Pagsukat ng Kapasidad gamit ang Schering Bridge Measurement of Capacitance using Schering Bridge
Teorya ng Schering Bridge
Ginagamit ang tulay na ito para sukatin ang capacitance ng capacitor, dissipation factor at pagsukat ng relative permittivity. Isaalang-alang natin ang circuit ng Schering bridge na ipinapakita sa ibaba:
Dito, c1 ang hindi kilalang capacitance na kailangang matukoy kasama ang serye ng electrical resistance r1.
c2 ay isang pamantayan na capacitor.
c4 ay isang variable na capacitor.
r3 ay isang malinis na resistor (i.e. hindi inductive sa natura).
At r4 ay isang variable na hindi inductive na resistor na konektado sa parallel kasama ng variable capacitor c4. Ngayon, binigyan ng supply ang tulay sa pagitan ng puntos a at c. Ang detector ay konektado sa pagitan ng b at d. Mula sa teorya ng ac bridges, mayroon tayo sa kondisyon ng balanse,
Pinapalit ang mga halaga ng z1, z2, z3 at z4 sa itaas na ekwasyon, nakukuha natin
Pagkatapos i-equate ang mga real at imaginary parts at paghihiwalay, nakukuha natin,
Isaalang-alang natin ang phasor diagram ng itaas na Shering bridge circuit at markahan ang voltage drops sa ab,bc,cd at ad bilang e1, e3,e4 at e2 nang may katugmaan. Mula sa itaas na Schering bridge phasor diagram, maaari nating kwentahin ang halaga ng tanδ na tinatawag ding dissipation factor.
Ang ekwasyon na aming nakuha sa itaas ay napakadali at maaaring mabilis na makalkula ang dissipation factor. Ngayon, sasabihin natin ang detalye tungkol sa high voltage Schering Bridge. Bilang napagusapan na simple schering bridge (na gumagamit ng mababang voltages) ay ginagamit para sukatin ang dissipation factor, capacitance at pagsukat ng iba pang katangian ng insulating materials tulad ng insulating oil, ano ang pangangailangan ng high voltage schering bridge? Ang sagot sa tanong na ito ay napakadali, para sa pagsukat ng maliliit na capacitance kailangan nating ilapat ang mataas na voltage at mataas na frequency kumpara sa mababang voltage na may maraming di-paborable. Sasabihin natin ang karagdagang katangian ng high voltage Schering Bridge:
Ang mga braso ng tulay na ab at ad ay binubuo lamang ng capacitors bilang ipinapakita sa ibaba at ang impedances ng dalawang braso na ito ay mas malaki kumpara sa impedances ng bc at cd. Ang mga braso ng bc at cd ay naglalaman ng resistor r3 at parallel combination ng capacitor c4 at resistor r4 na may katugmaan. Dahil ang impedances ng bc at cd ay mas maliit, ang drop sa bc at cd ay maliit. Ang punto ng c ay grounded, kaya ang voltage sa pagitan ng bc at dc ay ilang volts na mas mataas sa punto ng c.
Ang mataas na voltage supply ay nakuha mula sa isang transformer 50 Hz at ang detector sa tulay na ito ay isang vibration galvanometer.
Ang impedances ng mga braso ng ab at ad ay napakalaki kaya ang circuit na ito ay humuhuli ng mababang current kaya ang power loss ay mababa ng dahil sa mababang current kailangan natin ng napakasensitibong detector upang matukoy ang mababang current na ito.
Ang fixed standard capacitor c2 ay may compressed gas na gumagana bilang dielectric kaya ang dissipation factor ay maaaring ituring na zero para sa compressed air. Ang earthed screens ay naka lugar sa pagitan ng mataas at mababang braso ng tulay upang maprevent ang mga error na dulot ng inter capacitance.
Sasabihin natin kung paano sumusukat ang Schering bridge ng relative permittivity: Upang sukatin ang relative permittivity, kailangan nating unang sukatin ang capacitance ng isang maliit na capacitor na may specimen bilang dielectric. At mula sa sukat na ito ng capacitance, maaaring mabilis na makalkula ang relative permittivity gamit ang napakadaling relasyon:
Kung saan, r ay relative permeability.
c ay ang capacitance na may specimen bilang dielectric.
d ay ang pagkakaiba-iba ng mga electrode.
A ay ang net area ng mga electrode.
at ε ay permittivity ng free space.
Mayroon pa isang paraan para kalkulahin ang relative permittivity ng specimen sa pamamagitan ng pagbabago ng electrode spacing. Isaalang-alang natin ang diagram na ipinapakita sa ibaba
Dito A ay ang area ng electrode.
d ay ang thickness ng specimen.
t ay ang gap sa pagitan ng electrode at specimen (dito ang gap na ito ay puno ng compressed gas o hangin).
cs ay ang capacitance ng specimen.
co ay capacitance dahil sa spacing sa pagitan ng electrode at specimen.
c ay ang effective combination ng cs at co.
Mula sa figure sa itaas, bilang dalawang capacitors ay konektado sa series,
εo ay permittivity ng free space, εr ay relative permittivity, kapag inalis natin ang specimen at ang spacing ay readjusted upang magkaroon ng parehong halaga ng capacitance, ang expression para sa capacitance ay nabawasan sa
Sa pag-equate ng (1) at (2), makukuha natin ang final expression para sa εr bilang:
