Die Schering-Brücke ist ein Stromkreis zur Messung der Isoliereigenschaften eines elektrischen Kabels und einer elektrischen Ausrüstung. Es handelt sich um eine Wechselstrombrückenschaltung, die von Harald Ernst Malmsten Schering (25. November 1880 - 10. April 1959) entwickelt wurde. Es hat den größten Vorteil, dass die ausgeglichene Gleichung unabhängig von der Frequenz ist. Die Ursprungsstrombrücken sind die Wechselstrombrücken, sie sind die beliebtesten, bequemsten und bekanntesten oder genauesten Instrumente, die zur Messung des Wechselstromwiderstands, der Kapazität und der Induktivität verwendet werden. Die Ac-Brücken sind genau wie die DC Brücken Der Unterschied zwischen den Wechselstrombrücken und den Gleichstrombrücken ist jedoch die Stromversorgung.
Was ist die Scheringbrücke?
Definition: Die Schering-Brücke ist eine Art von Wechselstrombrücke, mit der die unbekannte Kapazität, die relative Permeabilität, der Verlustfaktor und der dielektrische Verlust eines Kondensators gemessen werden. Die Hochspannung in dieser Brücke wird unter Verwendung des Aufwärtstransformators erhalten. Das Hauptziel dieser Brücke ist es, den Kapazitätswert zu finden. Die Hauptgeräte, die für den Anschluss benötigt werden, sind Trainer-Kit, Dekaden-Kapazitätsbox, Multimeter, CRO und Patch-Akkorde. Die Formel zum Ermitteln des Kapazitätswerts lautet CX = C.zwei(R.4/ R.3).
Grundlegende AC-Brückenschaltung
In Wechselstrombrücken werden die Stromleitungen als Anregungsquelle bei niedrigen Frequenzen verwendet. Oszillatoren werden als Quelle bei Hochfrequenzmessungen verwendet. Der Frequenzbereich eines Oszillators beträgt 40 Hz bis 125 Hz. Die Wechselstrombrücken messen nicht nur den Widerstand, die Kapazität und die Induktivität, sondern auch den Leistungsfaktor und den Speicherfaktor. Alle Wechselstrombrücken basieren auf der Wheatstone-Brücke. Das Grundschaltbild einer Wechselstrombrücke ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Basis-Wechselstrom-Brückenschaltung
Das Grundschaltbild einer Wechselstrombrückenschaltung besteht aus vier Impedanzen Z1, Z2, Z3 und Z4, einem Detektor und einer Wechselspannungsquelle. Der Detektor befindet sich zwischen den Punkten 'b' und 'd' und dieser Detektor dient zum Ausbalancieren der Brücke. Eine Wechselspannungsquelle befindet sich zwischen den Punkten „a“ und „c“ und versorgt das Brückennetz mit Strom. Das Potential von Punkt „b“ ist das gleiche wie das Potential von Punkt „d“. In Bezug auf Amplitude und Phase sind beide Potentialpunkte wie b & d gleich. Sowohl in der Größe als auch in der Phase ist der Spannungsabfall von Punkt a bis b gleich dem Spannungsabfallpunkt a bis d.
Wenn die Wechselstrombrücken für die Messung bei niedrigen Frequenzen verwendet werden, wird die Stromleitung als Versorgungsquelle verwendet, und wenn die Messungen bei hohen Frequenzen durchgeführt werden, werden die elektronischen Oszillatoren für die Stromversorgung verwendet. Ein elektronischer Oszillator wird als Stromversorgungsquelle verwendet, die vom Oszillator bereitgestellten Frequenzen sind fest und die Ausgangswellenformen eines elektronischen Oszillators sind sinusförmiger Natur. Es gibt drei Arten von Detektoren, die in Wechselstrombrücken verwendet werden: Kopfhörer, Vibrationsdetektoren Galvanometer und abstimmbar Verstärker Schaltungen.
Es gibt verschiedene Frequenzbereiche und dabei wird ein bestimmter Detektor verwendet. Der untere Frequenzbereich des Kopfhörers beträgt 250 Hz und der Hochfrequenzbereich liegt über 3 bis 4 kHz. Der Frequenzbereich des Schwingungsgalvanometers reicht von 5 Hz bis 1000 Hz und ist unter 200 Hz empfindlicher. Der Frequenzbereich der abstimmbaren Verstärkerschaltungen reicht von 10 Hz bis 100 kHz.
Schaltplan der Hochspannungs-Schering-Brücke
Das Schaltbild der Hochspannungs-Schering-Brücke ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Die Brücke besteht aus vier Armen, im ersten Arm gibt es zwei unbekannte Kapazitäten C1 und C2, die wir finden müssen, und der Widerstand R1 ist angeschlossen, und im zweiten Arm sind die variable Kapazität C4 und die Widerstände R3 und R4 verbunden. In der Mitte der Brücke ist der D-Detektor angeschlossen.
Hochspannungs-Schering-Brücke
In der Figur ist 'C1' der Kondensator, dessen Kapazität entwickelt werden muss, 'R1' ist ein Serienwiderstand, der den Verlust im Kondensator C1 darstellt, C2 ist der Standardkondensator, 'R3' ist ein nicht induktiver Widerstand, 'C4 'ist ein variabler Kondensator und' R4 'ist ein variabler nichtinduktiver Widerstand parallel zum variablen Kondensator' C4 '.
Unter Verwendung der Ausgleichsbedingung der Brücke wird das Impedanzverhältnis „Z1 & Z2“ gleich der Impedanz „Z3 & Z4“ ausgedrückt
Z1 / Z2 = Z3 / Z4
Z1 * Z4 = Z3 * Z2 ………………… Gleichung (1)
Wo MIT1 =R.1+ 1 / jwC1MIT2 =1 / jwCzweiMIT3 =R.3MIT4 =(R.4+ 1 / jwC4R.4) / (R.4- 1 / jwC4R.4)
Ersetzen Sie nun die Impedanzwerte Z1, Z2, Z3 und Z4 in Gleichung 1, um die Werte von C1 und R1 zu erhalten.
(R.1+ 1 / jw C.1) [(R.4+ 1 / jwC4R.4) / (R.4- 1 / jwC4R.4)] = R.3(1 / jwCzwei) ……… .. Gleichung (2)
Durch Vereinfachung der Impedanz erhält Z4
MIT4 =(R.4+ 1 / jwC4R.4) / (R.4- 1 / jwC4R.4)
MIT4 =R.4/ jwC4R.4…………… .eq (3)
Ersetzen Sie Gleichung (3) in Gleichung (2)
(R.1+ 1 / jw C.1) (R.4/ jwC4R.4) = R.3(1 / jwCzwei)
(R.1R.4) + (R.4/ jw C.1) = (R.3/ jwCzwei) (1+ jwC4R.4)
Durch Vereinfachung wird die obige Gleichung erhalten
(R.1R.4) + (R.4/ jw C.1) = (R.3/ jwCzwei) + (R.3* R.4C.4/ C.zwei) ………… Gleichung (4)
Wenn Sie die Realteile R1, R4 und R3 * R4C4 / 2 in Gleichung (4) vergleichen, erhalten Sie einen unbekannten Widerstandswert R1
R1 R4 = R3 * R4C4 / C2
R1 = R3 * C4 / C2 ………… Gleichung (5)
Vergleichen Sie in ähnlicher Weise Imaginärteile R.4/ jw C.1und R.3/ jwCzweiwird unbekannte Kapazität C erhalten1Wert
R.4/ jw C.1= R.3/ jwCzwei
R.4/ C.1= R.3/ C.zwei
C.1= (R.4/ R3) C.zwei………… Gleichung (6)
Eine Gleichung (5) und (6) sind der unbekannte Widerstand und die unbekannte Kapazität
Tan-Delta-Messung mit ScheringBridge
Dielektrischer Verlust
Ein effizientes elektrisches Material unterstützt eine unterschiedliche Menge an Ladungsspeicher bei minimaler Energiedissipation in Form von Wärme. Dieser Wärmeverlust, der effektiv als dielektrischer Verlust bezeichnet wird, ist die dielektrische inhärente Energiedissipation. Sie wird sicher in Bezug auf das Verlustwinkel-Delta oder das Verlust-Tangenten-Tan-Delta parametrisiert. Es gibt im Wesentlichen zwei Hauptverlustformen, die Energie innerhalb eines Isolators abführen können: Leitungsverlust und dielektrischer Verlust. Beim Leitungsverlust verursacht der Ladungsfluss durch das Material eine Energiedissipation. Zum Beispiel der Leckstromfluss durch den Isolator. Der dielektrische Verlust ist bei Materialien mit hoher Dielektrizitätskonstante tendenziell höher
Ersatzschaltbild des Dielektrikums
Nehmen wir an, dass jedes dielektrische Material, das in einem Stromkreis als Dielektrikum zwischen Leitern verbunden ist, als praktischer Kondensator wirkt. Das elektrische Äquivalent eines solchen Systems kann als typisches Modell mit konzentrierten Elementen ausgelegt werden, das einen verlustfreien idealen Kondensator in Reihe mit Widerstand enthält, der als äquivalenter Serienwiderstand oder ESR bekannt ist. Der ESR stellt insbesondere Verluste im Kondensator dar, der ESR-Wert ist in einem guten Kondensator sehr klein und der Wert des ESR ist in einem schlechten Kondensator ziemlich groß.
Verlustfaktor
Es ist ein Maß für die Verlustrate der Energie im Dielektrikum aufgrund der Schwingung im dielektrischen Material aufgrund der angelegten Wechselspannung. Der Kehrwert des Qualitätsfaktors ist als Verlustfaktor bekannt, der als Q = 1 / D ausgedrückt wird. Die Qualität des Kondensators ist durch den Verlustfaktor bekannt. Die Verlustfaktorformel lautet
D = wR4C.4
Schering-Bridge-Zeiger-Diagramm
Schauen Sie sich für die mathematische Interpretation das Zeigerdiagramm an, es ist das Verhältnis des ESR und der Kapazitätsreaktanz. Es ist auch als Tangente des Verlustwinkels bekannt und wird üblicherweise als ausgedrückt
Tan Delta = ESR / X.C.
Tan Delta-Tests
Die Tan-Delta-Prüfung wird zur Isolierung von Wicklungen und Kabeln durchgeführt. Diese Prüfung wird verwendet, um die Verschlechterung des Kabels zu messen.
Tan-Delta-Tests durchführen
Um die Tan-Delta-Prüfung durchzuführen, muss die Isolierung der Kabel oder Wicklungen geprüft, zunächst isoliert und getrennt werden. Von der Niederfrequenzstromquelle wird die Prüfspannung angelegt und die erforderlichen Messungen werden vom Tan-Delta-Regler durchgeführt. Bis zur Nennspannung der Kabel wird die Prüfspannung schrittweise erhöht. Aus dem obigen Zeigerdiagramm der Schering-Brücke können wir den Wert von tan delta berechnen, der auch als D (Dissipationsfaktor) bezeichnet wird. Das Tan-Delta wird ausgedrückt als
Tan Delta = Toilette1R.1= W * (C.zweiR.4/ R3) * (R.3C.4/ C.zwei) = WC4R.4
Messung der relativen Permeabilität mit der Schering-Brücke
Die geringe Permeabilität des dielektrischen Materials wird unter Verwendung der Schering-Brücke gemessen. Die parallele Plattenanordnung der relativen Permeabilität wird mathematisch ausgedrückt als
er=C.sd / ε0ZU
Wenn 'Cs' der Kapazitätsmesswert ist, indem die Probe als Dielektrikum oder Probenkapazität betrachtet wird, ist 'd' der Raum zwischen den Elektroden, 'A' ist die effektive Fläche der Elektroden, 'd' ist die Probendicke, 't' ist der Spalt zwischen der Elektrode und der Probe ist 'x' die Verringerung des Abstands zwischen Elektrode und Probe, und & epsi; 0 ist die Permittivität des freien Raums.
Messung der relativen Permeabilität
Die Kapazität zwischen der Elektrode und der Probe wird mathematisch ausgedrückt als
C = C.S.C.0/ C.S.+ C.0……… Gleichung (a)
Wo C.S.= εre0A / d C.0= ε0Beim
Ersatz C.S.und C0Werte in der Gleichung (a) erhalten
C = (ere0A / d) (e0Aßre0A / d) + (e0Beim)
Der mathematische Ausdruck zum Reduzieren der Probe ist unten gezeigt
er= d / d - x
Dies ist die Erklärung für die Messung der relativen Permeabilität mit der Schering-Brücke.
Eigenschaften
Die Merkmale der Schering-Brücke sind
- Vom Potentialverstärker wird eine Hochspannungsversorgung erhalten.
- Für die Brückenschwingung wird das Galvanometer als Detektor verwendet
- In den Armen ab und ad sind die Hochspannungskondensatoren angeordnet.
- Die Impedanz des Arms bc und cd ist niedrig und die Impedanzen eines Arms ab und ad sind hoch.
- Der c-Punkt in der Abbildung ist geerdet.
- Die Armimpedanz 'ab' und 'ad' wird hoch gehalten.
- Im Arm 'ab' und 'ad' ist der Leistungsverlust sehr gering, da die Impedanz der Arme ab und ad hoch ist.
Verbindungen
Die Verbindungen wurden wie folgt zum Schering-Brückenschaltungssatz gegeben.
- Verbinden Sie den Pluspol des Eingangs mit dem Pluspol des Stromkreises
- Verbinden Sie den Minuspol des Eingangs mit dem Minuspol des Stromkreises
- Stellen Sie den Widerstandswert R3 auf Null und den Kapazitätswert C3 auf Null
- Stellen Sie den Widerstand R2 auf 1000 Ohm ein
- Schalten Sie die Stromversorgung ein
- Nach all diesen Verbindungen wird im Nulldetektor ein Messwert angezeigt. Stellen Sie nun den Dekadenwiderstand R1 ein, um den minimalen Messwert im digitalen Nulldetektor zu erhalten
- Notieren Sie die Messwerte des Widerstands R1, R2 und der Kapazität C2 und berechnen Sie den Wert des unbekannten Kondensators anhand der Formel
- Wiederholen Sie die obigen Schritte, indem Sie den Widerstandswert R2 einstellen
- Berechnen Sie abschließend die Kapazität und den Widerstand mithilfe der Formel. Dies ist die Erklärung der Arbeitsweise und der Verbindungen der Schering-Brücke
Vorsichtsmaßnahmen
Einige der Vorsichtsmaßnahmen, die wir treffen sollten, wenn wir Verbindungen zur Brücke herstellen, sind:
- Stellen Sie sicher, dass die Spannung 5 Volt nicht überschreitet
- Überprüfen Sie die Anschlüsse ordnungsgemäß, bevor Sie die Stromversorgung einschalten
Anwendungen
Einige der Anwendungen der Verwendung der Schering-Brücke sind
- Scheringbrücken von Generatoren
- Wird von Motoren verwendet
- Wird in hausinternen Industrienetzwerken usw. Verwendet
Vorteile der Schering-Brücke
Die Vorteile der Schering-Brücke sind
- Im Vergleich zu anderen Brücken sind die Kosten für diese Brücke geringer
- Ab der Frequenz sind die Gleichungen frei
- Bei niedrigen Spannungen können kleine Kondensatoren gemessen werden
Nachteile der Schering-Brücke
Die Niederspannungs-Schering-Brücke weist mehrere Nachteile auf. Aufgrund dieser Nachteile sind die Hochfrequenz- und Spannungs-Schering-Brücke erforderlich, um die kleine Kapazität zu messen.
FAQs
1). Was ist eine umgekehrte Schering-Brücke?
Die Schering-Brücke ist eine Art Wechselstrombrücke, mit der die Kapazität der Kondensatoren gemessen wird.
2). Welcher Detektortyp wird in Wechselstrombrücken verwendet?
Der in Wechselstrombrücken verwendete Detektortyp ist ein symmetrischer Detektor.
3). Was ist mit einer Brückenschaltung gemeint?
Die Brückenschaltung ist eine Art einer elektrischen Schaltung, die aus zwei Zweigen besteht.
4). Für welche Messung wird die Schering-Brücke verwendet?
Mit der Schering-Brücke wird die Kapazität der Kondensatoren gemessen.
5). Wie balanciert man eine Brückenschaltung?
Die Brückenschaltung sollte ausgeglichen werden, indem die beiden Ausgleichsbedingungen befolgt werden, nämlich Größen- und Phasenwinkelbedingung.
In diesem Artikel wird die Übersicht über Schering-Brückentheorie , Vorteile, Anwendungen, Nachteile, Verbindungen zur Brückenschaltung, Messung der relativen Permeabilität, Hochspannungs-Schering-Brückenschaltung, Tan-Delta-Messung und Grundlagen der AC-Brückenschaltung werden diskutiert. Hier ist eine Frage an Sie, was ist der Leistungsfaktor der Schering-Brücke?
