Schering Bridge Měření kapacity pomocí Scheringova mostu

Scheringova teorie mostu

Tento most se používá k měření kapacity kondenzátoru, faktoru rozptylu a měření relativní permitivity. Podívejme se na okruh Scheringův most Jak je ukázáno níže:

Zde, c₁ je neznámá kapacita, jejíž hodnota je určena sériovým elektrickým odporem r₁.

C₂ je standardní kondenzátor.
C₄ je variabilní kondenzátor.
r₃ je čistý odpor (tj. není induktivní povahy).
A r₄ je proměnný neinduktivní odpor spojený paralelně s proměnným kondenzátorem c₄. Nyní je dodáván most mezi body a a c. Detektor je připojen mezi b a d. Z teorie ac mostů máme v rovnováze stav,

Nahrazení hodnot z₁, z₂, z₃ a z₄ ve výše uvedené rovnici, dostaneme

Vyrovnání skutečných a imaginárních částí a oddělení, které získáme,

Podívejme se na fázorový diagram výše uvedeného okruhu Shering a označme poklesy napětí přes ab, bc, cd a ad jako e₁, e₃,E₄ a e₂ resp. Z výše uvedeného scheringového můstkového fázorového diagramu můžeme vypočítat hodnotu tanδ, která se nazývá také rozptylovací faktor.

Rovnice, kterou jsme odvodili výše, je dostjednoduchý a rozptylový faktor lze snadno vypočítat. Nyní budeme diskutovat o vysokém napětí Schering Bridge v detailech. Jak jsme diskutovali, že jednoduchý scheringový můstek (který používá nízké napětí) se používá pro měření disipačního faktoru, kapacity a měření dalších vlastností izolačních materiálů, jako je izolační olej atd. Co je potřeba vysokonapěťového scheringového můstku? Odpověď na tuto otázku je velmi jednoduchá, pro měření malé kapacity potřebujeme použít vysoké napětí a vysokou frekvenci ve srovnání s nízkým napětím, které trpí mnoha nevýhodami. Projděte si další funkce tohoto vysokonapěťového Schering Bridge:

1. Mostové rameno ab a ad se skládá pouze zkondenzátory, jak je ukázáno níže uvedený most a impedance těchto dvou ramen jsou poměrně velké ve srovnání s impedancemi bc a cd. Ramena bc a cd obsahují rezistor r₃ a paralelní kombinace kondenzátoru c₄ a odpor r₄ resp. Jelikož impedance bc a cd jsou poměrně malé, pak pokles přes bc a cd je malý. Bod c je uzemněn, takže napětí přes bc a dc je několik voltů nad bodem c.
2. Napájení vysokého napětí je dosaženo z transformátoru 50 Hz a detektor v tomto můstku je vibrační galvanometr.
3. Impedance zbraní ab a ad jsou velmi velképroto tento obvod čerpá nízký proud, takže ztráta výkonu je nízká, ale kvůli tomuto nízkému proudu potřebujeme velmi citlivý detektor k detekci tohoto nízkého proudu.
4. Pevný standardní kondenzátor c₂ má stlačený plyn, který funguje jako dielektrikumproto může být ztrátový faktor považován za nulový pro stlačený vzduch. Uzemněné obrazovky jsou umístěny mezi vysokými a dolními rameny mostu, aby se zabránilo chybám způsobeným mezitím kapacity.

Podívejme se, jak měří Scheringův mostrelativní permitivita: Aby bylo možné měřit relativní permitivitu, musíme nejprve měřit kapacitu malého kondenzátoru se vzorkem jako dielektrika. A z této měřené hodnoty kapacity relativní permitivity lze snadno vypočítat pomocí velmi jednoduchého vztahu:

Kde r je relativní propustnost.
c je kapacita se vzorkem jako dielektrika.
d je vzdálenost mezi elektrodami.
A je čistá plocha elektrod.
a ε je permitivita volného prostoru.
Existuje další způsob, jak vypočítat relativní permitivitu vzorku změnou vzdálenosti elektrody. Vezměme v úvahu níže uvedený diagram

Zde A je oblast elektrody.
d je tloušťka vzorku.
t je mezera mezi elektrodou a vzorkem (zde se tato mezera naplní stlačeným plynem nebo vzduchem).
C_s je kapacita vzorku.
C_Ó je kapacita v důsledku vzdálenosti mezi elektrodou a vzorkem.
c je účinná kombinace c_s a c_Ó.

Z výše uvedeného obrázku, jelikož dva kondenzátory jsou zapojeny do série,

e_Ó je permitivita volného prostoru, ε_r je relativní permitivita, když odstraníme vzorek a rozteč nastavený tak, aby měla stejnou hodnotu kapacity, výraz pro kapacitu se zmenšuje na

Na rovnici (1) a (2) získáme konečný výraz pro ε_r tak jako: