Scheringi silma meetod kondensaatoride kapatsiteedi mõõtmiseks kasutades Scheringi silma

Scheringi silma teooria

See sild kasutatakse kondensaatoride kapasitiivsuse, dissipeerimisfaktori ja suhtelise permittiivsuse mõõtmiseks. Vaatame järgmist Scheringi silma skemma:
Siin, c1 on tundmatu kapasitiivsus, mille väärtust tuleb määrata koos sarireistendiga r1.

c2 on standardkondensaator.
c4 on muutuv kondensaator.
r3 on puhas reistor (st mitteinduktiivne olemuselt).
Ja r4 on muutuv mitteinduktiivne reistor, mis on ühendatud paralleelselt muutuvaga kondensaatoriga c4. Nüüd toidet antakse silmale punktidest a kuni c. Detektor on ühendatud punktidest b kuni d. AC-silmade teooriast saame tasakaalustatud tingimusel,

Asendades z1, z2, z3 ja z4 väärtused ülaltoodud võrrandisse, saame

Võrdustades reaalseid ja imaginaarseid osi ning neid eraldades, saame,

Vaatame ülejäänud Scheringi silma skeemi fazordiagrammi ja märgime pingevahed ab, bc, cd ja ad vastavalt e1, e3, e4 ja e2. Ülaltoodud Scheringi silma fazordiagrammilt saame arvutada tanδ väärtuse, mida nimetatakse ka dissipeerimisfaktoriga.

Ülaltoodud võrrand on väga lihtne ja dissipeerimisfaktor arvutatakse lihtsalt. Nüüd arutame üksikasjalikult kõrgepinge Scheringi silma. Kui me oleme juba arutanud, et lihtne Scheringi silm (mis kasutab madalaid pingi) kasutatakse dissipeerimisfaktori, kapasitiivsuse ja muude isolatsioonimaterjalide omaduste, nagu isolatsiooniliivi jms, mõõtmiseks. Mida vajame kõrgepinge Scheringi silma jaoks? Vastus selle küsimusele on väga lihtne, väikeste kapasitiivsuste mõõtmiseks vajame kõrgepinge ja kõrget sagedust, võrreldes madalate pingete silmaga, mis kannatab paljude ebatõhususte all. Arutagem rohkem kõrgepinge Scheringi silma omadusi:

1. Silda käte ab ja ad koosnevad ainult kondensaatoridest, nagu näidatud allolevas silmas, ja nende kahe käte impedansid on võrreldes käte bc ja cd impedansidega piisavalt suured. Käte bc ja cd sisaldavad vastavalt reistorit r3 ja paralleelkombinatsiooni kondensaatoriga c4 ja reistoriga r4. Kuna käte bc ja cd impedansid on piisavalt väikesed, siis nende langedus on väike. Punkti c maandatakse, nii et pinge käte bc ja dc on punkti c suhtes paar volt.

2. Kõrge pinge saadetakse 50 Hz  transformaatorist ja selda detektor on vibratsioonigalvaanomeeter.

3. Kuna käte ab ja ad impedansid on väga suured, siis see ring võtab vähe elektrit, seega energiahulka on väike, kuid selle väika voolu tõttu vajame väga tundlikku detektorit, et tuvastada see väike vool.

4. Fikseeritud standardkondensaator c2 sisaldab kompremeeritud gaasi, mis toimib dielektriku rollis, seega dissipeerimisfaktor kompremeeritud õhu puhul võib olla null. Maandatud ekraanid paigutatakse silma kõrgepinge ja madalapinge käte vahel, et vältida veaid, mis tekivad interkondensaatori tõttu.

Vaatame, kuidas Scheringi silm mõõdab suhtelist permittiivsust: Suhtelise permittiivsuse mõõtmiseks peame esmalt mõõdma väikese kondensaatori kapasitiivsust proovispetsimeniga kui dielektrikuna. Ja selle mõõdetud kapasitiivsuse väärtusest saame lihtsalt arvutada suhtelise permittiivsuse väga lihtsa seosega:

Kus, r on suhteline permeabilitas.
c on kondensaatori kapasitiivsus proovispetsimeniga kui dielektrikuna.
d on elektroodide vahe.
A on elektroodide netopindala.
ja ε on tühi ruumi permittiivsus.
Suhtelise permittiivsuse arvutamiseks on veel üks viis, mis hõlmab elektroode vahe muutmist. Vaatame järgmist joonist

Siin A on elektroodi pindala.
d on spetsimeni paksus.
t on elektroodi ja spetsimeni vahe (siin see vahe on täidetud kompremeeritud gaasiga või õhuga).
cs on spetsimeni kondensaatori kapasitiivsus.
co on kondensaatori kapasitiivsus elektroodi ja spetsimeni vahe tõttu.
c on cs ja co efektiivne kombinatsioon.

Jooniselt, kuna kaks kondensaatorit on ühendatud saris, siis

εo on tühi ruumi permittiivsus, εr on suhteline permittiivsus, kui eemaldame spetsimeni ja vahe uuesti seadistame, et saada sama kondensaatori väärtus, siis kondensaatori väljend väheneb

Võrdustades (1) ja (2), saame lõpliku väljendi εr