Co to jest Schering Bridge: obwód, działanie i jego zastosowania

Schering Bridge to obwód elektryczny używany do pomiaru właściwości izolacyjnych kabla elektrycznego i sprzętu. Jest to obwód mostka prądu przemiennego opracowany przez Haralda Ernsta Malmstena Scheringa (25 listopada 1880 - 10 kwietnia 1959). Największą zaletą jest to, że zrównoważone równanie jest niezależne od częstotliwości. Początkowe mostki prądowe to mostki AC, są to najpopularniejsze, wygodne i wyróżniające się lub dokładne przyrządy, używane do pomiaru rezystancji, pojemności i indukcyjności prądu przemiennego. Mostki Ac są takie same jak DC mosty ale różnica między mostkami prądu przemiennego a mostkami prądu stałego polega na zasilaniu.

Co to jest most Schering?

Definicja: Mostek Scheringa to jeden z typów mostków prądu przemiennego, który służy do pomiaru nieznanej pojemności, względnej przepuszczalności, współczynnika rozpraszania i strat dielektrycznych kondensatora. Wysokie napięcie w tym mostku uzyskuje się za pomocą transformatora podwyższającego. Głównym celem tego mostka jest znalezienie wartości pojemności. Główne urządzenie wymagane do podłączenia to zestaw trenera, skrzynka pojemnościowa dekadowa, multimetr, CRO i akordy krosowe. Formuła używana do uzyskania wartości pojemności to CX = C_dwa(R₄/ R₃).

Podstawowy obwód mostka AC

W mostkach prądu przemiennego linie energetyczne są wykorzystywane jako źródło wzbudzenia przy niskich częstotliwościach, oscylatory są używane jako źródło przy pomiarach wysokiej częstotliwości. Zakres częstotliwości oscylatora wynosi od 40 Hz do 125 Hz. Mostki AC nie tylko mierzą rezystancję, pojemność i indukcyjność, ale także mierzą współczynnik mocy i współczynnik magazynowania, a wszystkie mostki AC są oparte na mostku Wheatstone'a. Podstawowy schemat obwodu mostka prądu przemiennego pokazano na poniższym rysunku.

obwód mostka podstawowego AC

Podstawowy schemat obwodu mostka AC składa się z czterech impedancji Z1, Z2, Z3 i Z4, detektora i źródła napięcia AC. Detektor umieszcza się między punktem „b” a „d” i służy do równoważenia mostu. Między punktami „a” i „c” znajduje się źródło napięcia przemiennego, które zasila sieć mostkową. Potencjał punktu „b” jest taki sam jak potencjał punktu „d”. Pod względem amplitudy i fazy oba potencjalne punkty, takie jak b & d, są równe. Zarówno pod względem wielkości, jak i fazy, w punkcie „a” do „b” spadek napięcia jest równy punktowi spadku napięcia od a do d.

Gdy mostki prądu przemiennego są używane do pomiarów przy niskich częstotliwościach, to linia zasilająca jest używana jako źródło zasilania, a gdy pomiary są wykonywane przy wysokich częstotliwościach, do zasilania wykorzystywane są oscylatory elektroniczne. Jako źródło zasilania wykorzystywany jest oscylator elektroniczny, częstotliwości dostarczane przez oscylator są stałe, a przebiegi wyjściowe oscylatora elektronicznego mają charakter sinusoidalny. Istnieją trzy rodzaje detektorów stosowanych w mostkach AC są to słuchawki, wibracyjne galwanometry i przestrajalny wzmacniacz obwody.

Istnieją różne zakresy częstotliwości iw tym celu użyty zostanie konkretny detektor. Dolny zakres częstotliwości słuchawek to 250 Hz, a zakres wysokich częstotliwości powyżej 3 do 4KHz. Zakres częstotliwości galwanometru wibracyjnego wynosi od 5 Hz do 1000 Hz i jest bardziej czuły poniżej 200 Hz. Zakres częstotliwości przestrajalnych obwodów wzmacniacza wynosi od 10 Hz do 100 kHz.

Schemat obwodu mostka Scheringa wysokiego napięcia

Schemat obwodu mostka Scheringa wysokiego napięcia pokazano na poniższym rysunku. Mostek składa się z czterech ramion, w pierwszym ramieniu są dwie nieznane pojemności C1 i C2, które musimy znaleźć i rezystor R1 jest podłączony, aw drugim ramieniu zmienna pojemność C4 i rezystory R3 i R4 są podłączone. W środku mostka podłączony jest detektor „D”.

most wysokiego napięcia Scheringa

Na rysunku „C1” to kondensator, którego pojemność należy rozwinąć, „R1” to szeregowa rezystancja reprezentująca stratę w kondensatorze C1, C2 to standardowy kondensator, „R3” to rezystancja nieindukcyjna, „C4 „to zmienny kondensator, a„ R4 ”to zmienny nieindukcyjny opór równoległy ze zmiennym kondensatorem„ C4 ”.

Stosując warunek równowagi mostka, stosunek impedancji „Z1 i Z2” jest równy impedancji „Z3 i Z4”, jest on wyrażony jako

Z1 / Z2 = Z3 / Z4

Z1 * Z4 = Z3 * Z2 ………………… eq (1)

Gdzie Z_{1 =}R₁+ 1 / jwC₁Z_{2 =}1 / jwC_dwaZ_{3 =}R₃Z_{4 =}(R₄+ 1 / jwC₄R₄) / (R₄- 1 / jwC₄R₄)

Teraz podstawiamy wartości impedancji Z1, Z2, Z3 i Z4 w równaniu 1, otrzymamy wartości C1 i R1.

(R₁+ 1 / jw C₁) [(R₄+ 1 / jwC₄R₄) / (R₄- 1 / jwC₄R₄)] = R₃(1 / jwC_dwa) ……… .. eq (2)

Upraszczając impedancję otrzyma Z4

Z_{4 =}(R₄+ 1 / jwC₄R₄) / (R₄- 1 / jwC₄R₄)

Z_{4 =}R₄/ jwC₄R₄…………… .eq (3)

Zastąpienie eq (3) w równaniu (2) otrzyma

(R₁+ 1 / jw C₁) (R₄/ jwC₄R₄) = R.₃(1 / jwC_dwa)

(R₁R₄) + (R₄/ jw C₁) = (R.₃/ jwC_dwa) (1+ jwC₄R₄)

Upraszczając powyższe równanie otrzymamy

(R₁R₄) + (R₄/ jw C₁) = (R.₃/ jwC_dwa) + (R₃* R₄do₄/ C_dwa) ………… eq (4)

Porównanie rzeczywistych części R1 R4 i R3 * R4C4 / 2 w równaniu (4) otrzyma nieznaną wartość rezystancji R1

R1 R4 = R3 * R4C4 / C2

R1 = R3 * C4 / C2 ………… eq (5)

Podobnie porównaj części urojone R.₄/ jw C₁i R.₃/ jwC_dwaotrzyma nieznaną pojemność C.₁wartość

R₄/ jw C₁= R₃/ jwC_dwa

R₄/ C₁= R₃/ C_dwa

do₁= (R.₄/ R3) C_dwa………… eq (6)

Równanie (5) i (6) to nieznana rezystancja i nieznana pojemność

Pomiar Tan Delta przy użyciu ScheringBridge

Strata dielektryczna

Wydajny materiał elektryczny umożliwia przechowywanie różnej ilości ładunku przy minimalnym rozpraszaniu energii w postaci ciepła. Ta utrata ciepła, skutecznie określana jako strata dielektryczna, jest nieodłącznym rozpraszaniem energii przez dielektryk. Jest bezpiecznie sparametryzowany pod względem delta kąta stratności lub tangensa strat tan delta. Istnieją zasadniczo dwie główne formy strat, które mogą rozpraszać energię w izolatorze, są to straty przewodzenia i straty dielektryczne. W przypadku utraty przewodnictwa przepływ ładunku przez materiał powoduje rozproszenie energii. Na przykład przepływ prądu upływowego przez izolator. Strata dielektryczna jest zwykle wyższa w materiałach o wysokiej stałej dielektrycznej

Równoważny obwód dielektryka

Załóżmy, że każdy materiał dielektryczny podłączony w obwodzie elektrycznym jako dielektryk pomiędzy przewodnikami działa jak praktyczny kondensator. Elektryczny odpowiednik takiego układu można zaprojektować jako typowy model elementu skupionego, który zawiera bezstratny idealny kondensator połączony szeregowo z rezystancją znaną jako równoważna rezystancja szeregowa lub ESR. ESR reprezentuje szczególnie straty w kondensatorze, wartość ESR jest bardzo mała w dobrym kondensatorze, a wartość ESR jest dość duża w złym kondensatorze.

Współczynnik rozpraszania

Jest to miara współczynnika strat energii w dielektryku z powodu oscylacji w materiale dielektrycznym pod wpływem przyłożonego napięcia przemiennego. Odwrotność współczynnika jakości jest znana jako współczynnik rozpraszania, który jest wyrażany jako Q = 1 / D. Jakość kondensatora jest znana ze współczynnika rozpraszania. Wzór na współczynnik strat to

D = wR₄do₄

Schering-bridge-fazor-diagram

W celu interpretacji matematycznej spójrz na wykres wskazowy, jest to stosunek ESR do reaktancji pojemnościowej. Jest również znany jako styczna kąta stratności i powszechnie wyrażany jako

Tan delta = ESR / X_do

Testowanie Tan Delta

Test tan delta prowadzi się na izolacji uzwojeń i kabli. Test ten służy do pomiaru zużycia kabla.

Wykonywanie testów Tan Delta

Aby wykonać test tan delta, należy najpierw przetestować izolację kabli lub uzwojeń, a następnie zaizolować i rozłączyć. Ze źródła zasilania o niskiej częstotliwości przykładane jest napięcie probiercze i niezbędne pomiary wykonywane są przez regulator tan delta, a do napięcia znamionowego kabli napięcie probiercze jest stopniowo zwiększane. Z powyższego wykresu wskazowego mostka Scheringa możemy obliczyć wartość tangens delta, która jest również nazywana D (współczynnik rozpraszania). Tan delta jest wyrażana jako

Tan delta = toaleta₁R₁= W * (C_dwaR₄/ R3) * (R₃do₄/ C_dwa) = WC₄R₄

Pomiar względnej przepuszczalności za pomocą mostka Scheringa

Niska przepuszczalność materiału dielektrycznego jest mierzona za pomocą mostka Scheringa. Równoległy układ płyt względnej przepuszczalności jest matematycznie wyrażony jako

mi_r=do_sd / ε₀DO

Gdzie „Cs” to zmierzona wartość pojemności przy rozważaniu próbki jako dielektryka lub pojemność próbki, „d” to przestrzeń między elektrodami, „A” to efektywna powierzchnia elektrod, „d” to grubość próbki, „t” to przerwa między elektrodą a próbką, „x” oznacza zmniejszenie odległości między elektrodą a próbką, a ε0 jest przenikalnością wolnej przestrzeni.

pomiar względnej przepuszczalności

Pojemność między elektrodą a próbką jest matematycznie wyrażona jako

C = C._Sdo₀/ C_S+ C₀……… eq (a)

Gdzie do_S= ε_rmi₀A / d C.₀= ε₀W

Zastępca C_Si C₀otrzymają wartości w równaniu (a)

C = (e_rmi₀A / d) (e₀Jadł_rmi₀A / d) + (np₀W)

Poniżej przedstawiono wyrażenie matematyczne służące do zmniejszenia próbki

mi_r= d / d - x

To jest wyjaśnienie pomiaru względnej przepuszczalności za pomocą mostu Scheringa.

funkcje

Cechy mostu Schering to

• Ze wzmacniacza potencjału uzyskuje się zasilanie wysokonapięciowe.
• W przypadku drgań mostka jako detektor używany jest galwanometr
• W ramionach ab i ad umieszczono kondensatory wysokiego napięcia.
• Impedancja ramienia bc i cd jest niska, a impedancja ramienia ab i ad jest wysoka.
• Punkt „c” na rysunku jest uziemiony.
• Impedancja ramienia „ab” i „ad” jest utrzymywana na wysokim poziomie.
• W ramieniu „ab” i „ad” utrata mocy jest bardzo mała, ponieważ impedancja ramion ab i ad jest wysoka.

Znajomości

Połączenia zostały podane do zestawu obwodu mostka Schering w następujący sposób.

• Połączyć dodatni zacisk wejścia z dodatnim zaciskiem obwodu
• Podłączyć ujemny zacisk wejścia do ujemnego zacisku obwodu
• Ustaw wartość rezystancji R3 na pozycję zerową i ustaw wartość pojemności C3 na pozycję zerową
• Ustaw rezystancję R2 na 1000 omów
• Włącz zasilanie
• Po tych wszystkich połączeniach zobaczysz odczyt w detektorze zerowym, teraz dostosuj rezystancję dekadową R1, aby uzyskać minimalny odczyt w cyfrowym detektorze zerowym
• Zanotuj odczyty rezystancji R1, R2 i pojemności C2 i oblicz wartość nieznanego kondensatora za pomocą wzoru
• Powtórz powyższe kroki, dostosowując wartość rezystancji R2
• Na koniec oblicz pojemność i rezystancję za pomocą wzoru. To jest wyjaśnienie działania i połączeń mostu Schering

Środki ostrożności

Niektóre ze środków ostrożności, jakie powinniśmy podjąć przy podłączaniu do mostu, to

• Upewnij się, że napięcie nie powinno przekraczać 5 woltów
• Sprawdź poprawność połączeń przed włączeniem zasilania

Aplikacje

Niektóre zastosowania mostka Schering to

• Mosty Scheringa używane przez generatory
• Używany przez silniki elektryczne
• Używany w domowych sieciach przemysłowych itp

Zalety mostu Schering

Zalety mostu Schering to

• W porównaniu z innymi mostami koszt tego mostu jest mniejszy
• Od częstotliwości równania bilansowe są dowolne
• Przy niskich napięciach może mierzyć małe kondensatory

Wady Schering Bridge

Mostek Scheringa niskonapięciowego ma kilka wad, z powodu tych wad mostki Scheringa o wysokiej częstotliwości i napięciu są wymagane do pomiaru małej pojemności.

FAQs

1). Co to jest odwrócony most Scheringa?

Mostek Scheringa jest jednym z rodzajów mostków prądu przemiennego, które służą do pomiaru pojemności kondensatorów.

2). Jaki typ detektora jest używany w mostkach AC?

Typ detektora stosowany w mostkach AC to detektor zbalansowany.

3). Co oznacza obwód mostkowy?

Obwód mostkowy to jeden rodzaj obwodu elektrycznego, który składa się z dwóch odgałęzień.

4). Do jakiego pomiaru służy mostek Scheringa?

Mostek Scheringa służy do pomiaru pojemności kondensatorów.

5). Jak zrównoważyć obwód mostka?

Obwód mostka powinien być zbalansowany, przestrzegając dwóch warunków równowagi, są to warunek wielkości i kąta fazowego.

W tym artykule omówiono Teoria mostu Scheringa Omówiono zalety, zastosowania, wady, połączenia podawane do obwodu mostka, pomiar przepuszczalności względnej, obwód mostka Scheringa wysokiego napięcia, pomiar tangensa delta, podstawy obwodu mostka AC. Oto pytanie do Ciebie, jaki jest współczynnik mocy mostka Scheringa?