Schering Bridge és un circuit elèctric que s’utilitza per mesurar les propietats aïllants d’un cable elèctric i d’un equipament. És un circuit de pont de CA desenvolupat per Harald Ernst Malmsten Schering (25 de novembre de 1880 - 10 d'abril de 1959). Té el major avantatge que l’equació equilibrada és independent de la freqüència. Els ponts actuals d’origen són els ponts de corrent altern, són els instruments més populars, convenients i destacats o precisos, que s’utilitzen per mesurar la resistència de corrent altern, la capacitat i la inductància. Els ponts AC són igual que el DC ponts però la diferència entre els ponts de corrent altern i els ponts de corrent continu és la font d'alimentació.
Què és Schering Bridge?
Definició: El pont de Schering és un tipus de pont de corrent altern que s’utilitza per mesurar la capacitat desconeguda, la permeabilitat relativa, el factor de dissipació i la pèrdua dielèctrica d’un condensador. L’alta tensió d’aquest pont s’obté mitjançant l’ús del transformador step-up. L’objectiu principal d’aquest pont és trobar el valor de la capacitat. Els principals aparells necessaris per a la connexió són el kit d'entrenador, la caixa de capacitats de la dècada, el multímetre, el CRO i els acords de patch. La fórmula que s’utilitza per obtenir el valor de la capacitat és la CX = C2(R4/ R3).
Circuit bàsic de pont de corrent altern
Als ponts de corrent altern, les línies elèctriques s’utilitzen com a font d’excitació a freqüències baixes, oscil·ladors s’utilitzen com a font en mesures d’alta freqüència. El rang de freqüències d’un oscil·lador és de 40 Hz a 125 Hz. Els ponts de corrent altern no només mesuren la resistència, la capacitat i la inductància, sinó que també mesuren el factor de potència i el factor d’emmagatzematge i tots els ponts de corrent altern es basen en el pont de Wheatstone. El diagrama bàsic del circuit d’un pont de corrent altern es mostra a la figura següent.
circuit-bàsic-pont-ac
El diagrama bàsic del circuit d'un pont de CA està format per quatre impedàncies Z1, Z2, Z3 i Z4, un detector i una font de tensió de CA. El detector se situa entre el punt ‘b’ i, ‘d’ i aquest detector s’utilitza per equilibrar el pont. Una font de tensió de CA es situa entre els punts ‘a’ i ‘c’ i subministra energia a la xarxa de ponts. El potencial del punt 'b' és el mateix que el punt potencial 'd'. En termes d’amplitud i fase, tots dos punts potencials com b & d són iguals. Tant en magnitud com en fase, el punt 'a' a 'b' la caiguda de tensió és igual al punt de caiguda de tensió a a d.
Quan els ponts de corrent altern s’utilitzen per a la mesura a freqüències baixes, la línia elèctrica s’utilitza com a font de subministrament i quan les mesures es fan a les freqüències altes, els oscil·ladors electrònics s’utilitzen per a la font d’alimentació. Un oscil·lador electrònic s’utilitza com a font d’alimentació, les freqüències proporcionades per l’oscil·lador són fixes i les formes d’ona de sortida d’un oscil·lador electrònic són de naturalesa sinusoidal. Hi ha tres tipus de detectors que s’utilitzen en ponts de corrent altern: són auriculars, vibracionals galvanòmetres , i sintonitzable amplificador circuits.
Hi ha diferents rangs de freqüència i, en aquest sentit, s’utilitzarà un detector concret. El rang de freqüència inferior dels auriculars és de 250 Hz i el rang d’alta freqüència és superior a entre 3 i 4KHz. El rang de freqüències del galvanòmetre vibracional oscil·la entre els 5Hz i els 1000Hz i és més sensible per sota dels 200Hz. El rang de freqüència dels circuits amplificadors sintonitzables és de 10Hz a 100KHz.
Esquema del circuit del pont Schering d’alta tensió
El diagrama del circuit de pont de Schering d’alta tensió es mostra a la figura següent. El pont consta de quatre braços, al primer braç hi ha dues capacitats desconegudes C1 i C2 que hem de trobar i la resistència R1 està connectada i al segon braç la capacitat variable C4 i les resistències R3 i R4 estan connectades. Al centre del pont hi ha connectat el detector ‘D’.
pont-Schering d'alta tensió
A la figura, 'C1' és el condensador la capacitat de la qual s'ha de desenvolupar, 'R1' és una resistència en sèrie que representa la pèrdua del condensador C1, C2 és el condensador estàndard, 'R3' és una resistència no inductiva, 'C4 'és un condensador variable i' R4 'és una resistència no inductiva variable en paral·lel al condensador variable' C4 '.
En utilitzar la condició d’equilibri del pont, la proporció d’impedància ‘Z1 i Z2’ és igual a la impedància ‘Z3 i Z4’, s’expressa com
Z1 / Z2 = Z3 / Z4
Z1 * Z4 = Z3 * Z2 ………………… eq (1)
On AMB1 =R1+ 1 / jwC1AMB2 =1 / jwC2AMB3 =R3AMB4 =(R4+ 1 / jwC4R4) / (R4- 1 / jwC4R4)
Ara substituïu els valors d’impedàncies Z1, Z2, Z3 i Z4 a l’equació 1, obtindreu els valors de C1 i R1.
(R1+ 1 / jw C1) [(R4+ 1 / jwC4R4) / (R4- 1 / jwC4R4)] = R3(1 / jwC2) ……… .. eq (2)
Simplificant la impedància obtindrà Z4
AMB4 =(R4+ 1 / jwC4R4) / (R4- 1 / jwC4R4)
AMB4 =R4/ jwC4R4…………… .eq (3)
S'obtindrà el substitut eq (3) per l'equ (2)
(R1+ 1 / jw C1) (R4/ jwC4R4) = R3(1 / jwC2)
(R1R4) + (R4/ jw C1) = (R3/ jwC2) (1+ jwC4R4)
Simplificant l’equació anterior s’obtindrà
(R1R4) + (R4/ jw C1) = (R3/ jwC2) + (R3* R4C4/ C2) ………… eq (4)
Compareu les peces reals R1 R4 i R3 * R4C4 / 2 a l’eq (4) obtindreu un valor R1 de resistència desconegut
R1 R4 = R3 * R4C4 / C2
R1 = R3 * C4 / C2 ………… eq (5)
Compareu de manera similar les parts imaginàries R4/ jw C1i R3/ jwC2obtindrà una capacitat C desconeguda1valor
R4/ jw C1= R3/ jwC2
R4/ C1= R3/ C2
C1= (R4/ R3) C2………… eq (6)
Una equació (5) i (6) són la resistència desconeguda i la capacitat desconeguda
Mesura de Tan Delta mitjançant ScheringBridge
Pèrdua dielèctrica
Un material elèctric eficient admet una quantitat variable d’emmagatzematge de càrrega amb una mínima dissipació d’energia en forma de calor. Aquesta pèrdua de calor, eficaçment denominada pèrdua dielèctrica, és la dissipació inherent dielèctrica d'energia. Es parametritza de forma segura en termes de delta de l’angle de pèrdua o delta tan de la tangent de pèrdua. Hi ha bàsicament dues formes principals de pèrdua que poden dissipar l’energia dins d’un aïllant: són la pèrdua de conducció i la pèrdua dielèctrica. En pèrdues de conducció, el flux de càrrega a través del material provoca dissipació d'energia. Per exemple, el flux de corrent de fuita a través de l'aïllant. La pèrdua dielèctrica tendeix a ser més alta en materials amb una constant dielèctrica elevada
Circuit dielèctric equivalent
Suposem que qualsevol material dielèctric connectat en un circuit elèctric com a dielèctric entre conductors actua com un condensador pràctic. L'equivalent elèctric d'un sistema d'aquest tipus es pot dissenyar com un model d'element típic, que inclou un condensador ideal sense pèrdues en sèrie amb resistència que es coneix com a resistència de sèrie equivalent o ESR. L’ESR representa especialment pèrdues al condensador, el valor de l’ESR és molt petit en un bon condensador i el valor de l’ESR és bastant gran en un condensador dolent.
Factor de dissipació
És una mesura de la taxa de pèrdua d'energia del dielèctric, a causa de l'oscil·lació del material dielèctric a causa de la tensió de CA aplicada. El factor recíproc de qualitat es coneix com el factor de dissipació que s’expressa com Q = 1 / D. La qualitat del condensador es coneix pel factor de dissipació. La fórmula del factor de dissipació és
D = wR4C4
Schering-bridge-phasor-diagram
Per a la interpretació matemàtica, mireu el diagrama fasorial, és la proporció de l’ESR i la reactància de la capacitat. També es coneix com a tangent de l'angle de pèrdua i s'expressa habitualment com
Tan delta = ESR / XC
Tan Delta Testing
Les proves del delta marró es realitzen a l'aïllament de bobinats i cables. Aquesta prova s'utilitza per mesurar el deteriorament del cable.
Realització de proves de Tan Delta
Per dur a terme les proves delta delta, s’ha de provar l’aïllament dels cables o bobinats, primer s’aïlla i es desconnecta. Des de la font d’energia de baixa freqüència, s’aplica la tensió de prova i el controlador delta de color tan pren les mesures necessàries i, fins a la tensió nominal dels cables, s’incrementa la tensió de prova per passos. A partir del diagrama fasorial anterior del pont de Schering, podem calcular el valor de tan delta que també s’anomena D (factor de dissipació). El tan delta s’expressa com
Tan delta = WC1R1= W * (C2R4/ R3) * (R3C4/ C2) = WC4R4
Mesura de la permeabilitat relativa amb Schering Bridge
La baixa permeabilitat del material dielèctric es mesura utilitzant el pont de Schering. La disposició de plaques paral·leles de la permeabilitat relativa s’expressa matemàticament com
er=Csd / ε0A
Quan 'Cs' és el valor mesurat de la capacitat considerant l'espècimen com a dielèctric o la capacitat de l'especimen, 'd' és l'espai entre elèctrodes, 'A' és l'àrea efectiva dels elèctrodes, 'd' és el gruix de l'especimen, 't' és la bretxa entre l'elèctrode i l'especimen, 'x' és la reducció de la separació entre l'elèctrode i l'especimen, i ε0 és la permitivitat de l'espai lliure.
mesurament de permeabilitat relativa
La capacitat entre l'elèctrode i l'especimen s'expressa matemàticament com
C = CSC0/ CS+ C0……… eq (a)
On CS= εre0A / d C.0= ε0A / t
Suplent CSi C0obtindran els valors de l’equació (a)
C = (ere0A / d) (e0A / t) / (ere0A / d) + (e0A / t)
A continuació es mostra l’expressió matemàtica per reduir l’exemplar
er= d / d - x
Aquesta és l'explicació de la mesura de la permeabilitat relativa amb el pont de Schering.
Característiques
Les característiques del pont de Schering són
- A partir de l'amplificador de potencial, s'obté una alimentació d'alta tensió.
- Per a la vibració del pont, el galvanòmetre s’utilitza com a detector
- Als braços ab i ad, es col·loquen els condensadors d’alta tensió.
- La impedància del braç bc i cd és baixa i les impedàncies d’un braç ab i ad són elevades.
- El punt ‘c’ de la figura està connectat a terra.
- La impedància del braç 'ab' i 'ad' es manté alta.
- Als braços 'ab' i 'ad', la pèrdua de potència és molt petita perquè la impedància dels braços ab i ad és elevada.
Connexions
Les connexions es van donar al kit de circuits del pont Schering com les següents.
- Connecteu el terminal positiu de l'entrada al terminal positiu del circuit
- Connecteu el terminal negatiu de l'entrada al terminal negatiu del circuit
- Estableix el valor de resistència R3 a la posició zero i estableix el valor de la capacitat C3 a la posició zero
- Estableix la resistència R2 a 1000 ohms
- Engegueu la font d'alimentació
- Després de totes aquestes connexions, veureu una lectura al detector de nuls; ara ajusteu la resistència R1 de la dècada per obtenir la lectura mínima al detector de nuls digital.
- Anoteu les lectures de la resistència R1, R2 i la capacitat C2 i calculeu el valor del condensador desconegut mitjançant la fórmula
- Repetiu els passos anteriors ajustant el valor de resistència R2
- Finalment, calculeu la capacitat i la resistència mitjançant la fórmula. Aquesta és l'explicació del funcionament i les connexions del pont de Schering
Precaucions
Algunes de les precaucions que hem de prendre mentre fem connexions amb el pont són
- Assegureu-vos que la tensió no superi els 5 volts
- Comproveu correctament les connexions abans d’engegar l’alimentació
Aplicacions
Algunes de les aplicacions de l'ús de Schering Bridge són
- Ponts Schering utilitzats pels generadors
- Utilitzat pels motors de potència
- S'utilitza a xarxes industrials domèstiques, etc.
Avantatges de Schering Bridge
Els avantatges del pont Schering són
- En comparació amb altres ponts, el cost d’aquest pont és inferior
- Des de la freqüència les equacions de balanç són lliures
- A baixes tensions, pot mesurar condensadors petits
Desavantatges de Schering Bridge
Hi ha diversos desavantatges en el pont Schering de baixa tensió, a causa d'aquests inconvenients, el pont Schering d'alta freqüència i tensió és necessari per mesurar la petita capacitat.
Preguntes freqüents
1). Què és un pont Schering invertit?
El pont de Schering és un tipus de pont de corrent altern que s'utilitza per mesurar la capacitat dels condensadors.
2). Quin tipus de detector s’utilitza als ponts de corrent altern?
El tipus de detector utilitzat als ponts de corrent altern és un detector equilibrat.
3). Què s’entén per circuit de pont?
El circuit de pont és un tipus de circuit elèctric que consta de dues branques.
4). Per a quina mesura s'utilitza el pont Schering?
El pont Schering s’utilitza per mesurar la capacitat dels condensadors.
5). Com equilibres un circuit pont?
El circuit de pont s'hauria d'equilibrar seguint les dues condicions d'equilibri: magnitud i estat d'angle de fase.
En aquest article, es fa una visió general de Teoria del pont de Schering Es discuteixen, avantatges, aplicacions, desavantatges, connexions donades al circuit del pont, mesurament de la permeabilitat relativa, circuit de pont de Schering d’alta tensió, mesura delta de bronzejat i conceptes bàsics del circuit de pont de corrent altern. Aquí teniu una pregunta, quin és el factor de potència del pont de Schering?
