Medición de capacitancia usando o puente de Schering

Teoría do Puente de Schering

Este puente úsase para medir a capacidade do condensador, o factor de dissipación e a medida da permitividad relativa. Consideremos o circuito do puente de Schering como se mostra a continuación:
Aquí, c1 é a capacidade descoñecida que se debe determinar con resistencia eléctrica en serie r1.

c2 é un condensador estándar.
c4 é un condensador variable.
r3 é un resistor puro (é dicir, non inductivo).
E r4 é un resistor variable non inductivo conectado en paralelo co condensador variable condensador c4. Agora, o abastecemento décese ao puente entre os puntos a e c. O detector cóntase entre b e d. A partir da teoría dos puentes AC, temos na condición de equilibrio,

Substituíndo os valores de z1, z2, z3 e z4 na ecuación anterior, obtemos

Igualando as partes real e imaxinaria e separándoas, obtemos,

Consideremos o diagrama fasorial do circuito do puente de Schering mencionado anteriormente e marquemos as caídas de tensión a través de ab, bc, cd e ad como e1, e3,e4 e e2 respectivamente. A partir do diagrama fasorial do puente de Schering, podemos calcular o valor de tanδ, tamén chamado factor de dissipación.

A ecuación que derivamos anteriormente é bastante simple e o factor de dissipación pode calcularse facilmente. Agora, vamos discutir en detalle o puente de Schering de alta tensión. Como discutimos, o puente de Schering simple (que usa baixas voltagems) úsase para medir o factor de dissipación, a capacitancia e a medida de outras propiedades de materiais aislantes como óleo aislante, etc. ¿Por que necesitamos o puente de Schering de alta tensión? A resposta a esta pregunta é moi simple, para a medida de pequenas capacitancias necesitamos aplicar alta tensión e alta frecuencia en comparación coa baixa tensión, que ten moitas desvantaxes. Vamos a discutir máis características deste puente de Schering de alta tensión:

1. Os brazos ab e ad consisten só en condensadores, como se mostra no puente dado a continuación, e as impedancias destes dous brazos son bastante grandes en comparación cosas impedancias de bc e cd. Os brazos bc e cd contén o resistor r3 e a combinación en paralelo do condensador c4 e o resistor r4 respectivamente. Como as impedancias de bc e cd son bastante pequenas, polo tanto a caída a través de bc e cd é pequena. O punto c está aterrado, de maneira que a tensión a través de bc e dc son poucos voltios por encima do punto c.

2. O alto voltage obtéñese dunha transformador de 50 Hz e o detector neste puente é un galvanómetro vibratorio.

3. As impedancias dos brazos ab e ad son moi grandes, polo tanto este circuito consume corrente baixa, polo que a perda de potencia é baixa, pero debido a esta corrente baixa, necesitamos un detector moi sensible para detectar esta corrente baixa.

4. O condensador estándar fixo c2 ten gas comprimido que funciona como dieléctrico, polo que o factor de dissipación pode considerarse como cero para o aire comprimido. As pantallas aterradas colócanse entre os brazos altos e baixos do puente para prevenir erros causados pola capacitancia inter.

Vamos a estudiar como o puente de Schering mide a permitividad relativa: Para medir a permitividad relativa, primeiro temos que medir a capacitancia dun pequeno condensador con espécimen como dieléctrico. E a partir deste valor medido de capacitancia, a permitividad relativa pode calcularse facilmente usando a relación moi simple:

Onde, r é a permeabilidade relativa.
c é a capacitancia co espécimen como dieléctrico.
d é a separación entre os electrodos.
A é a área neta dos electrodos.
e ε é a permitividad do espazo libre.
Hai outra forma de calcular a permitividad relativa do espécimen cambiando a separación dos electrodos. Consideremos o diagrama mostrado a continuación

Aquí, A é a área do electrodo.
d é o grosor do espécimen.
t é a separación entre o electrodo e o espécimen (aquí esta separación está chea de gas comprimido ou aire).
cs é a capacitancia do espécimen.
co é a capacitancia debido á separación entre o electrodo e o espécimen.
c é a combinación efectiva de cs e co.

Segundo a figura superior, xa que hai dous condensadores conectados en serie,

εo é a permitividad do espazo libre, εr é a permitividad relativa, cando removemos o espécimen e readxustamos a separación para ter o mesmo valor de capacitancia, a expresión para a capacitancia redúcese a

Igualando (1) e (2), obteremos a expresión final para εr como:

Declaración: Respetar o original, artigos bóns mérito ser compartidos, se hai infracción por favor contactar para eliminar.