A ponte Schering é um circuito elétrico usado para medir as propriedades de isolamento de um cabo elétrico e equipamento. É um circuito ponte AC desenvolvido por Harald Ernst Malmsten Schering (25 de novembro de 1880 - 10 de abril de 1959). Ele tem a maior vantagem de que a equação balanceada independe da frequência. As pontes de corrente de origem são as pontes CA, elas são os instrumentos mais populares, convenientes e proeminentes ou precisos, usados para a medição de resistência CA, capacitância e indutância. As pontes Ac são como as DC pontes mas a diferença entre as pontes de corrente alternada e as pontes de corrente contínua é a fonte de alimentação.

O que é a ponte Schering?

Definição: A ponte Schering é um tipo de ponte CA, usada para medir a capacitância desconhecida, a permeabilidade relativa, o fator de dissipação e a perda dielétrica de um capacitor. A alta tensão nesta ponte é obtida usando o transformador elevador. O objetivo principal desta ponte é encontrar o valor da capacitância. Os principais aparelhos necessários para a conexão são kit de treinamento, caixa de capacitância de década, multímetro, CRO e patch chords. A fórmula usada para obter o valor da capacitância é CX = C_dois(R₄/ R₃)

Circuito de ponte AC básico

Em pontes AC, as linhas de energia são usadas como fonte de excitação em baixas frequências, osciladores são usados como fonte em medições de alta frequência. A faixa de frequência de um oscilador é de 40 Hz a 125 Hz. As pontes AC não medem apenas a resistência, capacitância e indutância, mas também medem o fator de potência e o fator de armazenamento, e todas as pontes AC são baseadas na ponte Wheatstone. O diagrama básico do circuito de uma ponte de corrente alternada é mostrado na figura abaixo.

basic-ac-bridge-circuit

O diagrama básico do circuito de um circuito em ponte CA consiste em Z1, Z2, Z3 e Z4, quatro impedâncias, um detector e uma fonte de tensão CA. O detector é colocado entre o ponto 'b' e, 'd' e este detector é usado para equilibrar a ponte. Uma fonte de tensão AC é colocada entre o ponto 'a' e 'c' e fornece energia para a rede de ponte. O potencial do ponto 'b' é igual ao potencial do ponto 'd'. Em termos de amplitude e fase, ambos os pontos potenciais como b & d são iguais. Em magnitude e fase, do ponto 'a' para 'b' a queda de tensão é igual ao ponto de queda de tensão de a para d.

Quando as pontes AC são usadas para a medição em baixas frequências, a linha de energia é usada como fonte de alimentação e quando as medições são feitas em altas frequências, os osciladores eletrônicos são usados para a alimentação. Um oscilador eletrônico é usado como fonte de alimentação, as frequências fornecidas pelo oscilador são fixas e as formas de onda de saída de um oscilador eletrônico são de natureza senoidal. Existem três tipos de detectores usados em pontes AC - eles são fones de ouvido, vibracionais galvanômetros , e ajustável amplificador circuitos.

Existem diferentes faixas de frequência e, nelas, um detector específico será usado. A faixa de frequência inferior do fone de ouvido é 250 Hz e a faixa de alta frequência está acima de 3 a 4KHz. A faixa de frequência do galvanômetro vibracional é de 5 Hz a 1000 Hz e é mais sensível abaixo de 200 Hz. A faixa de frequência dos circuitos amplificadores sintonizáveis é de 10 Hz a 100 KHz.

Diagrama do circuito da ponte Schering de alta tensão

O diagrama do circuito da ponte Schering de alta tensão é mostrado na figura abaixo. A ponte consiste em quatro braços, no primeiro braço, existem duas capacitâncias desconhecidas C1 e C2 que devemos encontrar e o resistor R1 é conectado e no segundo braço, a capacitância variável C4 e os resistores R3 e R4 são conectados. No centro da ponte o detector 'D' está conectado.

“qual nome é usado para um resistor variável de alta potência ”

ponte de Schering de alta tensão

Na figura, 'C1' é o capacitor cuja capacitância deve ser desenvolvida, 'R1' é uma resistência em série que representa a perda no capacitor C1, C2 é o capacitor padrão, 'R3' é uma resistência não indutiva, 'C4 'é um capacitor variável e' R4 'é uma resistência variável não indutiva em paralelo com o capacitor variável' C4 '.

Ao usar a condição de equilíbrio da ponte, a razão da impedância 'Z1 e Z2' são iguais à impedância 'Z3 e Z4', é expressa como

Z1 / Z2 = Z3 / Z4

Z1 * Z4 = Z3 * Z2 ………………… eq (1)

Onde COM_{1 =}R₁+ 1 / jwC₁COM_{2 =}1 / jwC_doisCOM_{3 =}R₃COM_{4 =}(R₄+ 1 / jwC₄R₄) / (R₄- 1 / jwC₄R₄)

Agora substitua os valores das impedâncias Z1, Z2, Z3 e Z4 na equação 1, obterá os valores de C1 e R1.

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

Ao simplificar a impedância, Z4 obterá

COM_{4 =}(R₄+ 1 / jwC₄R₄) / (R₄- 1 / jwC₄R₄)

COM_{4 =}R₄/ jwC₄R₄…………… .eq (3)

Substituir eq (3) na eq (2) obterá

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

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

Ao simplificar a equação acima, obteremos

(R₁R₄) + (R₄/ jw C₁) = (R₃/ jwC_dois) + (R₃* R₄C₄/ C_dois) ………… eq (4)

Compare as partes reais R1 R4 e R3 * R4C4 / 2 na eq (4) obterá um valor de resistência R1 desconhecido

“aplicações de redes de sensores sem fio ”

R1 R4 = R3 * R4C4 / C2

R1 = R3 * C4 / C2 ………… eq (5)

Da mesma forma, compare as partes imaginárias R₄/ jw C₁e R₃/ jwC_doisobterá capacitância desconhecida C₁valor

R₄/ jw C₁= R₃/ jwC_dois

R₄/ C₁= R₃/ C_dois

C₁= (R₄/ R3) C_dois………… eq (6)

Uma equação (5) e (6) são a resistência desconhecida e a capacitância desconhecida

Medição Tan Delta usando ScheringBridge

Perda Dielétrica

Um material elétrico eficiente suporta uma quantidade variável de armazenamento de carga com dissipação mínima de energia na forma de calor. Essa perda de calor, efetivamente denominada como perda dielétrica, é a dissipação dielétrica inerente de energia. É parametrizado com segurança em termos de ângulo de perda delta ou tangente de perda tan delta. Existem essencialmente duas formas principais de perda que podem dissipar energia dentro de um isolador, elas são a perda de condução e a perda dielétrica. Na perda de condução, o fluxo de carga através do material causa dissipação de energia. Por exemplo, o fluxo da corrente de fuga através do isolador. A perda dielétrica tende a ser maior em materiais com alta constante dielétrica

Circuito Equivalente de Dielétrico

Vamos supor que qualquer material dielétrico conectado em um circuito elétrico como um dielétrico entre os condutores atue como um capacitor prático. O equivalente elétrico de tal sistema pode ser projetado como um modelo típico de elemento concentrado, que inclui um capacitor ideal sem perdas em série com resistência, conhecido como resistência em série equivalente ou ESR. O ESR representa especialmente perdas no capacitor, o valor do ESR é muito pequeno em um capacitor bom e o valor do ESR é muito grande em um capacitor ruim.

Fator de dissipação

É uma medida da taxa de perda de energia no dielétrico, devido à oscilação no material dielétrico devido à tensão CA aplicada. O recíproco do fator de qualidade é conhecido como o fator de dissipação, expresso como Q = 1 / D. A qualidade do capacitor é conhecida pelo fator de dissipação. A fórmula do fator de dissipação é

D = wR₄C₄

Diagrama fasorial da ponte Schering

Para interpretação matemática, observe o diagrama fasorial, é a relação entre o ESR e a reatância da capacitância. Também é conhecido como tangente do ângulo de perda e comumente expresso como

Tan delta = ESR / X_C

Teste Tan Delta

O teste tan delta conduz no isolamento de enrolamentos e cabos. Este teste é usado para medir a deterioração do cabo.

Executando Teste Tan Delta

Para realizar o teste tan delta, o isolamento dos cabos ou enrolamentos deve ser testado, primeiro é isolado e desconectado. A partir da fonte de alimentação de baixa frequência, a tensão de teste é aplicada e as medições necessárias são feitas pelo controlador tan delta, e até a tensão nominal dos cabos, a tensão de teste é aumentada em etapas. A partir do diagrama fasorial da ponte de Schering acima, podemos calcular o valor de tan delta, também chamado de D (Fator de Dissipação). O tan delta é expresso como

Tan delta = banheiro₁R₁= W * (C_doisR₄/ R3) * (R₃C₄/ C_dois) = WC₄R₄

Medição de Permeabilidade Relativa com Schering Bridge

A baixa permeabilidade do material dielétrico é medida usando a ponte de Schering. O arranjo de placa paralela da permeabilidade relativa é matematicamente expresso como

e_r₌C_sd / ε₀PARA

Onde 'Cs' é o valor medido da capacitância considerando a amostra como dielétrica ou capacitância da amostra, 'd' é o espaço entre os eletrodos, 'A' é a área efetiva dos eletrodos, 'd' é a espessura da amostra, 't' é a lacuna entre o eletrodo e a amostra, 'x' é a redução na separação entre o eletrodo e a amostra, e ε0 é a permissividade do espaço livre.

medição de permeabilidade relativa

A capacitância entre o eletrodo e a amostra é matematicamente expressa como

C = C_SC₀/ C_S+ C₀……… eq (a)

Onde C_S= ε_re₀A / d C₀= ε₀No

Substituto C_Se C₀valores na equação (a) obterão

C = (e_re₀A / d) (e₀Comeu_re₀A / d) + (e₀No)

A expressão matemática para reduzir o espécime é mostrada abaixo

e_r= d / d - x

Esta é a explicação da medição da permeabilidade relativa com a ponte de Schering.

Características

As características da ponte Schering são

Do amplificador de potencial, uma fonte de alta tensão é obtida.
Para a vibração da ponte, o galvanômetro é usado como um detector
Nos braços ab e ad, os capacitores de alta tensão são colocados.
A impedância do braço bc e cd é baixa e as impedâncias de um braço ab e ad são altas.
O ponto ‘c’ na figura é aterrado.
A impedância 'ab' e 'ad' do braço é mantida alta.
No braço 'ab' e 'ad', a perda de potência é muito pequena porque a impedância dos braços ab e ad são altas.

Conexões

As conexões foram fornecidas para o kit de circuito de ponte Schering como a seguir.

Conecte o terminal positivo da entrada ao terminal positivo do circuito
Conecte o terminal negativo da entrada ao terminal negativo do circuito
Defina o valor de resistência R3 para a posição zero e defina o valor de capacitância C3 para a posição zero
Defina a resistência R2 para 1000 ohms
Ligue a fonte de alimentação
Após todas essas conexões, você verá uma leitura no detector de nulo, agora ajuste a resistência de década R1 para obter a leitura mínima no detector de nulo digital
Anote as leituras de resistência R1, R2 e capacitância C2 e calcule o valor do capacitor desconhecido usando a fórmula
Repita as etapas acima ajustando o valor da resistência R2
Finalmente, calcule a capacitância e a resistência usando a fórmula. Esta é a explicação do funcionamento e conexões da ponte Schering

Precauções

Algumas das precauções que devemos tomar ao fornecer conexões para a ponte são

Certifique-se de que a tensão não deve exceder 5 volts
Verifique as conexões corretamente antes de ligar a fonte de alimentação

Formulários

Algumas das aplicações do uso da ponte Schering são

Pontes Schering usadas por geradores
Usado por motores de potência
Usado em redes industriais internas, etc.

Vantagens da Schering Bridge

As vantagens da ponte Schering são

Em comparação com outras pontes, o custo desta ponte é menor
De frequência, as equações de equilíbrio são gratuitas
Em baixas tensões, ele pode medir pequenos capacitores

Desvantagens da ponte Schering

Existem várias desvantagens na ponte Schering de baixa tensão, devido a essas desvantagens, a ponte Schering de alta frequência e tensão são necessárias para medir a pequena capacitância.

FAQs

1). O que é uma ponte Schering invertida?

A ponte Schering é um tipo de ponte de corrente alternada que é usada para medir a capacitância dos capacitores.

2). Que tipo de detector é usado em pontes AC?

O tipo de detector usado em pontes AC é um detector balanceado.

3). O que significa um circuito em ponte?

“como funciona um scr ”

O circuito em ponte é um tipo de circuito elétrico que consiste em duas ramificações.

4). Para qual medição a ponte Schering é usada?

A ponte Schering é usada para medir a capacitância dos capacitores.

5). Como você equilibra um circuito de ponte?

O circuito da ponte deve ser balanceado seguindo as duas condições de equilíbrio - magnitude e condição do ângulo de fase.

Neste artigo, a visão geral de Teoria da ponte Schering , vantagens, aplicações, desvantagens, conexões dadas ao circuito de ponte, medição de permeabilidade relativa, circuito de ponte Schering de alta tensão, medição de tan delta e noções básicas de circuito de ponte CA são discutidos. Aqui está uma pergunta para você, qual é o fator de potência da ponte Schering?