Apa itu Schering Bridge: Circuit, Working & aplikasinya

Apa itu Schering Bridge: Circuit, Working & aplikasinya

Schering Bridge adalah litar elektrik yang digunakan untuk mengukur sifat penebat kabel dan peralatan elektrik. Ini adalah rangkaian jambatan AC yang dikembangkan oleh Harald Ernst Malmsten Schering (25 November 1880 - 10 April 1959). Ia mempunyai kelebihan terbesar bahawa persamaan seimbang tidak bergantung pada frekuensi. Jambatan arus asal adalah jambatan AC, mereka adalah instrumen yang paling popular, mudah dan menonjol atau tepat, digunakan untuk pengukuran rintangan AC, kapasitansi, dan induktansi. Jambatan Ac sama seperti DC jambatan tetapi perbezaan antara jambatan arus ulang-alik dan jambatan arus terus adalah bekalan kuasa.



Apa itu Schering Bridge?

Definisi: Jambatan Schering adalah salah satu jenis jambatan AC, yang digunakan untuk mengukur kapasitansi yang tidak diketahui, kebolehtelapan relatif, faktor pelesapan, dan kehilangan dielektrik sebuah kapasitor. Voltan tinggi di jambatan ini diperoleh dengan menggunakan step-up transformer. Objektif utama jambatan ini adalah untuk mencari nilai kapasitansi. Alat utama yang diperlukan untuk sambungan adalah kit pelatih, kotak kapasitansi dekad, multimeter, CRO, dan kord patch. Rumus yang digunakan untuk mendapatkan nilai kapasitansi adalah CX = Cdua(R4/ R3).


Litar Jambatan AC Asas

Di jambatan AC, saluran kuasa digunakan sebagai sumber pengujaan pada frekuensi rendah, pengayun digunakan sebagai sumber pada pengukuran frekuensi tinggi. Julat frekuensi pengayun adalah 40 Hz hingga 125 Hz. Jambatan AC tidak hanya mengukur rintangan, kapasitansi, dan induktansi tetapi juga mengukur faktor daya, dan faktor penyimpanan dan semua jambatan AC berdasarkan jambatan Wheatstone. Gambarajah litar asas jambatan arus ulang-alik ditunjukkan dalam rajah di bawah.





Litar Asas-Jambatan-Ac

litar asas-ac-jambatan

Gambarajah litar asas litar jambatan AC terdiri daripada empat impedansi Z1, Z2, Z3, dan Z4, pengesan dan sumber voltan AC. Pengesan diletakkan di antara titik ‘b’ dan, ‘d’ dan alat pengesan ini digunakan untuk mengimbangkan jambatan. Sumber voltan AC diletakkan di antara titik 'a' dan 'c' dan ia membekalkan kuasa ke rangkaian jambatan. Potensi titik ‘b’ adalah sama dengan titik berpotensi ‘d’. Dari segi amplitud dan fasa, kedua-dua titik berpotensi seperti b & d adalah sama. Dalam magnitud dan fasa, titik ‘a’ hingga ‘b’ penurunan voltan sama dengan titik penurunan voltan a hingga d.



Apabila jambatan AC digunakan untuk pengukuran pada frekuensi rendah maka saluran kuasa digunakan sebagai sumber bekalan dan ketika pengukuran dilakukan pada frekuensi tinggi maka pengayun elektronik digunakan untuk bekalan kuasa. Pengayun elektronik digunakan sebagai sumber bekalan kuasa, frekuensi yang disediakan oleh pengayun tetap dan bentuk gelombang output pengayun elektronik bersifat sinusoidal. Terdapat tiga jenis pengesan yang digunakan dalam jambatan AC iaitu fon kepala, getaran galvanometer , dan boleh disesuaikan penguat litar.

Terdapat julat frekuensi yang berbeza dan dalam hal itu, alat pengesan tertentu akan digunakan. Julat frekuensi rendah fon kepala adalah 250Hz dan julat frekuensi tinggi melebihi 3 hingga 4KHz. Julat frekuensi galvanometer getaran adalah dari 5Hz hingga 1000Hz dan lebih sensitif di bawah 200Hz. Julat frekuensi litar penguat yang dapat ditala adalah dari 10Hz hingga 100KHz.


Diagram Litar Jambatan Schering Jambatan Voltan Tinggi

Gambarajah litar jambatan Schering voltan tinggi ditunjukkan dalam rajah di bawah. Jambatan ini terdiri daripada empat lengan, di lengan pertama, terdapat dua kapasitansi C1 dan C2 yang tidak diketahui yang harus kita cari dan perintang R1 disambungkan dan di lengan kedua, kapasitans pemboleh ubah C4 dan perintang R3 dan R4 disambungkan. Di tengah jambatan ‘D’ pengesan disambungkan.

Jambatan Voltan Tinggi-Schering

Jambatan Schering voltan tinggi

Dalam gambar, 'C1' adalah kapasitor yang kapasitansinya harus dikembangkan, 'R1' adalah rintangan siri yang mewakili kerugian pada kapasitor C1, C2 adalah kapasitor standard, 'R3' adalah rintangan non-induktif, 'C4 'adalah kapasitor berubah-ubah, dan' R4 'adalah rintangan bukan-induktif berubah-ubah selari dengan kapasitor berubah-ubah' C4 '.

Dengan menggunakan keadaan keseimbangan jambatan, nisbah impedans ‘Z1 & Z2’ sama dengan impedans ‘Z3 & Z4’, dinyatakan sebagai

Z1 / Z2 = Z3 / Z4

Z1 * Z4 = Z3 * Z2 ………………… eq (1)

Di mana DENGAN1 =R1+ 1 / jwC1DENGAN2 =1 / jwCduaDENGAN3 =R3DENGAN4 =(R4+ 1 / jwC4R4) / (R4- 1 / jwC4R4)

Sekarang ganti nilai impedans Z1, Z2, Z3, dan Z4 dalam persamaan 1, akan mendapat nilai C1 dan R1.

(R1+ 1 / jw C1) [(R4+ 1 / jwC4R4) / (R4- 1 / jwC4R4)] = R3(1 / jwCdua) ……… .. Persamaan (2)

Dengan mempermudah impedans Z4 akan dapat

DENGAN4 =(R4+ 1 / jwC4R4) / (R4- 1 / jwC4R4)

DENGAN4 =R4/ jwC4R4…………… .eq (3)

Pengganti eq (3) dalam eq (2) akan mendapat

(R1+ 1 / jw C1) (R4/ jwC4R4) = R3(1 / jwCdua)

(R1R4) + (R4/ jw C1) = (R3/ jwCdua) (1+ jwC4R4)

Dengan mempermudah persamaan di atas akan dapat

(R1R4) + (R4/ jw C1) = (R3/ jwCdua) + (R3* R4C4/ Cdua) ………… persamaan (4)

Bandingkan bahagian sebenar R1 R4 dan R3 * R4C4 / 2 dalam eq (4) akan mendapat nilai R1 rintangan yang tidak diketahui

R1 R4 = R3 * R4C4 / C2

R1 = R3 * C4 / C2 ………… eq (5)

Begitu juga membandingkan bahagian khayalan R4/ jw C1dan R3/ jwCduaakan mendapat kapasitans yang tidak diketahui C1nilai

R4/ jw C1= R3/ jwCdua

R4/ C1= R3/ Cdua

C1= (R4/ R3) Cdua………… persamaan (6)

Persamaan (5) dan (6) adalah rintangan yang tidak diketahui dan kapasitansi yang tidak diketahui

Pengukuran Tan Delta menggunakan ScheringBridge

Kehilangan Dielektrik

Bahan elektrik yang cekap menyokong jumlah penyimpanan cas yang berbeza-beza dengan pengurangan tenaga minimum dalam bentuk haba. Kehilangan haba ini, yang secara efektif disebut sebagai kehilangan dielektrik, adalah pembuangan tenaga dielektrik yang wujud. Ia diukur dengan selamat dari segi delta sudut kehilangan atau delta tan tangen tangen. Pada dasarnya terdapat dua bentuk kehilangan utama yang dapat membuang tenaga dalam penebat, iaitu kehilangan konduksi dan kehilangan dielektrik. Dalam kehilangan konduksi, aliran cas melalui bahan menyebabkan pelesapan tenaga. Contohnya, aliran arus kebocoran melalui penebat. Kehilangan dielektrik cenderung lebih tinggi pada bahan yang mempunyai pemalar dielektrik yang tinggi

Litar Setara Dielektrik

Mari kita anggap bahawa, sebarang bahan dielektrik yang disambungkan dalam litar elektrik sebagai dielektrik antara konduktor bertindak sebagai kapasitor praktikal. Setara elektrik sistem seperti itu boleh direka bentuk sebagai model elemen lumped khas, yang merangkumi kapasitor ideal tanpa kerugian dalam siri dengan rintangan dikenali sebagai rintangan siri setara atau ESR. ESR terutamanya menunjukkan kerugian pada kapasitor, nilai ESR sangat kecil pada kapasitor yang baik, dan nilai ESR cukup besar pada kapasitor yang buruk.

Faktor Penyebaran

Ini adalah ukuran kadar kehilangan tenaga di dielektrik, kerana ayunan pada bahan dielektrik kerana voltan AC yang berlaku. Kebalikan faktor kualiti dikenali sebagai faktor pelesapan yang dinyatakan sebagai Q = 1 / D. Kualiti kapasitor diketahui oleh faktor pelesapan. Formula faktor penyebaran adalah

D = wR4C4

Diagram Schering-Bridge-Phasor

Gambar rajah Schering-bridge-phasor

Untuk pentafsiran matematik, lihat rajah fasor, nisbah ESR dan reaktans kapasitans. Ini juga dikenal sebagai tangen sudut kehilangan dan biasanya dinyatakan sebagai

Tan delta = ESR / XC

Ujian Tan Delta

Ujian tan delta dilakukan pada penebat belitan dan kabel. Ujian ini digunakan untuk mengukur kemerosotan kabel.

Melakukan Ujian Tan Delta

Untuk melakukan pengujian tan delta, penebat kabel atau belitan harus diuji, pertama kali diasingkan dan diputuskan. Dari sumber kuasa frekuensi rendah, voltan ujian diterapkan dan pengukuran yang diperlukan diambil oleh pengawal tan delta, dan hingga voltan pengenal kabel, voltan ujian dinaikkan secara berperingkat. Dari rajah fasor jambatan Schering di atas, kita dapat mengira nilai tan delta yang juga disebut D (Dissipation Factor). Delta tan dinyatakan sebagai

Tan delta = WC1R1= W * (CduaR4/ R3) * (R3C4/ Cdua) = WC4R4

Pengukuran Kebolehtelapan Relatif dengan Schering Bridge

Ketelapan rendah bahan dielektrik diukur dengan menggunakan jambatan Schering. Susunan plat selari kebolehtelapan relatif dinyatakan secara matematik sebagai

er=Csd / ε0KE

Di mana 'Cs' adalah nilai diukur kapasitansi dengan mempertimbangkan spesimen sebagai kapasitansi dielektrik atau spesimen, 'd' adalah ruang antara elektrod, 'A' adalah kawasan efektif elektrod, 'd' adalah ketebalan spesimen, 't' adalah jurang antara elektrod dan spesimen, 'x' adalah pengurangan pemisahan antara elektrod dan spesimen, dan ε0 adalah permitiviti ruang bebas.

Pengukuran-Relatif-Kebolehtelapan

pengukuran kebolehtelapan relatif

Kapasitansi antara elektrod dan spesimen dinyatakan secara matematik sebagai

C = CSC0/ CS+ C0……… eq (a)

Di mana CS= εre0A / d C0= ε0A / t

Pengganti CSdan C0nilai dalam persamaan (a) akan mendapat

C = (ere0A / d) (e0A / t) / (ere0A / d) + (e0A / t)

Ungkapan matematik untuk mengurangkan spesimen ditunjukkan di bawah

er= d / d - x

Ini adalah penjelasan mengenai pengukuran kebolehtelapan relatif dengan jambatan Schering.

ciri-ciri

Ciri-ciri jambatan Schering adalah

  • Dari penguat berpotensi, bekalan voltan tinggi diperoleh.
  • Untuk getaran jambatan, galvanometer digunakan sebagai pengesan
  • Di lengan ab dan iklan, kapasitor voltan tinggi diletakkan.
  • Impedansi lengan bc dan cd rendah dan impedansi lengan ab dan iklan tinggi.
  • Titik ‘c’ dalam gambar dibumikan.
  • Impedansi lengan 'ab' dan 'iklan' tetap tinggi.
  • Di lengan ‘ab’ dan ‘iklan’, kehilangan daya sangat kecil kerana impedansi lengan ab dan iklan tinggi.

Sambungan

Sambungan diberikan kepada kit litar jambatan Schering seperti berikut.

  • Sambungkan terminal positif input ke terminal positif litar
  • Sambungkan terminal negatif input ke terminal negatif litar
  • Tetapkan nilai rintangan R3 ke kedudukan sifar dan tetapkan nilai kapasitansi C3 ke kedudukan sifar
  • Tetapkan rintangan R2 hingga 1000 ohm
  • Hidupkan bekalan kuasa
  • Selepas semua sambungan ini, anda akan melihat bacaan dalam pengesan nol, sekarang sesuaikan rintangan dekad R1 untuk mendapatkan bacaan minimum dalam pengesan nol digital
  • Catat bacaan rintangan R1, R2, dan kapasitansi C2, dan hitung nilai kapasitor yang tidak diketahui menggunakan formula
  • Ulangi langkah di atas dengan menyesuaikan nilai R2 rintangan
  • Akhirnya, hitung kapasitansi dan rintangan dengan menggunakan formula. Ini adalah penjelasan mengenai kerja dan sambungan Schering Bridge

Langkah berjaga-berjaga

Beberapa langkah berjaga-jaga yang harus kita ambil semasa memberi sambungan ke jambatan adalah

  • Pastikan voltan tidak melebihi 5 volt
  • Periksa sambungan dengan betul sebelum menghidupkan bekalan kuasa

Permohonan

Beberapa aplikasi menggunakan Schering Bridge adalah

  • Jambatan Schering digunakan oleh penjana
  • Digunakan oleh enjin kuasa
  • Digunakan dalam rangkaian perindustrian dalaman, dll

Kelebihan Schering Bridge

Kelebihan jambatan Schering adalah

  • Berbanding dengan jambatan lain, kos jambatan ini lebih rendah
  • Dari kekerapan, persamaan keseimbangan adalah percuma
  • Pada voltan rendah, ia dapat mengukur kapasitor kecil

Kekurangan Schering Bridge

Terdapat beberapa kelemahan pada jambatan Schering voltan rendah, kerana kelemahan ini jambatan Schering frekuensi tinggi dan voltan diperlukan untuk mengukur kapasitans kecil.

Soalan Lazim

1). Apakah jambatan Schering terbalik?

Jambatan Schering adalah salah satu jenis jambatan arus ulang-alik yang digunakan untuk mengukur kapasiti kapasitor.

2). Jenis pengesan yang manakah digunakan dalam jambatan AC?

Jenis pengesan yang digunakan dalam jambatan AC adalah pengesan yang seimbang.

3). Apakah yang dimaksudkan dengan litar jambatan?

Litar jambatan adalah satu jenis litar elektrik yang terdiri daripada dua cabang.

4). Untuk ukuran apa jambatan Schering digunakan?

Jambatan Schering digunakan untuk mengukur kapasiti kapasitor.

5). Bagaimana anda mengimbangkan litar jambatan?

Litar jambatan harus seimbang dengan mengikuti dua keadaan keseimbangan iaitu keadaan magnitud dan sudut fasa.

Dalam artikel ini, gambaran keseluruhan mengenai Teori jambatan Schering , kelebihan, aplikasi, kelemahan, sambungan yang diberikan ke litar jambatan, pengukuran kebolehtelapan relatif, litar jambatan Schering voltan tinggi, pengukuran tan delta, dan asas litar jambatan AC dibincangkan. Berikut adalah soalan untuk anda, apakah faktor kuasa jambatan Schering?