قياس سعة كهربائية باستخدام جسر شيرينج
نظرية جسر شيرينج
يُستخدم هذا الجسر لقياس السعة للمكثف، عامل التشتت وقياس النسبية الكهربائية. دعونا نعتبر دائرة جسر شيرينج كما هو موضح أدناه:
هنا، c1 هي السعة غير المعروفة التي يجب تحديد قيمتها مع المقاومة الكهربائية المتسلسلة r1.
c2 هي مكثف قياسي.
c4 هي مكثف متغير.
r3 هي مقاومة خالصة (أي ليست ذات طابع مغناطيسي).
وr4 هي مقاومة متغيرة غير مغناطيسية متصلة بالتوازي مع مكثف متغير c4. الآن يتم تزويدها بالتيار الكهربائي للجسر بين النقاط a و c. يتم توصيل المحدد بين b و d. من نظرية جسور التيار المتردد لدينا عند حالة التوازن،
بالتعويض عن قيم z1, z2, z3 و z4 في المعادلة أعلاه، نحصل على
من خلال تساوي الأجزاء الحقيقية والتخيلية وفصلها نحصل على،
دعونا نعتبر الرسم البياني الفازوري للدائرة أعلاه ونحدد انخفاضات الجهد عبر ab,bc,cd و ad كـ e1, e3,e4 و e2 على التوالي. من خلال الرسم البياني الفازوري لأعلى جسر شيرينج، يمكننا حساب قيمة tanδ والتي تُعرف أيضًا باسم عامل التشتت.
المعادلة التي اشتققناها أعلاه بسيطة ويمكن حساب عامل التشتت بسهولة. الآن سنناقش جسر شيرينج ذو الجهد العالي بمزيد من التفصيل. كما ناقشنا أن جسر شيرينج البسيط (الذي يستخدم جهودًا منخفضة) يستخدم لقياس عامل التشتت والسعة وقياس خصائص أخرى من المواد العازلة مثل الزيوت العازلة وما إلى ذلك. ما هو الحاجة لجسر شيرينج ذو الجهد العالي؟ الإجابة على هذا السؤال بسيطة، لقياس السعة الصغيرة نحتاج إلى تطبيق جهد عال وتواتر عال مقارنة بالجهد المنخفض الذي يعاني من العديد من العيوب. دعنا نناقش المزيد من الخصائص لهذا جسر شيرينج ذو الجهد العالي:
تحتوي الذراعان ab و ad فقط على مكثفات كما هو موضح في الجسر أدناه ويكون عمق هذه الذراعين كبيرًا مقارنة بعمق bc و cd. تحتوي الذراعان bc و cd على المقاومة r3 ومجموعة التوازي من المكثف c4 ومقاومة r4 على التوالي. بما أن عمق bc و cd صغير جدًا فإن الانخفاض عبر bc و cd يكون صغيرًا. يتم تأريض النقطة c بحيث يكون الجهد عبر bc و dc بضع فولتات فوق النقطة c.
يتم الحصول على الجهد العالي من محول 50 هرتز والمحدد في هذا الجسر هو غالفانومتر الاهتزاز.
بما أن عمق الذراعين ab و ad كبير جدًا فإن هذه الدائرة تستهلك تيارًا منخفضًا وبالتالي تكون خسارة الطاقة منخفضة ولكن بسبب هذا التيار المنخفض نحتاج إلى محدد حساس جدًا لكشف هذا التيار المنخفض.
المكثف القياسي الثابت c2 يحتوي على غاز مضغوط يعمل كعازل وبالتالي يمكن اعتبار عامل التشتت صفراً للهواء المضغوط. يتم وضع شاشات متأرضة بين الذراعين العالي والمنخفض من الجسر لمنع الأخطاء الناجمة عن السعة بين الذراعين.
دعونا ندرس كيف يقيس جسر شيرينج النسبية الكهربائية: لقياس النسبية الكهربائية، نحتاج أولاً إلى قياس سعة مكثف صغير مع العينة كعازل. ومن خلال هذا القيمة المقاسة للسعة يمكن حساب النسبية الكهربائية بسهولة باستخدام العلاقة البسيطة جدًا:
حيث، r هي النسبية المغناطيسية.
c هي السعة مع العينة كعازل.
d هي المسافة بين الأقطاب.
A هي المساحة الصافية للأقطاب.
وε هي النسبية الكهربائية للفراغ.
هناك طريقة أخرى لحساب النسبية الكهربائية للعينة بتغيير المسافة بين الأقطاب. دعنا نعتبر الرسم البياني الموضح أدناه
هنا A هي مساحة القطب.
d هي سمك العينة.
t هي الفجوة بين القطب والعينة (هنا يتم ملء هذه الفجوة بالغاز المضغوط أو الهواء).
cs هي سعة العينة.
co هي السعة بسبب المسافة بين القطب والعينة.
c هي التركيب الفعال لـ cs و co.
من الشكل أعلاه، حيث يوجد مكثفان متصلان بشكل متسلسل،
εo هي النسبية الكهربائية للفراغ، εr هي النسبية الكهربائية النسبية، عندما نزيل العينة وتتم إعادة ضبط المسافة لتكون ذات نفس قيمة السعة، فإن التعبير عن السعة يصبح
من خلال تساوي (1) و (2)، سنحصل على التعبير النهائي لـ εr كالتالي:
بيان: احترام الأصلي، المقالات الجيدة تستحق المشاركة، إذا كان هناك انتهاك للحقوق يرجى التواصل لإزالة.
