Введение
Прибор для измерения электрического заряда, псевдонаучное оборудование, используемое в Саентологии. Электрометр – это электрический прибор для измерения электрического заряда или разности электрических потенциалов. Существует множество различных типов, от исторических механических инструментов ручной работы до высокоточных электронных устройств. Современные электрометры, основанные на вакуумной или твердотельной технологии, могут использоваться для измерения напряжения и заряда с очень малыми токами утечки, вплоть до 1 фемтоампера. Более простой, но связанный с ним прибор – электроскоп – работает по схожим принципам, но лишь указывает на относительную величину напряжения или заряда.
the pseudoscientific equipment used in Scientology
An electrometer is an electrical instrument for measuring electric charge or electrical potential difference. There are many different types, ranging from historical handmade mechanical instruments to high precision electronic devices. Modern electrometers based on vacuum tube or solid state technology can be used to make voltage and charge measurements with very low leakage currents, down to 1 femtoampere. A simpler but related instrument, the electroscope, works on similar principles but only indicates the relative magnitudes of voltages or charges.
Электроскоп из золота
Электроскоп с золотыми листьями был одним из приборов, используемых для обнаружения электрического заряда. Прибор был разработан в XVIII веке несколькими исследователями, среди которых Авраам Беннет (1787 год). Он состоит из вертикального деревянного стебля, к которому прикреплён полукруг из слоновой кости. Из центра свисает лёгкий пробковый шар на оси. Когда прибор помещают на заряженное тело, стебель заряжается и отталкивает пробковый шар. Степень отталкивания можно определить по градуированному полукругу, хотя измеренный угол не находится в прямой пропорциональности с зарядом. К числу ранних изобретателей относятся Уильям Хенли (1770 год) и Гораций Бенедикт де Соссюр.
Кулонский электрометр
Торсион используется для получения измерения, более чувствительного, чем отталкивание золотых листьев или пробковых шариков. Он состоит из стеклянного цилиндра с стеклянной трубкой сверху. В оси трубки находится стеклянная нить, нижний конец которой удерживает пруток из лака, с позолоченным шаром на каждом конце. Через другое отверстие в цилиндре можно ввести другой лаковый стержень с позолоченными шарами. Этот стержень называется несущим. Если нижний шар несущего стержня заряжен при введении его в отверстие, это оттолкнет один из подвижных шаров внутри. Указатель и шкала (не изображены) прикреплены к верхней части скручиваемой стеклянной нити. Число градусов поворота, необходимое для сближения шаров, находится в прямой пропорциональности величине заряда шара несущего стержня. Фрэнсис Рональдс, первый директор обсерватории Кью, внёс важные усовершенствования в торсионные весы Кулона около 1844 года, и модифицированный прибор продавался лондонскими производителями инструментов. Рональдс использовал тонкую подвешенную иглу вместо лакового прутка и заменил несущий стержень фиксированной деталью в плоскости иглы. И игла, и фиксированная деталь были металлическими, как и подвесная нить и окружающая её трубка, что позволяло заряжать иглу и фиксированную деталь непосредственно через проводные соединения. Рональдс также использовал клетку Фарадея и экспериментировал с фотографией для непрерывной регистрации показаний. Он был предшественником квадрантного электрометра Кельвина (описанного ниже).
Электрометр Пелтье
Разработанный Пелтье, прибор использует магнитный компас для измерения отклонения, уравновешивая электростатическую силу и магнитную стрелку.
Электрометр Боненбергера
Электрометр Боненбергера, разработанный Й. Г. Ф. фон Боненбергером на основе изобретения Т. Г. Б. Беренса,
Электрометр притяжения
Также известные как "электрометры с притягивающимся диском", Кельвин использовал схожие фотографические методы для своего квадрантного электрометра (см. выше) в 1860-х годах.
Современные электрометры
Современный электрометр – это высокочувствительный электронный вольтметр, входное сопротивление которого настолько велико, что ток, поступающий в него, можно считать, для большинства практических целей, равным нулю. Фактическое значение входного сопротивления современных электронных электрометров составляет около 10¹⁴ Ом, по сравнению с примерно 10¹⁰ Ом для нановольтметров. Ввиду чрезвычайно высокого входного сопротивления, необходимо учитывать особые конструктивные требования (такие как экранирование с активным управлением и специальные изоляционные материалы) для предотвращения тока утечки. Помимо прочего, электрометры используются в экспериментах по ядерной физике, поскольку они способны измерять малые заряды, остающиеся в веществе после прохождения ионизирующего излучения. Наиболее распространенное применение современных электрометров – измерение излучения с помощью ионизационных камер, в приборах, таких как счетчики Гейгера.
Вибрирующие тростниковые электрометры
Вибрирующие тростниковые электрометры используют переменный конденсатор, образованный между подвижным электродом (в форме вибрирующего тростника) и неподвижным входным электродом. При изменении расстояния между этими электродами изменяется и ёмкость, что приводит к притоку и оттоку электрического заряда из конденсатора. Возникающий при этом потоке заряда переменный ток усиливается и используется как аналог постоянного напряжения, приложенного к конденсатору. Входное сопротивление электрометра для постоянного тока определяется исключительно сопротивлением утечки конденсатора и обычно чрезвычайно высоко (хотя его входное сопротивление для переменного тока ниже). Для удобства использования вибрирующий тростник часто соединяется кабелем с остальной частью электрометра. Это позволяет разместить относительно небольшой блок рядом с измеряемым зарядом, а более крупный блок управления тростником и усилитель – в любом удобном для оператора месте.
Электрометры клапанов
В клапанных электрометрах используется специализированная вакуумная трубка (термионический клапан) с очень высоким коэффициентом усиления (транспроводностью) и входным сопротивлением. Входной ток направляется на сетку с высоким импедансом, и возникающее напряжение значительно усиливается в анодной (пластинковой) цепи. Клапаны, предназначенные для использования в электрометрах, имеют токи утечки, достигающие нескольких фемтоампер (10−15 ампер). С этими клапанами необходимо обращаться в перчатках, поскольку соли, оставшиеся на стеклянной колбе, могут создавать пути утечки для этих незначительных токов. В специализированной схеме, называемой инвертированным триодом, функции анода и сетки меняются местами. Это размещает управляющий электрод на максимальном расстоянии от области пространственного заряда, окружающей нить накала, минимизируя количество электронов, собираемых управляющим электродом, и, следовательно, минимизируя входной ток.
Электрометры твердого состояния
Наиболее современные электрометры состоят из усилителя на твердом теле, использующего один или несколько полевых транзисторов, разъемов для подключения внешних измерительных приборов и, как правило, дисплея и/или разъемов для регистрации данных. Усилитель усиливает малые токи, облегчая их измерение. Внешние разъемы обычно имеют коаксиальную или триаксиальную конструкцию и позволяют подключать диоды или ионизационные камеры для измерения ионизирующего излучения. Дисплей или разъемы для регистрации данных позволяют пользователю просматривать данные или сохранять их для последующего анализа. Электрометры, предназначенные для работы с ионизационными камерами, могут включать в себя источник высокого напряжения, используемый для создания смещения ионизационной камеры. Твердотельные электрометры часто являются многофункциональными приборами, способными измерять напряжение, заряд, сопротивление и ток. Напряжение измеряется методом "балансировки напряжения", при котором входное напряжение сравнивается с внутренним источником опорного напряжения с помощью электронной схемы с очень высоким входным импедансом (порядка 10¹⁴ Ом). Аналогичная схема, модифицированная для работы в качестве преобразователя тока в напряжение, позволяет прибору измерять токи величиной всего несколько фемтоампер. В сочетании с внутренним источником напряжения режим измерения тока может быть адаптирован для измерения очень высоких сопротивлений, порядка 10¹⁷ Ом. Наконец, путем вычисления известной емкости входного терминала электрометра, прибор может измерять очень малые электрические заряды, вплоть до небольшой доли пикокулона.