Pengukuran Kapasitansi menggunakan Jembatan Schering

Teori Jembatan Schering

Jembatan ini digunakan untuk mengukur kapasitansi kapasitor, faktor disipasi, dan pengukuran perminfian relatif. Mari kita pertimbangkan rangkaian jembatan Schering seperti yang ditunjukkan di bawah ini:
Di sini, c1 adalah kapasitansi yang tidak diketahui yang nilainya akan ditentukan dengan resistansi listrik seri r1.

c2 adalah kapasitor standar.
c4 adalah kapasitor variabel.
r3 adalah resistor murni (yaitu non-induktif).
Dan r4 adalah resistor variabel non-induktif yang terhubung secara paralel dengan kapasitor variabel c4. Sekarang, suplai diberikan ke jembatan antara titik a dan c. Detektor terhubung antara b dan d. Dari teori jembatan ac, kita memiliki pada kondisi seimbang,

Dengan menyubstitusikan nilai z1, z2, z3 dan z4 dalam persamaan di atas, kita dapatkan

Dengan menyamakan bagian real dan imajiner dan memisahkan, kita dapatkan,

Mari kita pertimbangkan diagram fasa dari rangkaian jembatan Schering di atas dan tandai penurunan tegangan di ab, bc, cd, dan ad sebagai e1, e3, e4, dan e2 masing-masing. Dari diagram fasa jembatan Schering di atas, kita dapat menghitung nilai tanδ yang juga disebut faktor disipasi.

Persamaan yang telah kita turunkan di atas cukup sederhana dan faktor disipasi dapat dihitung dengan mudah. Sekarang kita akan membahas jembatan Schering tegangan tinggi secara detail. Seperti yang telah kita bahas, jembatan Schering sederhana (yang menggunakan tegangan rendah) digunakan untuk mengukur faktor disipasi, kapasitansi, dan pengukuran sifat lain dari bahan isolasi seperti minyak isolasi, dll. Apa kebutuhan dari jembatan Schering tegangan tinggi? Jawaban dari pertanyaan ini sangat sederhana, untuk pengukuran kapasitansi kecil, kita perlu menerapkan tegangan tinggi dan frekuensi tinggi dibandingkan dengan tegangan rendah yang memiliki banyak kekurangan. Mari kita bahas lebih lanjut fitur-fitur dari jembatan Schering tegangan tinggi ini:

1. Lengan jembatan ab dan ad hanya terdiri dari kapasitor seperti yang ditunjukkan pada jembatan di bawah ini, dan impedansi kedua lengan ini jauh lebih besar dibandingkan dengan impedansi bc dan cd. Lengan bc dan cd berisi resistor r3 dan kombinasi paralel dari kapasitor c4 dan resistor r4 masing-masing. Karena impedansi bc dan cd cukup kecil, maka penurunan tegangan di bc dan cd kecil. Titik c di-ground, sehingga tegangan di bc dan dc beberapa volt di atas titik c.

2. Tegangan tinggi diperoleh dari sebuah transformator 50 Hz dan detektor dalam jembatan ini adalah galvanometer getaran.

3. Impedansi lengan ab dan ad sangat besar, oleh karena itu rangkaian ini menarik arus rendah sehingga kerugian daya rendah, tetapi karena arus rendah kita memerlukan detektor yang sangat sensitif untuk mendeteksi arus rendah ini.

4. Kapasitor standar tetap c2 mengandung gas terkompresi yang berfungsi sebagai dielektrik, oleh karena itu faktor disipasi dapat diambil nol untuk udara terkompresi. Layar grounded ditempatkan antara lengan tinggi dan rendah jembatan untuk mencegah kesalahan yang disebabkan oleh kapasitansi antara.

Mari kita pelajari bagaimana jembatan Schering mengukur perminfian relatif: Untuk mengukur perminfian relatif, kita perlu terlebih dahulu mengukur kapasitansi kapasitor kecil dengan spesimen sebagai dielektrik. Dan dari nilai kapasitansi yang diukur, perminfian relatif dapat dihitung dengan mudah menggunakan hubungan yang sangat sederhana:

Di mana, r adalah permeabilitas relatif.
c adalah kapasitansi dengan spesimen sebagai dielektrik.
d adalah jarak antara elektroda.
A adalah area netto elektroda.
dan ε adalah perminfian ruang bebas.
Ada cara lain untuk menghitung perminfian relatif spesimen dengan mengubah jarak elektroda. Mari kita pertimbangkan diagram yang ditunjukkan di bawah ini

Di sini A adalah area elektroda.
d adalah ketebalan spesimen.
t adalah celah antara elektroda dan spesimen (di sini celah ini diisi oleh gas terkompresi atau udara).
cs adalah kapasitansi spesimen.
co adalah kapasitansi karena jarak antara elektroda dan spesimen.
c adalah kombinasi efektif dari cs dan co.

Dari gambar di atas, karena dua kapasitor terhubung secara seri,

εo adalah perminfian ruang bebas, εr adalah perminfian relatif, ketika kita menghapus spesimen dan jarak readjusted untuk memiliki nilai kapasitansi yang sama, ekspresi untuk kapasitansi berkurang menjadi

Dengan menyamakan (1) dan (2), kita akan mendapatkan ekspresi akhir untuk εr sebagai:

Pernyataan: Hormati aslinya, artikel yang baik layak dibagikan, jika ada pelanggaran silakan hubungi untuk dihapus.