Schering Bridge is een elektrisch circuit dat wordt gebruikt voor het meten van de isolerende eigenschappen van een elektrische kabel en apparatuur. Het is een wisselstroombrugcircuit ontwikkeld door Harald Ernst Malmsten Schering (25 november 1880 - 10 april 1959). Het grootste voordeel is dat de gebalanceerde vergelijking frequentie-onafhankelijk is. De oorspronkelijke stroombruggen zijn de AC-bruggen, het zijn de meest populaire, handige en prominente of nauwkeurige instrumenten die worden gebruikt voor het meten van AC-weerstand, capaciteit en inductantie. De Ac-bruggen zijn net als de DC bruggen maar het verschil tussen de wisselstroombruggen en de gelijkstroombruggen is de voeding.

Wat is de Scheringbrug?

Definitie: De Schering-brug is een type AC-brug, die wordt gebruikt om de onbekende capaciteit, relatieve permeabiliteit, dissipatiefactor en diëlektrisch verlies van een condensator te meten. De hoge spanning in deze brug wordt verkregen door gebruik te maken van de step-up transformator. Het belangrijkste doel van deze brug is om de capaciteitswaarde te vinden. Het belangrijkste apparaat dat nodig is om verbinding te maken, is een trainerkit, een decenniumcapaciteitsbox, een multimeter, CRO en patchakkoorden. De formule die wordt gebruikt om de capaciteitswaarde te krijgen, is de CX = C_twee(R.₄/ R₃

Basis AC-brugcircuit

In AC-bruggen worden de hoogspanningslijnen gebruikt als een bron van excitatie bij lage frequenties, oscillatoren worden gebruikt als bron bij hoogfrequente metingen. Het frequentiebereik van een oscillator is 40 Hz tot 125 Hz. De AC-bruggen meten niet alleen de weerstand, capaciteit en inductantie, maar meten ook de arbeidsfactor en opslagfactor en alle AC-bruggen zijn gebaseerd op de Wheatstone-brug. Het basisschema van een wisselstroombrug wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding.

basis-ac-bridge-circuit

Het basiscircuitschema van een AC-brugcircuit bestaat uit Z1, Z2, Z3 en Z4 vier impedanties, een detector en een AC-spanningsbron. De detector wordt tussen punt ‘b’ en ‘d’ geplaatst en deze detector wordt gebruikt om de brug in evenwicht te brengen. Een wisselspanningsbron wordt tussen het punt ‘a’ en ‘c’ geplaatst en levert stroom aan het brugnetwerk. Het potentieel van punt ‘b’ is hetzelfde als het potentiële punt ‘d’. In termen van amplitude en fase zijn beide potentiële punten zoals b & d gelijk. Zowel in grootte als in fase is het punt ‘a’ tot ‘b’ de spanningsval gelijk aan het spanningsvalpunt a tot d.

Wanneer de AC-bruggen worden gebruikt voor de meting op lage frequenties, wordt de voedingslijn gebruikt als voedingsbron en wanneer de metingen worden gedaan op de hoge frequenties, worden de elektronische oscillatoren gebruikt voor de voeding. Een elektronische oscillator wordt gebruikt als een voedingsbron, de frequenties die door de oscillator worden geleverd, zijn vast en de uitgangsgolfvormen van een elektronische oscillator zijn sinusvormig van aard. Er zijn drie soorten detectoren die worden gebruikt in AC-bruggen, het zijn koptelefoons, vibrerend galvanometers , en afstembaar versterker circuits.

Er zijn verschillende frequentiebereiken en daarbij wordt een bepaalde detector gebruikt. Het lagere frequentiebereik van de hoofdtelefoon is 250 Hz en het hoge frequentiebereik is hoger dan 3 tot 4KHz. Het frequentiebereik van de trillingsgalvanometer is van 5 Hz tot 1000 Hz en is gevoeliger onder 200 Hz. Het frequentiebereik van de afstembare versterkercircuits is van 10Hz tot 100KHz.

Scheringbrug schakelschema hoogspanning

Het schakelschema van de Schering-brug met hoge spanning wordt getoond in de onderstaande afbeelding. De brug bestaat uit vier armen, in de eerste arm zijn er twee onbekende capaciteiten C1 en C2 die we moeten vinden en weerstand R1 is aangesloten en in de tweede arm zijn de variabele capaciteit C4 en de weerstanden R3 en R4 aangesloten. In het midden van de brug is ‘D’ detector aangesloten.

“rc laagdoorlaatfilter grafiek ”

hoogspannings-Schering-brug

In de figuur is 'C1' de condensator waarvan de capaciteit moet worden ontwikkeld, 'R1' is een serieweerstand die het verlies in de condensator C1 vertegenwoordigt, C2 is de standaardcondensator, 'R3' is een niet-inductieve weerstand, 'C4 'is een variabele condensator, en' R4 'is een variabele niet-inductieve weerstand parallel aan de variabele condensator' C4 '.

Door de balansvoorwaarde van de brug te gebruiken, is de verhouding van impedantie ‘Z1 & Z2’ gelijk aan de impedantie ‘Z3 & Z4’, dit wordt uitgedrukt als

Z1 / Z2 = Z3 / Z4

Z1 * Z4 = Z3 * Z2 ………………… eq (1)

Waar MET_{1 =}R₁+ 1 / jwC₁MET_{2 =}1 / jwC_tweeMET_{3 =}R₃MET_{4 =}(R.₄+ 1 / jwC₄R₄) / (R.₄- 1 / jwC₄R₄

Vervang nu de waarden van impedanties Z1, Z2, Z3 en Z4 in vergelijking 1, en krijg de waarden van C1 en R1.

(R.₁+ 1 / jw C₁) [(R₄+ 1 / jwC₄R₄) / (R.₄- 1 / jwC₄R₄)] = R₃(1 / jwC_twee) ……… .. eq (2)

Door de impedantie te vereenvoudigen krijgt Z4

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

MET_{4 =}R₄/ jwC₄R₄…………… .eq (3)

Vervangende vergelijking (3) in vergelijking (2) krijgt

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

(R.₁R₄) + (R₄/ jw C₁) = (R₃/ jwC_twee) (1+ jwC₄R₄

Door de bovenstaande vergelijking te vereenvoudigen, krijgt u

(R.₁R₄) + (R₄/ jw C₁) = (R₃/ jwC_twee) + (R₃* R₄C₄/ C_twee) ………… eq (4)

Vergelijk echte onderdelen R1 R4 en R3 * R4C4 / 2 in vergelijking (4) krijgt een onbekende weerstand R1-waarde

“3 fase versus 2 fase ”

R1 R4 = R3 * R4C4 / C2

R1 = R3 * C4 / C2 ………… eq (5)

Vergelijk op dezelfde manier denkbeeldige delen R₄/ jw C₁en R₃/ jwC_tweekrijgt onbekende capaciteit C₁waarde

R₄/ jw C₁= R₃/ jwC_twee

R₄/ C₁= R₃/ C_twee

C₁= (R₄/ R3) C_twee………… eq (6)

Een vergelijking (5) en (6) zijn de onbekende weerstand en onbekende capaciteit

Tan Delta-meting met ScheringBridge

Diëlektrisch verlies

Een efficiënt elektrisch materiaal ondersteunt een variërende hoeveelheid ladingopslag met minimale dissipatie van energie in de vorm van warmte. Dit warmteverlies, effectief diëlektrisch verlies genoemd, is de diëlektrische inherente dissipatie van energie. Het is veilig geparametriseerd in termen van verlieshoekdelta of verlies tangens tan delta. Er zijn in wezen twee hoofdvormen van verlies die energie binnen een isolator kunnen dissiperen, namelijk geleidingsverlies en diëlektrisch verlies. Bij geleidingsverlies veroorzaakt de stroom van lading door het materiaal energiedissipatie. Bijvoorbeeld de stroom van lekstroom door de isolator. Het diëlektrische verlies is meestal hoger bij materialen met een hoge diëlektrische constante

Equivalent circuit van diëlektricum

Laten we aannemen dat elk diëlektrisch materiaal dat in een elektrisch circuit is aangesloten als een diëlektricum tussen geleiders, fungeert als een praktische condensator. Het elektrische equivalent van een dergelijk systeem kan worden ontworpen als een typisch lumped element-model, dat een verliesvrije ideale condensator in serie met weerstand omvat, bekend als een equivalente serieweerstand of ESR. De ESR vertegenwoordigt vooral verliezen in de condensator, de ESR-waarde is erg klein in een goede condensator en de waarde van ESR is vrij groot in een slechte condensator.

Dissipatiefactor

Het is een maat voor het verliespercentage van de energie in het diëlektricum, vanwege de oscillatie in diëlektrisch materiaal als gevolg van aangelegde wisselspanning. Het omgekeerde van de kwaliteitsfactor staat bekend als de dissipatiefactor die wordt uitgedrukt als Q = 1 / D. De kwaliteit van de condensator is bekend door de dissipatiefactor. De dissipatiefactorformule is

D = wR₄C₄

Schering-brug-fasordiagram

Kijk voor wiskundige interpretatie naar het fasordiagram, het is de verhouding tussen de ESR en de capaciteitsreactantie. Het is ook bekend als een tangens van verlieshoek en wordt gewoonlijk uitgedrukt als

Tan delta = ESR / X_C

Tan Delta-testen

De tan-deltatests worden uitgevoerd op de isolatie van wikkelingen en kabels. Deze test wordt gebruikt om de verslechtering van de kabel te meten.

Tan Delta-testen uitvoeren

Om de tan-deltatest uit te voeren, moet de isolatie van de kabels of wikkelingen worden getest, eerst worden geïsoleerd en losgekoppeld. Vanaf de laagfrequente stroombron wordt de testspanning aangelegd en worden de nodige metingen uitgevoerd door de tan-delta-controller, en tot de nominale spanning van de kabels wordt de testspanning in stappen verhoogd. Uit het bovenstaande fasordiagram van de Schering-brug kunnen we de waarde van de tan-delta berekenen, ook wel D (dissipatiefactor) genoemd. De tan-delta wordt uitgedrukt als

Tan delta = wc₁R₁= W * (C_tweeR₄/ R3) * (R₃C₄/ C_twee) = WC₄R₄

Meting van relatieve permeabiliteit met Schering Bridge

De lage permeabiliteit van het diëlektrische materiaal wordt gemeten met behulp van de Schering-brug. De opstelling van de parallelle platen van de relatieve permeabiliteit wordt wiskundig uitgedrukt als

e_rC_sd / ε₀NAAR

Waar 'Cs' de gemeten capaciteit is door het monster te beschouwen als diëlektrische of monstercapaciteit, is 'd' de ruimte tussen de elektroden, 'A' is het effectieve gebied van de elektroden, 'd' is de dikte van het monster, 't' is de opening tussen de elektrode en het monster, 'x' is de vermindering van de scheiding tussen elektrode en monster, en ε0 is de permittiviteit van de vrije ruimte.

meting-van-relatieve-permeabiliteit

De capaciteit tussen de elektrode en het monster wordt wiskundig uitgedrukt als

C = C_SC₀/ C_S+ C₀……… eq (a)

Waar C_S= ε_re₀A / d C₀= ε₀Bij

Wissel C_Sen C₀waarden in vergelijking (a) krijgen

C = (bijv_re₀A / d) (e₀A / t) / (e_re₀A / d) + (e₀Bij)

De wiskundige uitdrukking om het monster te verkleinen wordt hieronder weergegeven

e_r= d / d - x

Dit is de uitleg van de meting van relatieve permeabiliteit met de Scheringbrug.

Kenmerken

De kenmerken van de Scheringbrug zijn

Van de potentiaalversterker wordt een hoogspanningsvoeding verkregen.
Voor de brugtrilling wordt de galvanometer als detector gebruikt
In de armen ab en ad zijn de hoogspanningscondensatoren geplaatst.
De impedantie van de arm bc en cd is laag en de impedanties van een arm ab en ad zijn hoog.
Het ‘c’ -punt in de figuur is geaard.
De arm ‘ab’ en ‘ad’ impedantie wordt hoog gehouden.
In de arm ‘ab’ en ‘ad’ is het vermogensverlies erg klein omdat de impedantie van armen ab en ad hoog is.

Verbindingen

De verbindingen werden als volgt aan de Schering-brugcircuitkit gegeven.

“klasse een push-pull versterker ”

Verbind de positieve pool van de ingang met de positieve pool van het circuit
Verbind de minpool van de ingang met de minpool van het circuit
Stel de weerstandswaarde R3 in op nul en stel de capaciteitswaarde C3 in op nul
Stel de weerstand R2 in op 1000 ohm
Schakel de stroomtoevoer in
Na al deze verbindingen ziet u een aflezing in de nuldetector, pas nu de decenniumweerstand R1 aan om de minimale aflezing in de digitale nuldetector te krijgen
Noteer de aflezingen van weerstand R1, R2 en capaciteit C2 en bereken de waarde van de onbekende condensator met behulp van de formule
Herhaal de bovenstaande stappen door de weerstand R2-waarde aan te passen
Bereken ten slotte de capaciteit en weerstand met behulp van de formule. Dit is de uitleg van de werking en aansluitingen van de Scheringbrug

Voorzorgsmaatregelen

Enkele van de voorzorgsmaatregelen die we moeten nemen bij het maken van verbindingen met de brug zijn

Zorg ervoor dat de spanning niet hoger is dan 5 volt
Controleer de aansluitingen goed voordat u de voeding inschakelt

Toepassingen

Enkele van de toepassingen van het gebruik van Schering-brug zijn

Scheringbruggen gebruikt door generatoren
Gebruikt door motoren
Gebruikt in huis industriële netwerken, enz

Voordelen van Schering Bridge

De voordelen van de Scheringbrug zijn

In vergelijking met andere bruggen zijn de kosten van deze brug lager
Van frequentie zijn de balansvergelijkingen vrij
Bij lage spanningen kan hij kleine condensatoren meten

Nadelen van Schering Bridge

Er zijn verschillende nadelen bij een laagspannings-Schering-brug, vanwege deze nadelen zijn de hoogfrequente en spannings-Schering-brug vereist om de kleine capaciteit te meten.

Veelgestelde vragen

1). Wat is een omgekeerde Schering-brug?

De Schering-brug is een type wisselstroombrug die wordt gebruikt om de capaciteit van de condensatoren te meten.

2). Welk type detector wordt gebruikt in AC-bruggen?

Het type detector dat in AC-bruggen wordt gebruikt, is een gebalanceerde detector.

3). Wat wordt bedoeld met een brugcircuit?

Het brugcircuit is een type elektrisch circuit dat uit twee takken bestaat.

4). Voor welke meting wordt de Scheringbrug gebruikt?

De Schering-brug wordt gebruikt om de capaciteit van de condensatoren te meten.

5). Hoe breng je een brugcircuit in evenwicht?

Het brugcircuit moet worden gebalanceerd door de twee balansvoorwaarden te volgen, dit zijn de grootte en de fasehoek.

In dit artikel het overzicht van Schering brug theorie , voordelen, toepassingen, nadelen, verbindingen gegeven aan het brugcircuit, meting van relatieve permeabiliteit, hoogspannings-Schering-brugcircuit, tan-deltameting en basisprincipes van AC-brugcircuit worden besproken. Hier is een vraag voor u, wat is de arbeidsfactor van de Schering-brug?