Schering Köprüsü ilə Kapasitansın Ölçməsi, Schering Köprüsünü istifadə edərək
Schering Köprüsü Teorisi
Bu köprü, kondansatörün kapasitansını, kayıp faktörünü ve göreceli dielektrik sabitini ölçmek için kullanılır. Aşağıda gösterilen Schering köprüsünün devresini ele alalım:
Burada, c1, belirlenmesi gereken bilinmeyen kapasitans ve seri elektrik direnci r1 ile birlikte bulunur.
c2 standart bir kondansatördür.
c4 değişken bir kondansatördür.
r3 saf bir dirençtir (yani indüktif değildir).
Ve r4, değişken kondansatör c4 ile paralel bağlı değişken bir indüksifsiz dirençtir. Şimdi, köprüye a ve c noktaları arasında besleme verilmiştir. Dedektör, b ve d noktaları arasına bağlanmıştır. AC köprülerin teorisi gereği, denge durumunda,
z1, z2, z3 ve z4 değerlerini yukarıdaki denklemde yerine koyarak, elde ederiz
Gerçek ve sanal kısımları eşitleyerek ve ayırarak elde ederiz,
Yukarıdaki Schering köprü devresinin fazör diyagramını düşünelim ve ab, bc, cd ve ad üzerindenki gerilim düşüşlerini sırasıyla e1, e3, e4 ve e2 olarak işaretleyelim. Yukarıdaki Schering köprü fazör diyagramından, tanδ değerini, yani kayıp faktörünü hesaplayabiliriz.
Üstte türettiğimiz denklem oldukça basittir ve kayıp faktörü kolayca hesaplanabilir. Şimdi yüksek voltajlı Schering köprüsü hakkında detaylı olarak konuşacağız. Düşük voltajlı basit Schering köprüsünün (düşük voltajları kullanır) kayıp faktörü, kapasitans ve yalıtım malzemeleri gibi diğer özelliklerin ölçülmesi için kullanıldığını tartıştık. Yüksek voltajlı Schering köprüsüne ne gerek var? Bu sorunun cevabı oldukça basittir, küçük kapasitansın ölçülmesi için düşük voltaja göre daha yüksek voltaj ve frekans uygulanması gerekmektedir. Yüksek voltajlı Schering köprüsünün daha fazla özelliklerini tartışalım:
Köprü kolları ab ve ad sadece kondansatörlerden oluşur, aşağıdaki köprünün gösterdiği gibi ve bu iki koldaki impedanslar, bc ve cd kollarının impedanslarına kıyasla oldukça yüksektir. Bc ve cd kolları, sırasıyla r3 direnci ve c4 kondansatörü ile r4 direncinin paralel kombinasyonunu içerir. Bc ve cd kollarındaki impedanslar oldukça düşük olduğundan, bu kollar üzerindeki düşüş de küçüktür. Nokta c toprağa bağlanmıştır, bu nedenle bc ve dc arasındaki gerilim, nokta c'den birkaç volt üstündedir.
Yüksek voltajlı besleme, 50 Hz'lik bir transformatörden elde edilir ve bu köprüdeki dedektör, titreşim galvanometresidir.
Ab ve ad kollarındaki impedanslar oldukça büyük olduğundan, bu devre düşük akımı çeker, bu nedenle güç kaybı düşüktür, ancak bu düşük akım nedeniyle çok hassas bir dedektöre ihtiyaç duyarız.
Sabit standart kondansatör c2, sıkıştırılmış gazı dielektrik olarak kullanır, bu nedenle sıkıştırılmış havanın kayıp faktörü sıfır kabul edilebilir. Yüksek ve düşük kollar arasında toprağa bağlanmış ekranlar, aralarındaki kapasitans nedeniyle oluşan hataları önlemek için yerleştirilmiştir.
Schering köprüsünün göreceli dielektrik sabiti nasıl ölçtüğünü inceleyelim: Göreceli dielektrik sabiti ölçmek için, önce örnek materyali dielektrik olarak içeren küçük bir kondansatörün kapasitansını ölçmemiz gerekmektedir. Ve bu ölçülen kapasitans değeriyle göreceli dielektrik sabiti oldukça basit bir ilişkiden kolayca hesaplanabilir:
Burada, r göreceli geçirgenliktir.
c, örneği dielektrik olarak içeren kondansanstır.
d, elektrotlar arasındaki mesafedir.
A, elektrotların net alanıdır.
ve ε serbest uzayın dielektrik sabitidir.
Örnek materyalin göreceli dielektrik sabitini hesaplamanın başka bir yolu, elektrot mesafesini değiştirerek yapılır. Aşağıdaki diyagramı ele alalım
Burada A, elektrot alanıdır.
d, örneğin kalınlığıdır.
t, elektrot ve örnek arasındaki boşluktur (burada bu boşluk sıkıştırılmış gaz veya hava ile doldurulmuştur).
cs, örneğin kapasitansıdır.
co, elektrot ve örnek arasındaki boşluğun kapasitansıdır.
c, cs ve co kombinasyonunun etkili değeridir.
Şekilden, iki kondansatör seride bağlandığından,
εo serbest uzayın dielektrik sabitidir, εr göreceli dielektrik sabitidir, örneği kaldırıp boşluğu yeniden ayarlayarak aynı kapasitans değerini elde ettiğimizde, kapasitans ifadesi şuna indirgenir:
(1) ve (2) denklemlerini eşitlersek, εr için son ifadeyi elde ederiz:
Statement: Orijinali saygıya alın, iyi makaleler paylaşılabilir, eğer telif hakkı ihlali varsa silme isteği yapın.
