Pagsukat ng Kapasidad gamit ang Schering Bridge
Teorya ng Schering Bridge
Ang tulay na ito ay ginagamit upang sukatin ang kapasidad ng kapasitor, ang dissipation factor, at ang pagsukat ng relative permittivity. Tignan natin ang circuit ng Schering bridge na ipinapakita sa ibaba:
Dito, c1 ang hindi alam na kapasidad na kailangang matukoy na may serye ng electrical resistance r1.
c2 ay isang pamantayan na kapasitor.
c4 ay isang bariabulo na kapasitor.
r3 ay isang puro resistor (i.e. hindi inductive sa natura).
At r4 ay isang bariabulo na hindi inductive na resistor na konektado sa parallel sa bariabulo kapasitor 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,
Pagpalit ng mga halaga ng z1, z2, z3 at z4 sa itaas na ekwasyon, makukuha natin
Pagkakatugma ng mga tunay at imahinaryong bahagi at ang paghihiwalay nito, makukuha natin,
Tingnan 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 kaayusan. Mula sa itaas na Schering bridge phasor diagram, maaari nating kwentahin ang halaga ng tanδ na tinatawag din bilang dissipation factor.
Ang ekwasyon na aming napagtanto sa itaas ay maaaring simple at maaaring madaling kwentahin ang dissipation factor. Ngayon, aalisin natin ang detalye tungkol sa mataas na voltage Schering Bridge. Tulad ng aming napagusapan, ang simple schering bridge (na gumagamit ng mababang voltages) ay ginagamit para sa pagsukat ng dissipation factor, kapasidad, at pagsukat ng iba pang katangian ng insulating materials tulad ng insulating oil, etc. Ano ang pangangailangan ng mataas na voltage schering bridge? Ang sagot sa tanong na ito ay napakasimple, para sa pagsukat ng maliliit na kapasidad, kailangan nating ilapat ang mataas na voltage at mataas na frequency kumpara sa mababang voltage na may maraming diskarte. Tingnan natin ang higit pang katangian ng mataas na voltage Schering Bridge:
Ang mga braso ng tulay na ab at ad ay binubuo lamang ng mga kapasitor tulad ng ipinapakita sa tulay 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 kaayusan. Dahil ang impedances ng bc at cd ay mas maliit, ang drop sa bc at cd ay maliit. Ang punto c ay grounded, kaya ang voltage sa ibabaw ng bc at dc ay ilang volts sa itaas ng punto 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 braso ng ab at ad ay napakalaki kaya ang circuit na ito ay nagdudulog ng mababang current kaya ang power loss ay mababa ng dahil sa mababang current kailangan natin ng napakasensitibong detector upang detektohin 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 inilagay sa pagitan ng mataas at mababang braso ng tulay upang maiwasan ang mga error na dulot ng inter capacitance.
Tingnan natin kung paano sukat ng Schering bridge ang relative permittivity: Upang sukatin ang relative permittivity, kailangan nating unang sukatin ang kapasidad ng isang maliliit na kapasitor na may specimen bilang dielectric. At mula sa sukat na ito ng kapasidad, maaaring madaling kwentahin ang relative permittivity gamit ang napakasimple na relasyon:
Kung saan, r ay relative permeability.
c ay ang kapasidad na may specimen bilang dielectric.
d ay ang distansya sa pagitan ng mga electrode.
A ay ang net area ng mga electrode.
at ε ay ang permittivity ng free space.
Mayroon ding isa pang paraan upang kwentahin ang relative permittivity ng specimen sa pamamagitan ng pagbabago ng electrode spacing. Tingnan 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 kapasidad ng specimen.
co ay ang kapasidad dahil sa spacing sa pagitan ng electrode at specimen.
c ay ang effective combination ng cs at co.
Mula sa figure sa itaas, bilang ang dalawang kapasitor ay konektado sa series,
εo ay ang permittivity ng free space, εr ay ang relative permittivity, kapag inalis natin ang specimen at ang spacing ay readjusted upang magkaroon ng parehong halaga ng kapasidad, ang expression para sa kapasidad ay bumababa sa
Sa pagtugma ng (1) at (2), makukuha natin ang final expression para sa εr bilang:
