Đo điện dung bằng cầu Schering sử dụng cầu Schering

Lý thuyết về cầu Schering

Cầu này được sử dụng để đo điện dung của tụ điện, hệ số tiêu tán và đo độ thấm điện tương đối. Hãy xem xét mạch của cầu Schering như sau:
Ở đây, c1 là điện dung không xác định cần được xác định với điện trở nối tiếp r1.

c2 là tụ điện chuẩn.
c4 là tụ điện biến đổi.
r3 là điện trở thuần (không có tính cảm ứng).
và r4 là điện trở biến đổi không có tính cảm ứng được kết nối song song với tụ điện biến đổi c4. Bây giờ nguồn cấp cho cầu giữa các điểm a và c. Bộ phát hiện được kết nối giữa b và d. Từ lý thuyết của cầu AC, chúng ta có điều kiện cân bằng,

Thay giá trị của z1, z2, z3 và z4 vào phương trình trên, ta được

Đặt các phần thực và ảo bằng nhau, ta được,

Hãy xem xét sơ đồ pha của mạch cầu Schering trên và đánh dấu các giảm áp qua ab, bc, cd và ad lần lượt là e1, e3, e4 và e2. Từ sơ đồ pha cầu Schering trên, chúng ta có thể tính giá trị của tanδ, còn được gọi là hệ số tiêu tán.

Phương trình mà chúng ta đã suy ra ở trên rất đơn giản và hệ số tiêu tán có thể được tính dễ dàng. Bây giờ chúng ta sẽ thảo luận chi tiết về cầu Schering cao áp. Như chúng ta đã thảo luận, cầu Schering đơn giản (sử dụng điện áp thấp) được sử dụng để đo hệ số tiêu tán, điện dung và đo các đặc tính khác của vật liệu cách điện như dầu cách điện, v.v. Tại sao cần cầu Schering cao áp? Câu trả lời cho câu hỏi này rất đơn giản, để đo điện dung nhỏ, chúng ta cần áp dụng điện áp và tần số cao hơn so với điện áp thấp, điều này gây ra nhiều nhược điểm. Hãy thảo luận thêm về các tính năng của cầu Schering cao áp:

1. Các cánh cầu ab và ad chỉ chứa tụ điện như được hiển thị trong cầu dưới đây và trở kháng của hai cánh này lớn hơn nhiều so với trở kháng của bc và cd. Các cánh bc và cd chứa điện trở r3 và sự kết hợp song song của tụ điện c4 và điện trở r4 tương ứng. Do trở kháng của bc và cd khá nhỏ nên giảm áp qua bc và cd cũng nhỏ. Điểm c được nối đất, do đó điện áp qua bc và dc chỉ vài volt so với điểm c.

2. Nguồn điện áp cao được lấy từ một biến áp 50 Hz và bộ phát hiện trong cầu này là galvanô rung.

3. Trở kháng của các cánh ab và ad rất lớn, do đó mạch này tiêu thụ ít dòng điện, do đó công suất hao phí thấp, nhưng do dòng điện thấp, chúng ta cần một bộ phát hiện rất nhạy để phát hiện dòng điện này.

4. Tụ điện chuẩn cố định c2 có khí nén làm chất cách điện, do đó hệ số tiêu tán có thể coi là không đối với khí nén. Màn chắn nối đất được đặt giữa các cánh cao và thấp của cầu để ngăn chặn lỗi do điện dung giữa các cánh.

Hãy nghiên cứu cách cầu Schering đo độ thấm điện tương đối: Để đo độ thấm điện tương đối, chúng ta cần đo điện dung của một tụ điện nhỏ có mẫu thử làm chất cách điện. Và từ giá trị điện dung đo được, độ thấm điện tương đối có thể được tính dễ dàng bằng cách sử dụng mối quan hệ rất đơn giản:

Trong đó, r là độ thấm từ tương đối.
c là điện dung với mẫu thử làm chất cách điện.
d là khoảng cách giữa các điện cực.
A là diện tích net của các điện cực.
và ε là độ thấm điện của không gian tự do.
Có một cách khác để tính độ thấm điện tương đối của mẫu thử bằng cách thay đổi khoảng cách giữa các điện cực. Hãy xem xét sơ đồ dưới đây

Ở đây A là diện tích của điện cực.
d là độ dày của mẫu thử.
t là khoảng cách giữa điện cực và mẫu thử (ở đây khoảng cách này được lấp đầy bằng khí nén hoặc không khí).
cs là điện dung của mẫu thử.
co là điện dung do khoảng cách giữa điện cực và mẫu thử.
c là tổ hợp hiệu quả của cs và co.

Từ hình trên, vì hai tụ điện được kết nối song song,

εo là độ thấm điện của không gian tự do, εr là độ thấm điện tương đối, khi chúng ta loại bỏ mẫu thử và điều chỉnh lại khoảng cách để có cùng giá trị điện dung, biểu thức cho điện dung giảm xuống thành

Khi đặt (1) và (2) bằng nhau, chúng ta sẽ được biểu thức cuối cùng cho εr là:

Bản quyền: Tôn trọng các bài viết gốc, nội dung tốt đáng để chia sẻ, nếu có vi phạm quyền nhân địa hãy liên lạc để xóa.