Schering Bridge je elektrický obvod používaný na meranie izolačných vlastností elektrického kábla a zariadenia. Jedná sa o striedavý mostný obvod vyvinutý Haraldom Ernstom Malmstenom Scheringom (25. novembra 1880 - 10. apríla 1959). Má najväčšiu výhodu v tom, že vyvážená rovnica je nezávislá od frekvencie. Pôvodné prúdové mostíky sú mosty striedavého prúdu, sú to najobľúbenejšie, najpraktickejšie a najpresnejšie prístroje používané na meranie odporu, kapacity a indukčnosti. Ac mosty sú ako DC mosty ale rozdiel medzi mostmi na striedavý prúd a mostmi na jednosmerný prúd je napájanie.

Čo je Schering Bridge?

Definícia: Scheringov most je jeden typ striedavého mostíka, ktorý sa používa na meranie neznámej kapacity, relatívnej permeability, disipačného faktora a dielektrickej straty kondenzátora. Vysoké napätie v tomto mostíku sa získa použitím zosilňovacieho transformátora. Hlavným cieľom tohto mostíka je nájsť kapacitnú hodnotu. Hlavným prístrojom potrebným na pripojenie je cvičná súprava, kapacitný box dekády, multimetr, CRO a patch akordy. Vzorec použitý na získanie hodnoty kapacity je CX = C_dva(R.₄/ R₃).

Základný AC mostíkový obvod

V AC mostíkoch sa elektrické vedenia používajú ako zdroj budenia pri nízkych frekvenciách, oscilátory sa používajú ako zdroj pri vysokofrekvenčných meraniach. Frekvenčný rozsah oscilátora je 40 Hz až 125 Hz. AC mostíky nielen merajú odpor, kapacitu a indukčnosť, ale tiež merajú účinník a úložný faktor a všetky AC mosty sú založené na Wheatstoneovom moste. Základná schéma zapojenia mosta so striedavým prúdom je uvedená na nasledujúcom obrázku.

základný-striedavý-mostný obvod

Základná schéma zapojenia striedavého mostíkového obvodu pozostáva zo štyroch impedancií Z1, Z2, Z3 a Z4, detektora a zdroja striedavého napätia. Detektor je umiestnený medzi bodom „b“ a „d“ a tento detektor sa používa na vyváženie mostíka. Medzi bodmi „a“ a „c“ je umiestnený zdroj striedavého napätia, ktorý dodáva energiu do mostovej siete. Potenciál bodu „b“ je rovnaký ako potenciál bodu „b“. Pokiaľ ide o amplitúdu a fázu, obidva potenciálne body ako b & d sú rovnaké. Ako veľkosť, tak aj fáza, je pokles napätia v bode „a“ až „b“ rovný bodu poklesu napätia v a až d.

Ak sa na meranie pri nízkych frekvenciách používajú striedavé mostíky, potom sa ako zdroj napájania použije elektrické vedenie a keď sa merania uskutočňujú pri vysokých frekvenciách, potom sa na napájanie použijú elektronické oscilátory. Ako zdroj napájania sa používa elektronický oscilátor, frekvencie poskytované oscilátorom sú nemenné a výstupné krivky elektronického oscilátora majú sínusový charakter. V sieťových mostíkoch sa používajú tri typy detektorov, ktorými sú vibračné slúchadlá galvanometre a laditeľné zosilňovač obvodov.

Existujú rôzne frekvenčné rozsahy a v tom bude použitý konkrétny detektor. Dolný frekvenčný rozsah slúchadiel je 250 Hz a vysokofrekvenčný rozsah je nad 3 až 4 Hz. Frekvenčný rozsah vibračného galvanometra je od 5 Hz do 1 000 Hz a je citlivejší pod 200 Hz. Frekvenčný rozsah laditeľných obvodov zosilňovača je od 10 Hz do 100 kHz.

Schéma zapojenia vysokonapäťového Scheringovho mostíka

Schéma zapojenia Scheringovho mostíka vysokého napätia je znázornená na nasledujúcom obrázku. Most sa skladá zo štyroch ramien, v prvom ramene sú dve neznáme kapacity C1 a C2, ktoré musíme nájsť, a je pripojený odpor R1 a v druhom ramene sú pripojené premenná kapacita C4 a odpory R3 a R4. V strede mosta je pripojený detektor „D“.

“súčet produktov booleovský výraz ”

Scheringov most vysokého napätia

Na obrázku je „C1“ kondenzátor, ktorého kapacita musí byť vyvinutá, „R1“ je sériový odpor predstavujúci stratu v kondenzátore C1, C2 je štandardný kondenzátor, „R3“ je neindukčný odpor, „C4 „je variabilný kondenzátor a„ R4 “je variabilný neindukčný odpor paralelne s variabilným kondenzátorom„ C4 “.

Použitím rovnovážneho stavu mostíka sa pomer impedancie „Z1 a Z2“ rovná impedancii „Z3 a Z4“, vyjadruje sa ako

Z1 / Z2 = Z3 / Z4

Z1 * Z4 = Z3 * Z2 ………………… ekv. (1)

Kde S_{1 =}R₁+ 1 / jwC₁S_{2 =}1 / jwC_dvaS_{3 =}R₃S_{4 =}(R.₄+ 1 / jwC₄R₄) / (R.₄- 1 / jwC₄R₄)

Teraz dosaďte hodnoty impedancií Z1, Z2, Z3 a Z4 v rovnici 1, získate hodnoty C1 a R1.

(R.₁+ 1 / jw C₁) [(R.₄+ 1 / jwC₄R₄) / (R.₄- 1 / jwC₄R₄)] = R₃(1 / jwC_dva) ……… .. ekv (2)

Zjednodušením impedancie sa Z4 dostane

S_{4 =}(R.₄+ 1 / jwC₄R₄) / (R.₄- 1 / jwC₄R₄)

S_{4 =}R₄/ jwC₄R₄…………… .eq (3)

Náhradník eq (3) v eq (2) dostane

(R.₁+ 1 / jw C₁) (R.₄/ jwC₄R₄) = R₃(1 / jwC_dva)

(R.₁R₄) + (R.₄/ jw C₁) = (R.₃/ jwC_dva) (1+ jwC₄R₄)

Zjednodušením vyššie uvedenej rovnice dostaneme

(R.₁R₄) + (R.₄/ jw C₁) = (R.₃/ jwC_dva) + (R.₃* R.₄C.₄/ C._dva) ………… eq (4)

Porovnaním skutočných častí R1 R4 a R3 * R4C4 / 2 v ekv (4) získate neznámu hodnotu odporu R1

“Pravdivostná tabuľka dekodéra hex až 7 segmentov ”

R1 R4 = R3 * R4C4 / C2

R1 = R3 * C4 / C2 ………… ekv. (5)

Podobne porovnaj imaginárne časti R₄/ jw C₁a R.₃/ jwC_dvadostane neznámu kapacitu C₁hodnotu

R₄/ jw C₁= R₃/ jwC_dva

R₄/ C.₁= R₃/ C._dva

C.₁= (R.₄/ R3) C_dva………… eq (6)

Rovnice (5) a (6) sú neznámy odpor a neznáma kapacita

Meranie Tan Delta pomocou ScheringBridge

Dielektrická strata

Účinný elektrický materiál podporuje premenlivé množstvo akumulácie náboja s minimálnym rozptýlením energie vo forme tepla. Táto tepelná strata, ktorá sa efektívne nazýva dielektrická strata, je inherentným dielektrickým rozptýlením energie. Parametrizuje sa bezpečne z hľadiska delta uhla straty alebo delta tangenta straty. V zásade existujú dve hlavné formy straty, ktoré môžu rozptýliť energiu v izolátore, sú to strata vedenia a dielektrická strata. Pri strate vedenia vedie tok náboja cez materiál k rozptýleniu energie. Napríklad tok zvodového prúdu cez izolátor. Dielektrická strata má tendenciu byť vyššia u materiálov s vysokou dielektrickou konštantou

Ekvivalentný obvod dielektrika

Predpokladajme, že akýkoľvek dielektrický materiál pripojený v elektrickom obvode ako dielektrikum medzi vodičmi funguje ako praktický kondenzátor. Elektrický ekvivalent takého systému je možné navrhnúť ako typický model so sústredenými prvkami, ktorý obsahuje bezstratový ideálny kondenzátor v sérii s odporom, ktorý sa nazýva ekvivalentný sériový odpor alebo ESR. ESR predstavuje najmä straty v kondenzátore, hodnota ESR je veľmi dobrá v dobrom kondenzátore a hodnota ESR je dosť veľká v prípade zlého kondenzátora.

Faktor straty

Je to miera straty energie v dielektriku z dôvodu kmitania v dielektrickom materiáli v dôsledku použitého striedavého napätia. Prevrátená hodnota faktora kvality je známa ako disipačný faktor, ktorý je vyjadrený ako Q = 1 / D. Kvalita kondenzátora je známa podľa stratového faktora. Vzorec faktora rozptýlenia je

D = wR₄C.₄

Scheringov mostík-fázorový diagram

Pre matematickú interpretáciu sa pozrite na fázorový diagram, je to pomer ESR a kapacitnej reaktancie. Je tiež známa ako tangenta stratového uhla a bežne sa vyjadruje ako

Tan delta = ESR / X_C.

Testovanie Tan Delta

Testovanie tan delta vedie na izoláciu vinutí a káblov. Toto testovanie sa používa na meranie zhoršenia stavu kábla.

Prebieha testovanie Tan Delta

Aby bolo možné vykonať test tanta delta, je potrebné najskôr otestovať izoláciu káblov alebo vinutí, najskôr ich izolovať a odpojiť. Z nízkofrekvenčného zdroja energie sa aplikuje testovacie napätie a potrebné merania sa vykonávajú pomocou regulátora tan delta a až do menovitého napätia káblov sa testovacie napätie postupne zvyšuje. Z vyššie uvedeného fázorového diagramu Scheringovho mosta môžeme vypočítať hodnotu tan delta, ktorá sa tiež nazýva D (disipačný faktor). Opálená delta je vyjadrená ako

Tan delta = WC₁R₁= W * (C_dvaR₄/ R3) * (R.₃C.₄/ C._dva) = WC₄R₄

Meranie relatívnej permeability pomocou Scheringovho mosta

Nízka permeabilita dielektrického materiálu sa meria pomocou Scheringovho mostíka. Paralelné doskové usporiadanie relatívnej permeability je matematicky vyjadrené ako

e_r₌C._sd / ε₀TO

Kde „Cs“ je nameraná hodnota kapacity vzhľadom na to, že vzorka je považovaná za dielektrickú alebo kapacitu vzorky, „d“ je priestor medzi elektródami, „A“ je účinná plocha elektród, „d“ je hrúbka vzorky, „t“ je medzera. medzi elektródou a vzorkou, „x“ je zníženie vzdialenosti medzi elektródou a vzorkou a ε0 je permitivita voľného priestoru.

meranie relatívnej priepustnosti

Kapacita medzi elektródou a vzorkou je matematicky vyjadrená ako

C = C_SC.₀/ C._S+ C.₀……… ekv (a)

Kde C._S= ε_re₀A / d C₀= ε₀A / t

Náhradník C._Sa C.₀hodnoty v rovnici (a) dostanú

C = (napr_re₀A / d) (napr₀A / t) / (napr_re₀A / d) + (napr₀A / t)

Matematický výraz na zmenšenie vzorky je uvedený nižšie

e_r= d / d - x

Toto je vysvetlenie merania relatívnej permeability pomocou Scheringovho mostíka.

Vlastnosti

Rysy Scheringovho mosta sú

Z potenciálneho zosilňovača sa získa vysoké napätie.
Pre vibrácie mosta sa ako detektor používa galvanometer
V ramenách ab a ad sú umiestnené vysokonapäťové kondenzátory.
Impedancia ramena bc a cd je nízka a impedancie ramena ab a ad sú vysoké.
Bod „c“ na obrázku je uzemnený.
Impedancia ramena „ab“ a „ad“ je udržiavaná na vysokej úrovni.
V ramene „ab“ a „ad“ je strata výkonu veľmi malá, pretože impedancia ramien ab a ad je veľká.

Pripojenia

Pripojenia boli vykonané s obvodovou súpravou Scheringovho mosta, ako je uvedené nižšie.

Pripojte kladnú svorku vstupu k kladnej svorke obvodu
Pripojte zápornú svorku vstupu k zápornej svorke obvodu
Nastavte hodnotu odporu R3 do nulovej polohy a hodnotu kapacity C3 do nulovej polohy
Nastavte odpor R2 na 1 000 ohmov
Zapnite napájanie
Po všetkých týchto pripojeniach uvidíte údaj v nulovom detektore, teraz upravte dekádny odpor R1 tak, aby ste dosiahli minimálny údaj v digitálnom nulovom detektore
Poznačte si hodnoty odporu R1, R2 a kapacity C2 a vypočítajte hodnotu neznámeho kondenzátora pomocou vzorca
Vyššie uvedené kroky opakujte úpravou hodnoty odporu R2
Nakoniec vypočítajte kapacitu a odpor pomocou vzorca. Toto je vysvetlenie fungovania a spojení Scheringovho mosta

Opatrenia

Niektoré opatrenia, ktoré by sme mali podniknúť pri pripájaní k mostu, sú

Uistite sa, že napätie nesmie prekročiť 5 voltov
Pred zapnutím napájania riadne skontrolujte pripojenia

Aplikácie

Niektoré z aplikácií využívajúcich Scheringov most sú

“spoločný kolektor vs spoločný žiarič ”

Scheringove mosty používané generátormi
Používa sa v silových motoroch
Používa sa v domácich priemyselných sieťach atď

Výhody Schering Bridge

Výhody Scheringovho mosta sú

V porovnaní s inými mostami sú náklady na tento most nižšie
Z frekvencie sú rovnovážné rovnice voľné
Pri nízkom napätí dokáže merať malé kondenzátory

Nevýhody Schering Bridge

Scheringov mostík s nízkym napätím má niekoľko nevýhod, pretože kvôli týmto nevýhodám je na meranie malej kapacity potrebný Scheringov mostík s vysokou frekvenciou a napätím.

Časté otázky

1). Čo je to obrátený Scheringov most?

Scheringov most je jeden typ mosta na striedavý prúd, ktorý sa používa na meranie kapacity kondenzátorov.

2). Aký typ detektora sa používa v AC mostíkoch?

Typ detektora používaného v AC mostíkoch je vyvážený detektor.

3). Čo sa myslí pod mostom?

Mostový obvod je jeden typ elektrického obvodu, ktorý sa skladá z dvoch vetiev.

4). Na aké meranie sa používa Scheringov most?

Scheringov most sa používa na meranie kapacity kondenzátorov.

5). Ako vyvažujete mostný okruh?

Mostový obvod by sa mal vyvážiť podľa dvoch podmienok vyváženia, ktorými sú veľkosť a stav fázového uhla.

V tomto článku je prehľad Teória Scheringovho mosta , sú diskutované výhody, aplikácie, nevýhody, zapojenia do mostného obvodu, meranie relatívnej permeability, vysokonapäťový Scheringov mostíkový obvod, meranie tan delta a základy AC mostíkového obvodu. Tu je otázka, aký je výkonový faktor Scheringovho mosta?