DOI: https://doi.org/10.15407/techned2026.04.095
تاريخ النشر: 2026-07-01
المؤلف: Sergii Shevkun وآخرون
الموضوع الرئيسي: القياس العلمي وتقييم عدم اليقين
نظرة عامة
تستعرض هذه الورقة البحثية إطارًا منهجيًا وقياسيًا لمعايرة معايير السعة الدقيقة فيما يتعلق بعامل التبدد في المعيار الأساسي للدولة للسعة الكهربائية وعامل التبدد. تؤكد الدراسة على الحاجة الملحة لقياسات عالية الدقة للسعة ومعلمات الفقد في المكثفات، والتي تعتبر ضرورية في مجالات متنوعة مثل أنظمة القياس، والهندسة الكهربائية، والاتصالات، واختبار العزل الكهربائي. يؤثر عامل التبدد، وهو خاصية رئيسية للمواد العازلة، بشكل كبير على فقدان الطاقة في العوازل ودقة قياسات المعاوقة المعقدة، مما يؤثر بدوره على تشخيص العزل الكهربائي.
يقدم المؤلفون نظام قياس لمعايرة معايير السعة بالنسبة لعامل التبدد، موضحين مبادئ تشغيله. يتم تقديم نموذج قياس رياضي، يأخذ في الاعتبار عوامل مختلفة تؤثر على عامل التبدد، بما في ذلك معلمات جسر القياس، وأخطاء الإشارة الرباعية، وعدم استقرار التردد والجهد، والخسائر الطفيلية. تناقش الورقة أيضًا مصادر عدم اليقين في القياس وتوفر ميزانية عدم اليقين لعملية المعايرة، بما في ذلك حساب مثال للمعايير القياسية والموسعة المجمعة. تظهر النتائج جدوى تحديد عامل التبدد بدقة مع الالتزام بمعايير القياس الحديثة عالية الدقة، مما يعزز تتبع القياس المترولوجي لقياسات معلمات المكثف.
مناقشة
تستعرض قسم المناقشة في الورقة البحثية منهجية شاملة لمعايرة معايير السعة الدقيقة بناءً على قياسات عامل التبدد. تستخدم عملية المعايرة جهاز المقارن العالمي للمعاوقة نموذج 5100، الذي يخضع لمعايرة تلقائية تليها مقارنة مع معيار سعة خارجي. يتضمن ذلك توصيل المعيار المرجعي بالمقارن وإجراء سلسلة من عشرة قياسات متزامنة للسعة وعامل التبدد. يتم حساب خطأ المقارنة، الممثل بـ $\Delta \tan \delta_{CE}$، كفرق بين القيم الفعلية والمتوسطة لعوامل التبدد المقاسة، مع تقييم عدم اليقين القياسي من خلال طرق إحصائية معتمدة.
علاوة على ذلك، يتناول القسم تطوير نموذج قياس لتحديد عامل التبدد، مع دمج تصحيحات مختلفة لعوامل مثل الاعتماد على درجة الحرارة، وتكميم المقارن، وانحراف المعيار المرجعي. يبرز النموذج أهمية معامل درجة الحرارة لعامل التبدد، الذي يتأثر بالخصائص العازلة وظروف القياس. تقدم الورقة أيضًا ميزانية عدم يقين تحدد مساهمات مصادر عدم اليقين الفردية، مما يظهر في النهاية جدوى تحقيق قياسات عالية الدقة لعامل التبدد في المكثفات الدقيقة، وهو أمر حاسم للتطبيقات في المترولوجيا والهندسة الكهربائية.
DOI: https://doi.org/10.15407/techned2026.04.095
Publication Date: 2026-07-01
Author(s): Sergii Shevkun et al.
Primary Topic: Scientific Measurement and Uncertainty Evaluation
Overview
This research paper outlines a methodological and metrological framework for calibrating precision capacitance standards concerning the dissipation factor at the State Primary Standard of Electrical Capacitance and Dissipation Factor. The study emphasizes the critical need for high-accuracy measurements of capacitance and loss parameters in capacitors, which are essential in various fields such as measurement systems, power engineering, telecommunications, and electrical insulation testing. The dissipation factor, a key characteristic of dielectric materials, significantly influences energy losses in dielectrics and the accuracy of complex impedance measurements, thereby impacting electrical insulation diagnostics.
The authors present a measurement system for calibrating capacitance standards with respect to the dissipation factor, detailing its operational principles. A mathematical measurement model is introduced, accounting for various factors affecting the dissipation factor, including measuring bridge parameters, quadrature signal errors, frequency and voltage instability, and parasitic losses. The paper also discusses the sources of measurement uncertainty and provides an uncertainty budget for the calibration process, including an example calculation of combined standard and expanded uncertainties. The findings demonstrate the feasibility of accurately determining the dissipation factor while adhering to modern high-accuracy measurement standards, thereby enhancing the metrological traceability of capacitor parameter measurements.
Discussion
The discussion section of the research paper outlines a comprehensive methodology for calibrating precision capacitance standards based on dissipation factor measurements. The calibration process utilizes the Model 5100 Universal Impedance Comparator, which undergoes an automatic calibration followed by a comparison with an external reference capacitance standard. This involves connecting the reference standard to the comparator and performing a series of ten simultaneous measurements of capacitance and dissipation factor. The comparison error, denoted as $\Delta \tan \delta_{CE}$, is calculated as the difference between the actual and average measured dissipation factor values, with standard uncertainty evaluated through established statistical methods.
Furthermore, the section details the development of a measurement model for determining the dissipation factor, incorporating various corrections for factors such as temperature dependence, comparator quantization, and drift of the reference standard. The model emphasizes the significance of the temperature coefficient of the dissipation factor, which is influenced by dielectric properties and measurement conditions. The paper also presents an uncertainty budget that quantifies the contributions of individual uncertainty sources, ultimately demonstrating the feasibility of achieving high-accuracy measurements of dissipation factor in precision capacitors, crucial for applications in metrology and electrical engineering.