Schering Bridge je elektrický obvod používaný k měření izolačních vlastností elektrického kabelu a zařízení. Jedná se o střídavý můstkový obvod vyvinutý Haraldem Ernstem Malmstenem Scheringem (25. listopadu 1880 - 10. dubna 1959). Má největší výhodu v tom, že vyvážená rovnice je nezávislá na frekvenci. Původní proudové můstky jsou střídavé můstky, jsou to nejoblíbenější, nejvhodnější a nejpřednější nebo nejpřesnější přístroje používané k měření střídavého odporu, kapacity a indukčnosti. Ac mosty jsou jako DC mosty ale rozdíl mezi můstky střídavého proudu a můstky stejnosměrného proudu je napájecí zdroj.

Co je Schering Bridge?

Definice: Scheringův most je jeden typ střídavého můstku, který se používá k měření neznámé kapacity, relativní propustnosti, ztrátového činitele a dielektrické ztráty kondenzátoru. Vysoké napětí v tomto můstku se získá pomocí zesilovacího transformátoru. Hlavním cílem tohoto mostu je najít hodnotu kapacity. Hlavním zařízením potřebným pro připojení je cvičná sada, kapacitní box dekády, multimetr, CRO a patch akordy. Vzorec použitý k získání hodnoty kapacity je CX = C_dva(R.₄/ R.₃).

Základní střídavý můstkový obvod

V AC můstcích se elektrické vedení používá jako zdroj buzení při nízkých frekvencích, oscilátory se používají jako zdroj při vysokofrekvenčních měřeních. Frekvenční rozsah oscilátoru je 40 Hz až 125 Hz. AC můstky nejen měří odpor, kapacitu a indukčnost, ale také měří účiník a úložný faktor a všechny střídavé můstky jsou založeny na Wheatstoneově můstku. Základní schéma zapojení můstku střídavého proudu je uvedeno na následujícím obrázku.

základní střídavý obvod

Základní obvodové schéma střídavého můstkového obvodu se skládá ze čtyř impedancí Z1, Z2, Z3 a Z4, detektoru a zdroje střídavého napětí. Detektor je umístěn mezi bodem „b“ a „d“ a tento detektor se používá k vyvážení můstku. Mezi body „a“ a „c“ je umístěn zdroj střídavého napětí, který dodává energii do mostní sítě. Potenciál bodu „b“ je stejný jako potenciál bodu „b“. Pokud jde o amplitudu a fázi, oba potenciální body jako b & d jsou stejné. Jak v magnitudě, tak ve fázi je pokles napětí v bodě „a“ až „b“ roven bodu poklesu napětí v a až d.

Když se pro měření při nízkých frekvencích používají střídavé můstky, použije se jako zdroj napájení napájecí vedení a když se měření provádějí při vysokých frekvencích, použijí se pro napájení elektronické oscilátory. Jako zdroj napájení se používá elektronický oscilátor, frekvence poskytované oscilátorem jsou pevné a výstupní křivky elektronického oscilátoru mají sinusovou povahu. V AC můstcích se používají tři typy detektorů, jsou to sluchátka, vibrační galvanometry a laditelné zesilovač obvodů.

Existují různé frekvenční rozsahy a v tom bude použit konkrétní detektor. Dolní frekvenční rozsah sluchátek je 250 Hz a vysokofrekvenční rozsah je vyšší než 3 až 4 Hz. Frekvenční rozsah vibračního galvanometru je od 5 Hz do 1000 Hz a je citlivější pod 200 Hz. Frekvenční rozsah laditelných obvodů zesilovače je od 10 Hz do 100 kHz.

Schéma zapojení Schering Bridge vysokého napětí

Schéma zapojení Scheringova mostu vysokého napětí je znázorněno na následujícím obrázku. Most se skládá ze čtyř ramen, v prvním rameni jsou dvě neznámé kapacity C1 a C2, které musíme najít, a je připojen odpor R1 a ve druhém rameni jsou připojeny proměnná kapacita C4 a odpory R3 a R4. Ve středu můstku je připojen detektor „D“.

“princip fungování ampérmetru a voltmetru ”

vysokonapěťový Scheringův most

Na obrázku je „C1“ kondenzátor, jehož kapacita musí být vyvinuta, „R1“ je sériový odpor představující ztrátu kondenzátoru C1, C2 je standardní kondenzátor, „R3“ je neinduktivní odpor, „C4 „je proměnný kondenzátor a„ R4 “je proměnný neindukční odpor paralelně s proměnným kondenzátorem„ C4 “.

Použitím rovnovážného stavu můstku je poměr impedance „Z1 a Z2“ roven impedanci „Z3 a Z4“, je vyjádřen jako

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)

Nyní dosaďte hodnoty impedancí Z1, Z2, Z3 a Z4 v rovnici 1, dostanete hodnoty C1 a R1.

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

Zjednodušením impedance získá Z4

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 výše uvedené rovnice získáme

(R.₁R₄) + (R.₄/ jw C₁) = (R.₃/ jwC_dva) + (R.₃* R.₄C₄/ C._dva) ………… eq (4)

Porovnáním skutečných dílů R1 R4 a R3 * R4C4 / 2 v rovnici (4) získá neznámou hodnotu odporu R1

“kolik typů transformátorů ”

R1 R4 = R3 * R4C4 / C2

R1 = R3 * C4 / C2 ………… ekv. (5)

Podobně porovnejte imaginární části R₄/ jw C₁a R.₃/ jwC_dvazíská neznámou kapacitu C.₁hodnota

R₄/ jw C₁= R.₃/ jwC_dva

R₄/ C.₁= R.₃/ C._dva

C₁= (R.₄/ R3) C._dva………… eq (6)

Rovnice (5) a (6) jsou neznámý odpor a neznámá kapacita

Měření Tan Delta pomocí ScheringBridge

Dielektrická ztráta

Účinný elektrický materiál podporuje různé množství akumulace náboje s minimálním rozptylem energie ve formě tepla. Tato tepelná ztráta, účinně označovaná jako dielektrická ztráta, je dielektrický inherentní rozptyl energie. Je parametrizován bezpečně, pokud jde o delta úhlu ztráty nebo ztrátu tangenta tan delta. V zásadě existují dvě hlavní formy ztráty, které mohou rozptýlit energii v izolátoru, jsou to ztráta vedení a dielektrická ztráta. Při ztrátě vedení způsobuje tok náboje materiálem rozptyl energie. Například tok svodového proudu přes izolátor. Dielektrická ztráta má tendenci být vyšší u materiálů s vysokou dielektrickou konstantou

Ekvivalentní obvod dielektrika

Předpokládejme, že jakýkoli dielektrický materiál připojený v elektrickém obvodu jako dielektrikum mezi vodiči funguje jako praktický kondenzátor. Elektrický ekvivalent takového systému lze navrhnout jako typický model se soustředěnými prvky, který zahrnuje bezeztrátový ideální kondenzátor v sérii s odporem, který se nazývá ekvivalentní sériový odpor nebo ESR. ESR představuje zejména ztráty v kondenzátoru, hodnota ESR je velmi dobrá u dobrého kondenzátoru a hodnota ESR je poměrně velká u špatného kondenzátoru.

Ztrátový faktor

Jde o míru ztráty energie v dielektriku kvůli kmitání v dielektrickém materiálu v důsledku aplikovaného střídavého napětí. Převrácená hodnota faktoru kvality je známá jako disipační faktor, který je vyjádřen jako Q = 1 / D. Kvalita kondenzátoru je známa podle ztrátového činitele. Vzorec faktoru rozptýlení je

D = wR₄C₄

Scheringův můstek-fázorový diagram

Pro matematickou interpretaci se podívejte na fázorový diagram, je to poměr ESR a kapacitní reaktance. Je také znám jako tečna úhlu ztráty a běžně se vyjadřuje jako

Tan delta = ESR / X_C

Testování Tan Delta

Testování tan delta vede na izolaci vinutí a kabelů. Toto testování se používá k měření zhoršení stavu kabelu.

Provádění testování Tan Delta

Aby bylo možné provést testování tan delta, je třeba nejprve otestovat izolaci kabelů nebo vinutí, nejprve je izolovat a odpojit. Z nízkofrekvenčního napájecího zdroje se aplikuje testovací napětí a řídicí jednotka tan delta provádí potřebná měření a až na jmenovité napětí kabelů se testovací napětí postupně zvyšuje. Z výše uvedeného fázorového diagramu Scheringova můstku můžeme vypočítat hodnotu tan delta, která se také nazývá D (ztrátový faktor). Opálená delta je vyjádřena jako

Tan delta = toaleta₁R₁= W * (C_dvaR₄/ R3) * (R.₃C₄/ C._dva) = WC₄R₄

Měření relativní propustnosti Scheringovým mostem

Nízká propustnost dielektrického materiálu se měří pomocí Scheringova můstku. Uspořádání paralelní desky relativní propustnosti je matematicky vyjádřeno jako

E_r₌C_sd / ε₀NA

Kde „Cs“ je naměřená hodnota kapacity uvažováním vzorku jako dielektrické nebo kapacitní kapacity vzorku, „d“ je prostor mezi elektrodami, „A“ je účinná plocha elektrod, „d“ je tloušťka vzorku, „t“ je mezera mezi elektrodou a vzorkem, „x“ je zmenšení vzdálenosti mezi elektrodou a vzorkem a ε0 je permitivita volného prostoru.

měření relativní propustnosti

Kapacita mezi elektrodou a vzorkem je matematicky vyjádřena jako

C = C_SC₀/ C._S+ C.₀……… eq (a)

Kde C_S= ε_rE₀A / d C₀= ε₀V

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

C = (např_rE₀A / d) (např₀A / t) / (např_rE₀A / d) + (např₀V)

Matematický výraz pro zmenšení vzorku je uveden níže

E_r= d / d - x

Toto je vysvětlení měření relativní propustnosti Scheringovým můstkem.

Funkce

Vlastnosti Scheringova mostu jsou

Z potenciálního zesilovače se získá zdroj vysokého napětí.
Pro vibrace můstku se jako detektor používá galvanometr
V ramenech ab a ad jsou umístěny vysokonapěťové kondenzátory.
Impedance ramene bc a cd jsou nízké a impedance ramene ab a ad jsou vysoké.
Bod „c“ na obrázku je uzemněn.
Impedance paže „ab“ a „ad“ je udržována na vysoké úrovni.
V rameni „ab“ a „ad“ je ztráta energie velmi malá, protože impedance ramen ab a ad je vysoká.

Připojení

Spojení byla dána do Scheringova můstkového obvodu, jak je uvedeno níže.

Připojte kladnou svorku vstupu ke kladné svorce obvodu
Připojte zápornou svorku vstupu k záporné svorce obvodu
Nastavte hodnotu odporu R3 do nulové polohy a hodnotu kapacity C3 do nulové polohy
Nastavte odpor R2 na 1000 ohmů
Zapněte napájení
Po všech těchto připojeních uvidíte čtení v nulovém detektoru, nyní upravte dekadický odpor R1, abyste získali minimální hodnotu v digitálním nulovém detektoru
Poznamenejte si hodnoty odporu R1, R2 a kapacity C2 a vypočítejte hodnotu neznámého kondenzátoru pomocí vzorce
Výše uvedené kroky opakujte úpravou hodnoty odporu R2
Nakonec vypočítejte kapacitu a odpor pomocí vzorce. Toto je vysvětlení fungování a připojení Scheringova mostu

Opatření

Některá preventivní opatření, která bychom měli podniknout při připojování k mostu, jsou

Ujistěte se, že napětí nesmí překročit 5 voltů
Před zapnutím napájení řádně zkontrolujte připojení

Aplikace

Některé aplikace použití Scheringova mostu jsou

Scheringovy mosty používané generátory
Používá se u výkonových motorů
Používá se v domácích průmyslových sítích atd

Výhody Schering Bridge

Výhody Scheringova mostu jsou

Ve srovnání s jinými mosty jsou náklady na tento most nižší
Z frekvence jsou bilanční rovnice zdarma
Při nízkém napětí může měřit malé kondenzátory

Nevýhody Schering Bridge

V nízkonapěťovém Scheringově můstku existuje několik nevýhod, kvůli těmto nevýhodám je pro měření malé kapacity zapotřebí Scheringův most s vysokou frekvencí a napětím.

“mezní kmitočtová rovnice, horní propust ”

Časté dotazy

1). Co je to obrácený Scheringův most?

Scheringův můstek je jeden typ můstku střídavého proudu, který se používá k měření kapacity kondenzátorů.

2). Jaký typ detektoru se používá v AC můstcích?

Typ detektoru použitého v AC můstcích je vyvážený detektor.

3). Co se rozumí pod mostem?

Mostový obvod je jeden typ elektrického obvodu, který se skládá ze dvou větví.

4). Pro jaké měření se používá Scheringův most?

Scheringův můstek se používá k měření kapacity kondenzátorů.

5). Jak vyvažujete mostní obvod?

Můstkový obvod by měl být vyvážen sledováním dvou podmínek vyvážení, kterými jsou velikost a stav fázového úhlu.

V tomto článku je přehled Teorie Scheringova mostu jsou diskutovány výhody, aplikace, nevýhody, zapojení dané do můstkového obvodu, měření relativní propustnosti, vysokonapěťový Scheringův můstkový obvod, měření tan delta a základy střídavého můstkového obvodu. Zde je otázka, jaký je výkonový faktor Scheringova mostu?