšie úlohu senzora ako meracieho prístroja.
Samotný prístroj pozostáva z dvoch tenkých plátov zlatej fólie zavesenej na elektróde. Keď sa nabije indukciou alebo kontaktom, listy získajú rovnaké elektrické náboje a navzájom sa odpudzujú v dôsledku Coulombovej sily. Ich oddelenie je priamym indikátorom akumulovanej čistej energie. Kusy cínovej fólie je možné nalepiť na sklo oproti listom, takže keď sú listy úplne od seba, môžu spadnúť do zeme. Okvetné lístky môžu byť uzavreté v sklenenej "obálke", aby boli chránené pred prievanom. Aby sa minimalizoval únik náboja, je tento obal izolovaný. Ďalšou príčinou úniku je ionizujúce žiarenie, takže elektromer musí byť obklopený oloveným štítom, aby sa tomu zabránilo.
Nástroj vyvinuli v 18. storočí viacerívýskumníci vrátane Abrahama Bennetta a Alessandra Voltu.
Modely od Peltiera a Bonenbergera
Meracie zariadenie Bonenberg pozostáva z jedného zlatého plátu zaveseného vertikálne medzi anódou a suchou vlasovou katódou. Akýkoľvek náboj odovzdaný plátkovému zlatu spôsobí, že sa posunie k jednému alebo druhému pólu. Čo meria Bonenbergov elektromer? Znamienko nabitej častice, ako aj jej približná hodnota.
Peltierov elektrometer využíva formu magnetického kompasu na meranie vychýlenia vyrovnávaním statickej sily pomocou magnetickej strelky.
Moderné zariadenia
Moderný elektrometer je vysoko citlivý voltmeter, ktorého vstupná impedancia je taká veľká, že prúd, ktorý do neho prúdi, možno považovať za nulový pre väčšinu každodenných aplikácií.
Čo meria elektromer a aký je jeho odpor? Skutočná hodnota vstupného odporu pre moderné zariadenia je asi 1014 ohmov v porovnaní s 1010 ohmov pre nanovoltmetre. Kvôli extrémne vysokej vstupnej impedancii je potrebné brať ohľad na špeciálny dizajn, aby sa zabránilo úniku prúdu.
Elektrometre sa okrem iného používajú v experimentoch jadrovej fyziky, pretože sú schopné merať drobné náboje, ktoré zostávajú v hmote pri prechode ionizujúceho žiarenia. Najčastejšou aplikáciou moderných prístrojov je meranie žiarenia pomocou ionizačných komôr v prístrojoch ako sú počítadlá. Geiger.
Ventilový elektromer
Verzie ventilov používajú špecializovanú vákuovú elektrónku s veľmi vysokým ziskom a vstupnou impedanciou. Vstupný prúd môže tiecť do impedančnej mriežky a takto vzniknuté napätie je značne zosilnené v anódovom (doskovom) obvode. Ventily určené na použitie s elektromermi majú zvodové prúdy len niekoľko femtoampérov (10-15 ampérov). S týmito ventilmi by sa malo manipulovať rukami v rukaviciach, pretože soli zostávajúce na sklenenom obale môžu vytvárať únikové cesty pre tieto malé prúdy.
V špecializovanom obvode nazývanom „obrátená trióda“sú úlohy anódy a mriežky obrátené. Toto umiestni ovládací prvok čo najďalej od oblasti priestorového náboja obklopujúceho vlákno, čím sa minimalizuje počet elektrónov zhromaždených riadiacim obvodom a tým sa minimalizuje vstupný prúd.
Najpokročilejšie elektromery
Väčšina moderných meracích prístrojov pozostáva z polovodičového zosilňovača s použitím jedného alebo viacerých FET, prípojok na pripojenie externých meracích zariadení a zvyčajne z prípojky. Pre polovodičový elektromer je fotografia zobrazená vyššie.
Zosilňovač zosilňuje malý prúd, aby sa dal ľahšie merať. Vonkajšie pripojenia sú zvyčajne koaxiálne alebo triaxiálne a umožňujú inštaláciu diód alebo ionizačných komôr na meranie ionizujúceho žiarenia. Pripojenie k displeju alebo zariadeniu na zaznamenávanie údajov umožňuje používateľovi prezerať údaje alebo zaznamenávať údaje na neskoršiu analýzu.
Elektrometre navrhnuté na použitie s ionizačnými komorami môžu obsahovať vysokonapäťový zdroj napájania, ktorý sa tiež používa na predpätie ionizačnej komory.
