Scheringbrug Meetmetode van Kapasitansie deur gebruikmaking van 'n Scheringbrug

Teorie van die Scheringbrug

Hierdie brug word gebruik om die kapasiteit van die kondensator, dissipasiefaktor en relatiewe permittiwiteit te meet. Laat ons die skakeling van die Scheringbrug oorweeg soos hieronder getoon:
Hier is c1 die onbekende kapasiteit waarvan die waarde bepaal moet word, met reeksweerstand r1.

c2 is 'n standaardkondensator.
c4 is 'n veranderlike kondensator.
r3 is 'n suiwer weerstander (d.w.s. nie induktief in aard nie).
En r4 is 'n veranderlike nie-induktiewe weerstand wat parallel met die veranderlike kondensator c4 verbonden is. Die voorsiening word nou tussen die punte a en c gegee. Die detector is tussen b en d verbonden. Volgens die teorie van ac-brûe het ons by balansstoestand,

Deur die waardes van z1, z2, z3 en z4 in die bovereenvloeiende vergelyking in te stel, kry ons

Deur die werklike en denkbeeldige dele te vergelyk en te skei, kry ons,

Laat ons die fasordiagram van die bovermelde Scheringbrugskakeling oorweeg en die spanningsval oor ab, bc, cd en ad as e1, e3, e4 en e2 onderskeidelik merk. Vanuit die bovermelde Scheringbrugfasordiagram kan ons die waarde van tanδ bereken, wat ook bekend staan as die dissipasiefaktor.

Die vergelyking wat ons hierbo afgelei het, is baie eenvoudig en die dissipasiefaktor kan maklik bereken word. Ons gaan nou die hoëspanning Scheringbrug in detail bespreek. Soos ons bespreek het, word die eenvoudige Scheringbrug (wat lae spannings gebruik) gebruik om dissipasiefaktor, kapasiteit en ander eienskappe van insuleermateriaal soos insuleerolie ens. te meet. Wat is die noodsaaklikheid van 'n hoëspanning Scheringbrug? Die antwoord op hierdie vraag is baie eenvoudig, vir die meet van klein kapasiteite is dit nodig om hoëspanning en hoë frekwensies toe te pas, in vergelyking met lae spannings wat baie nadele het. Laat ons meer kenmerke van hierdie hoëspanning Scheringbrug bespreek:

1. Die brugarmme ab en ad bestaan slegs uit kondensators soos in die brug hieronder getoon, en die impedansies van hierdie twee armme is baie groot in vergelyking met die impedansies van bc en cd. Die armme bc en cd bevat die weerstand r3 en die parallel kombinasie van kondensator c4 en weerstand r4 onderskeidelik. Aangesien die impedansies van bc en cd baie klein is, is die val oor bc en cd klein. Die punt c is afgelaai, sodat die spanning oor bc en dc 'n paar volt bo die punt c is.

2. Die hoë spanning word verkry vanaf 'n transformator 50 Hz en die detector in hierdie brug is 'n trilling galwanomeeter.

3. Die impedansies van armme ab en ad is baie groot, daarom trek hierdie skakeling min stroom, dus is die kragverlies laag, maar as gevolg hiervan het ons 'n baie sensitiewe detector nodig om hierdie min stroom te detecteer.

4. Die vaste standaardkondensator c2 het ingedrukte gas wat as dielektrik funksioneer, daarom kan die dissipasiefaktor vir ingedrukte lug as nul geneem word. Afgelaai skerms is tussen die hoë en lae armme van die brug geplaas om foute veroorsaak deur interkapasiteit te voorkom.

Laat ons kyk hoe die Scheringbrug die relatiewe permittiwiteit meet: Om die relatiewe permittiwiteit te meet, moet ons eers die kapasiteit van 'n klein kondensator met die monster as dielektrik meet. En vanuit hierdie gemete waarde van kapasiteit kan die relatiewe permittiwiteit maklik bereken word deur gebruik te maak van die baie eenvoudige verhouding:

Waar, r is die relatiewe permeabiliteit.
c is die kapasiteit met die monster as dielektrik.
d is die afstand tussen die elektrodes.
A is die netto area van die elektrodes.
en ε is die permittiwiteit van vry ruimte.
Daar is 'n ander manier om die relatiewe permittiwiteit van die monster te bereken deur die elektrodeafstand te verander. Laat ons die diagram hieronder oorweeg

Hier is A die area van die elektrode.
d is die dikte van die monster.
t is die gaping tussen die elektrode en die monster (hier is hierdie gaping gevul met ingedrukte gas of lug).
cs is die kapasiteit van die monster.
co is die kapasiteit as gevolg van die afstand tussen die elektrode en die monster.
c is die effektiewe kombinasie van cs en co.

Vanuit die figuur hierbo, aangesien twee kondensators in reeks verbonden is,

εo is die permittiwiteit van vry ruimte, εr is die relatiewe permittiwiteit, wanneer ons die monster verwyder en die afstand herstel om dieselfde waarde van kapasiteit te hê, verminder die uitdrukking vir kapasiteit tot

Deur (1) en (2) gelyk te stel, kry ons die finale uitdrukking vir εr as: