Il ponte Schering è un circuito elettrico utilizzato per misurare le proprietà isolanti di un cavo elettrico e di un'apparecchiatura. Si tratta di un circuito a ponte in CA sviluppato da Harald Ernst Malmsten Schering (25 novembre 1880 - 10 aprile 1959). Ha il più grande vantaggio che l'equazione bilanciata è indipendente dalla frequenza. I ponti di corrente originanti sono i ponti CA, sono gli strumenti più popolari, convenienti e prominenti o accurati, utilizzati per la misura della resistenza CA, della capacità e dell'induttanza. I ponti AC sono proprio come la DC ponti ma la differenza tra i ponti in corrente alternata e i ponti in corrente continua è l'alimentazione.
Cos'è il ponte Schering?
Definizione: Il ponte di Schering è un tipo di ponte CA, utilizzato per misurare la capacità sconosciuta, la permeabilità relativa, il fattore di dissipazione e la perdita dielettrica di un condensatore. L'alta tensione in questo ponte è ottenuta utilizzando il trasformatore elevatore. L'obiettivo principale di questo ponte è trovare il valore della capacità. Gli apparati principali necessari per il collegamento sono il kit trainer, la scatola di capacità a decade, il multimetro, il CRO e gli accordi di patch. La formula utilizzata per ottenere il valore di capacità è CX = CDue(R4/ R3).
Circuito a ponte AC di base
Nei ponti AC, le linee elettriche sono utilizzate come fonte di eccitazione alle basse frequenze, oscillatori sono usati come sorgente per misurazioni ad alta frequenza. La gamma di frequenza di un oscillatore è compresa tra 40 Hz e 125 Hz. I ponti CA non misurano solo la resistenza, la capacità e l'induttanza, ma misurano anche il fattore di potenza e il fattore di accumulo e tutti i ponti CA sono basati sul ponte di Wheatstone. Lo schema del circuito di base di un ponte in corrente alternata è mostrato nella figura seguente.
circuito-ponte-ac-base
Lo schema del circuito di base di un circuito a ponte CA è costituito da quattro impedenze Z1, Z2, Z3 e Z4, un rilevatore e una sorgente di tensione CA. Il rilevatore è posizionato tra il punto 'b' e 'd' e questo rilevatore viene utilizzato per bilanciare il ponte. Una sorgente di tensione CA è posta tra i punti 'a' e 'c' e fornisce alimentazione alla rete del ponte. Il potenziale del punto 'b' è lo stesso del potenziale punto 'd'. In termini di ampiezza e fase, entrambi i punti potenziali come b & d sono uguali. Sia in grandezza che in fase, il punto da 'a' a 'b' la caduta di tensione è uguale al punto di caduta di tensione da a ad.
Quando i ponti AC vengono utilizzati per la misurazione alle basse frequenze, la linea di alimentazione viene utilizzata come fonte di alimentazione e quando le misurazioni vengono eseguite alle alte frequenze, gli oscillatori elettronici vengono utilizzati per l'alimentazione. Un oscillatore elettronico viene utilizzato come fonte di alimentazione, le frequenze fornite dall'oscillatore sono fisse e le forme d'onda di uscita di un oscillatore elettronico sono di natura sinusoidale. Ci sono tre tipi di rilevatori utilizzati nei ponti AC sono le cuffie, vibrazionali galvanometri e sintonizzabile amplificatore circuiti.
Esistono diversi intervalli di frequenza e in questo verrà utilizzato un particolare rilevatore. La gamma di frequenza inferiore delle cuffie è 250 Hz e la gamma di alta frequenza è superiore a 3 fino a 4KHz. La gamma di frequenza del galvanometro vibrazionale va da 5Hz a 1000Hz ed è più sensibile sotto i 200Hz. La gamma di frequenza dei circuiti dell'amplificatore sintonizzabile va da 10Hz a 100KHz.
Schema del circuito del ponte Schering ad alta tensione
Lo schema del circuito del ponte Schering ad alta tensione è mostrato nella figura sottostante. Il ponte è composto da quattro bracci, nel primo braccio ci sono due capacità sconosciute C1 e C2 che dobbiamo trovare e la resistenza R1 è collegata e nel secondo braccio sono collegate la capacità variabile C4 e le resistenze R3 e R4. Al centro del ponte è collegato il rilevatore 'D'.
ponte Schering ad alta tensione
Nella figura, 'C1' è il condensatore la cui capacità deve essere sviluppata, 'R1' è una resistenza in serie che rappresenta la perdita nel condensatore C1, C2 è un condensatore standard, 'R3' è una resistenza non induttiva, 'C4 'è un condensatore variabile e' R4 'è una resistenza non induttiva variabile in parallelo con il condensatore variabile' C4 '.
Utilizzando la condizione di equilibrio del ponte, il rapporto di impedenza 'Z1 e Z2' è uguale all'impedenza 'Z3 e Z4', è espressa come
Z1 / Z2 = Z3 / Z4
Z1 * Z4 = Z3 * Z2 ………………… eq (1)
Dove CON1 =R1+ 1 / jwC1CON2 =1 / jwCDueCON3 =R3CON4 =(R4+ 1 / jwC4R4) / (R4- 1 / jwC4R4)
Ora sostituendo i valori delle impedenze Z1, Z2, Z3 e Z4 nell'equazione 1, si otterranno i valori di C1 e R1.
(R1+ 1 / jw C1) [(R4+ 1 / jwC4R4) / (R4- 1 / jwC4R4)] = R3(1 / jwCDue) ……… .. eq (2)
Semplificando si otterrà l'impedenza Z4
CON4 =(R4+ 1 / jwC4R4) / (R4- 1 / jwC4R4)
CON4 =R4/ jwC4R4…………… .eq (3)
Si otterrà la sostituzione dell'eq (3) nell'eq (2)
(R1+ 1 / jw C1) (R4/ jwC4R4) = R3(1 / jwCDue)
(R1R4) + (R4/ jw C1) = (R3/ jwCDue) (1+ jwC4R4)
Semplificando l'equazione di cui sopra otterrà
(R1R4) + (R4/ jw C1) = (R3/ jwCDue) + (R3* R4C4/ CDue) ………… eq (4)
Confronta le parti reali R1 R4 e R3 * R4C4 / 2 in eq (4) otterrà un valore di resistenza R1 sconosciuto
R1 R4 = R3 * R4C4 / C2
R1 = R3 * C4 / C2 ………… eq (5)
Allo stesso modo confronta le parti immaginarie R4/ jw C1e R3/ jwCDueotterrà una capacità sconosciuta C1valore
R4/ jw C1= R3/ jwCDue
R4/ C1= R3/ CDue
C1= (R4/ R3) CDue………… eq (6)
Un'equazione (5) e (6) sono la resistenza sconosciuta e la capacità sconosciuta
Misurazione del delta dell'abbronzatura utilizzando ScheringBridge
Perdita dielettrica
Un materiale elettrico efficiente supporta una quantità variabile di accumulo di carica con una dissipazione minima di energia sotto forma di calore. Questa perdita di calore, effettivamente definita come perdita dielettrica, è la dissipazione dielettrica intrinseca dell'energia. È parametrizzato in modo sicuro in termini di delta dell'angolo di perdita o delta tangente di perdita tan. Esistono essenzialmente due forme principali di perdita che possono dissipare energia all'interno di un isolante, sono la perdita di conduzione e la perdita dielettrica. Nella perdita di conduzione, il flusso di carica attraverso il materiale provoca la dissipazione di energia. Ad esempio, il flusso di corrente di dispersione attraverso l'isolatore. La perdita dielettrica tende ad essere maggiore nei materiali con elevata costante dielettrica
Circuito equivalente di dielettrico
Supponiamo che qualsiasi materiale dielettrico collegato in un circuito elettrico come dielettrico tra i conduttori agisca come un pratico condensatore. L'equivalente elettrico di un tale sistema può essere progettato come un tipico modello a elementi concentrati, che include un condensatore ideale senza perdite in serie con resistenza è noto come resistenza in serie equivalente o ESR. L'ESR rappresenta in particolare le perdite nel condensatore, il valore ESR è molto piccolo in un buon condensatore e il valore dell'ESR è abbastanza grande in un cattivo condensatore.
Fattore di dissipazione
È una misura del tasso di perdita di energia nel dielettrico, a causa dell'oscillazione nel materiale dielettrico dovuta alla tensione CA applicata. Il reciproco del fattore di qualità è noto come fattore di dissipazione espresso come Q = 1 / D. La qualità del condensatore è nota dal fattore di dissipazione. La formula del fattore di dissipazione è
D = wR4C4
Diagramma-fasore-ponte di Schering
Per l'interpretazione matematica, guarda il diagramma dei fasori, è il rapporto tra ESR e reattanza di capacità. È anche noto come tangente dell'angolo di perdita e comunemente espresso come
Tan delta = ESR / XC
Tan Delta Testing
Il test tan delta conduce sull'isolamento di avvolgimenti e cavi. Questo test viene utilizzato per misurare il deterioramento del cavo.
Esecuzione del test Tan Delta
Per eseguire il test tan delta, l'isolamento dei cavi o degli avvolgimenti deve essere testato, viene prima isolato e scollegato. Dalla fonte di alimentazione a bassa frequenza, viene applicata la tensione di prova e le misurazioni necessarie vengono prese dal controller tan delta e fino alla tensione nominale dei cavi, la tensione di prova viene aumentata gradualmente. Dal diagramma di fasori sopra del ponte di Schering, possiamo calcolare il valore di tan delta che è anche chiamato D (Fattore di Dissipazione). Il delta marrone chiaro è espresso come
Tan delta = WC1R1= W * (CDueR4/ R3) * (R3C4/ CDue) = WC4R4
Misurazione della permeabilità relativa con il ponte di Schering
La bassa permeabilità del materiale dielettrico viene misurata utilizzando il ponte di Schering. La disposizione a piastre parallele della permeabilità relativa è matematicamente espressa come
er=CSd / ε0PER
Dove 'Cs' è il valore misurato della capacità considerando il campione come dielettrico o come capacità del campione, 'd' è lo spazio tra gli elettrodi, 'A' è l'area effettiva degli elettrodi, 'd' è lo spessore del campione, 't' è lo spazio vuoto tra l'elettrodo e il campione, 'x' è la riduzione della separazione tra l'elettrodo e il campione e ε0 è la permettività dello spazio libero.
misura della permeabilità relativa
La capacità tra l'elettrodo e il campione viene espressa matematicamente come
C = CSC0/ CS+ C0……… eq (a)
Dove CS= εre0A / d C0= ε0A
Sostituto CSe C0i valori nell'equazione (a) otterranno
C = (ere0A / d) (e0Mangiòre0A / d) + (e0A)
Di seguito è mostrata l'espressione matematica per ridurre il campione
er= d / d - x
Questa è la spiegazione della misura della permeabilità relativa con il ponte di Schering.
Caratteristiche
Le caratteristiche del ponte Schering sono
- Dall'amplificatore di potenziale si ottiene un'alimentazione ad alta tensione.
- Per la vibrazione del ponte, il galvanometro viene utilizzato come rilevatore
- Nei bracci ab e ad sono posti i condensatori ad alta tensione.
- L'impedenza del braccio bc e cd è bassa e le impedenze di un braccio ab e ad sono alte.
- Il punto 'c' nella figura è collegato a terra.
- L'impedenza del braccio 'ab' e 'ad' viene mantenuta alta.
- Nel braccio 'ab' e 'ad', la perdita di potenza è molto piccola perché l'impedenza dei bracci ab e ad è elevata.
Connessioni
I collegamenti sono stati forniti al kit del circuito del ponte Schering come segue.
- Collegare il terminale positivo dell'ingresso al terminale positivo del circuito
- Collegare il terminale negativo dell'ingresso al terminale negativo del circuito
- Impostare il valore di resistenza R3 sulla posizione zero e impostare il valore di capacità C3 sulla posizione zero
- Impostare la resistenza R2 su 1000 ohm
- Accendere l'alimentazione
- Dopo tutte queste connessioni vedrai una lettura nel rilevatore nullo, ora regola la resistenza a decadi R1 per ottenere la lettura minima nel rilevatore nullo digitale
- Annotare le letture della resistenza R1, R2 e della capacità C2 e calcolare il valore del condensatore sconosciuto utilizzando la formula
- Ripetere i passaggi precedenti regolando il valore della resistenza R2
- Infine, calcola la capacità e la resistenza utilizzando la formula. Questa è la spiegazione del funzionamento e dei collegamenti del ponte Schering
Precauzioni
Alcune delle precauzioni che dovremmo prendere mentre forniamo i collegamenti al ponte sono
- Assicurati che la tensione non superi i 5 volt
- Verificare i collegamenti correttamente prima di accendere l'alimentazione
Applicazioni
Alcune delle applicazioni dell'utilizzo del ponte Schering sono
- Ponti Schering utilizzati dai generatori
- Utilizzato dai motori di potenza
- Utilizzato nelle reti industriali domestiche, ecc
Vantaggi del ponte Schering
I vantaggi del ponte Schering sono
- Rispetto ad altri ponti, il costo di questo ponte è inferiore
- Dalla frequenza le equazioni di bilancio sono libere
- A basse tensioni, può misurare piccoli condensatori
Svantaggi di Schering Bridge
Ci sono diversi svantaggi nel ponte Schering a bassa tensione, a causa di questi svantaggi il ponte Schering ad alta frequenza e tensione sono necessari per misurare la piccola capacità.
Domande frequenti
1). Cos'è un ponte di Schering invertito?
Il ponte di Schering è un tipo di ponte a corrente alternata che viene utilizzato per misurare la capacità dei condensatori.
2). Quale tipo di rilevatore viene utilizzato nei ponti CA?
Il tipo di rilevatore utilizzato nei ponti CA è un rilevatore bilanciato.
3). Cosa si intende per circuito a ponte?
Il circuito a ponte è un tipo di circuito elettrico costituito da due rami.
4). Per quale misura viene utilizzato il ponte di Schering?
Il ponte di Schering viene utilizzato per misurare la capacità dei condensatori.
5). Come si bilancia un circuito a ponte?
Il circuito a ponte deve essere bilanciato seguendo le due condizioni di equilibrio che sono l'ampiezza e la condizione dell'angolo di fase.
In questo articolo, la panoramica di Teoria del ponte di Schering Vengono discussi vantaggi, applicazioni, svantaggi, connessioni fornite al circuito del ponte, misurazione della permeabilità relativa, circuito del ponte Schering ad alta tensione, misurazione delta tan e basi del circuito del ponte CA. Ecco una domanda per te, qual è il fattore di potenza del ponte Schering?
