เครื่องวัดค่าความจุไฟฟ้า

เครื่องวัดค่าความจุไฟฟ้า

แบบบริดจ์

-บริดจ์แบบเปรียบเทียบความจุไฟฟ้า(capacitance comparison bridge) ส่วนต่างๆของบริดจ์จะประกอบด้วย

แทนค่าเหล่านี้ลงในสมการบริดจ์สมดุลย์จะได้ 

จากสมการจะเห็นได้ว่าสามารถแยกพิจารณาได้ 2กลุ่ม ได้แก่ กลุ่มค่าจริงและกลุ่มค่าจินตภาพ ดังนี้

- หาค่า R_x และ C_x  ได้ดังนี้

    บริดจ์เปรียบเทียบความจุไฟฟ้าเเบบขนาน จะใช้ค่าความจุไฟฟ้า สำหรับตัวเก็บประจุที่มีค่าตัวประกอบสูญเสียของมันอยู่ในช่วง 0.05 <  D  < บริดจ์นี้จะยังคงเป็นลักษณะบริดจ์อัตราส่วน โดยใช้เเขน2เเขนของบริดจ์เป็นค่าความต้านทานอย่างเดียว ขณะนี้วงจรสมมูลของตัวเก็บประจุที่ต้องการวัดจะอยู่ในรูป R ขนานกับ C เช่นเดียวกับวงจรสมมูลของเเขนมาตราฐานที่อยู่ติดกับเเขนที่ต้องการจะวัด 

ดังรูป เมื่อบริดจ์สมดุลจะได้

บริดจ์เปรียบเทียบความจุไฟฟ้าเเบบขนาน

1/Z_P    =    R₁/R₂ (1/Z_X)   

แทนค่า    1/Z_P    =    1/R_P + jωC_P และ 1/Z_X    =    1/R_X + jωC_x  ลงในสมการด้านบน

1/R_P + jωC_P    =    R₁/R₂ ( 1/R_X + jωC_x  )

ให้ส่วนจริงทั้งสองด้านของสมการเท่ากัน

1/R_P    =    R₁/R₂ ( 1/R_X  )

R_X    =    ( R₁/R₂ ) R_P

การประยุกต์บริดจ์ความจุไฟฟ้า

            -การวัดความจุไฟฟ้าค่าน้อยๆ ในการวัดค่าความจุไฟฟ้าที่ไม่ทราบค่า C_­x ให้มีความถูกต้องสูง โดยปกติจะใช้วิธีการแทนที่ โดยการให้ความต้านทานในแขนอัตราส่วนเท่ากัน และ ต่อตัวเก็บประจุ C_s ที่รู้ค่าว่ามีค่าอยู่ในระดับเดียวกับ C_x เข้าที่ปลายสำหรับต่อตัวไม่ทราบค่า ทำการปรับสมดุลบริดจ์ 

บันทึกค่า C_a ที่อ่านได้ จากนั้นต่อตัวเก็บประจุที่ไม่ทราบค่านี้ขนานกับ C_s ทำการปรับสมดุลบริดจ์อีกครั้ง บันทึกค่าที่อ่าน C_b ได้ความแตกต่างจากค่าที่อ่าน C_b-C_a จะให้ค่าของ C_x ที่ต้องการทราบ โดยมีความถูกต้องสูง ข้อดีของวิธีนี้คือ ความผิดพลาดในการทดลองเนื่องจาก Stray Capacitance จะมีค่าน้อยที่สุด

          

           -การวัดความจุไฟฟ้าของขดลวดของหม้อแปลง  ในรูป (a) แสดงบริดจ์ความจุไฟฟ้าที่ใช้ในการวัดความจุไฟฟ้าของขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิ ของหม้อแปลงกับดินเพราะว่าความจุไฟฟ้าของขดลวดนี้จะมีค่าน้อย ความถี่ของบริดจ์จะต้องต่ำพอที่จะตัดทิ้ง รีแอกแตนซ์เชิงเหนี่ยวนำและผลการรีโซแนนซ์อาจใช้ความถี่ 1 kHz เมื่อความเหนี่ยวนำของขดลวดมีค่าต่ำ

(a)

-การวัดความยาวของสายเคเบิล  ในการใช้บริดจ์ความจุไฟฟ้าในการวัดความยาวของสายเคเบิลแกนร่วม(Coaxial) ความยาวจะถูกวัดในพจน์ของความจุไฟฟ้าต่อความยาว 1 ฟุต เช่น สายชนิด RG-58/u(สำหรับที่ใช้ในห้องปฏิบัติการทั่วไป) จะมีความจุประมาณ 30pF/ft ถ้าค่าความจุไฟฟ้าที่วัดได้คือ 0.009 uF ดังนั้นความยาวของสายคือ 300 ฟุต  

เเหล่งที่มา 
- หนังสือ การวัด เเละ เครื่องวัดไฟฟ้า ผู้เขียน รศ.ดร. เอก ไชยสวัสดิ์ 
- หนังสือ Elements of Electrical and Electronic Instrumentation ผู้เขียน  Kurt S. Lion