Schering Bridge es un circuito eléctrico que se utiliza para medir las propiedades aislantes de un cable y equipo eléctricos. Es un circuito de puente de CA desarrollado por Harald Ernst Malmsten Schering (25 de noviembre de 1880 - 10 de abril de 1959). Tiene la mayor ventaja de que la ecuación balanceada es independiente de la frecuencia. Los puentes de corriente de origen son los puentes de CA, son los instrumentos más populares, convenientes y prominentes o precisos, utilizados para la medición de la resistencia de CA, la capacitancia y la inductancia. Los puentes de CA son como los de DC puentes pero la diferencia entre los puentes de corriente alterna y los puentes de corriente continua es la fuente de alimentación.
¿Qué es Schering Bridge?
Definición: El puente de Schering es un tipo de puente de CA, que se utiliza para medir la capacitancia desconocida, la permeabilidad relativa, el factor de disipación y la pérdida dieléctrica de un capacitor. El alto voltaje en este puente se obtiene utilizando el transformador elevador. El principal objetivo de este puente es encontrar el valor de capacitancia. Los principales aparatos necesarios para la conexión son el kit de entrenamiento, la caja de capacitancia de décadas, el multímetro, el CRO y los patch chords. La fórmula utilizada para obtener el valor de capacitancia es CX = C2(R4/ R3).
Circuito de puente de CA básico
En los puentes de CA, las líneas eléctricas se utilizan como fuente de excitación a bajas frecuencias, osciladores se utilizan como fuente en mediciones de alta frecuencia. El rango de frecuencia de un oscilador es de 40 Hz a 125 Hz. Los puentes de CA no solo miden la resistencia, la capacitancia y la inductancia, sino que también miden el factor de potencia y el factor de almacenamiento, y todos los puentes de CA se basan en el puente de Wheatstone. El diagrama de circuito básico de un puente de corriente alterna se muestra en la siguiente figura.
circuito-puente-ac-básico
El diagrama de circuito básico de un circuito puente de CA consta de cuatro impedancias Z1, Z2, Z3 y Z4, un detector y una fuente de voltaje CA. El detector se coloca entre el punto 'b' y 'd' y este detector se utiliza para equilibrar el puente. Se coloca una fuente de voltaje de CA entre el punto 'a' y 'c' y suministra energía a la red del puente. El potencial del punto 'b' es el mismo que el potencial del punto 'd'. En términos de amplitud y fase, tanto los puntos potenciales como b & d son iguales. Tanto en magnitud como en fase, el punto 'a' a 'b', la caída de voltaje es igual al punto de caída de voltaje a al d.
Cuando los puentes de CA se utilizan para la medición a bajas frecuencias, la línea de alimentación se utiliza como fuente de suministro y cuando las mediciones se realizan en las altas frecuencias, los osciladores electrónicos se utilizan para la alimentación. Se utiliza un oscilador electrónico como fuente de alimentación, las frecuencias proporcionadas por el oscilador son fijas y las formas de onda de salida de un oscilador electrónico son de naturaleza sinusoidal. Hay tres tipos de detectores utilizados en puentes de CA: auriculares, vibratorios galvanómetros y sintonizable amplificador circuitos.
Hay diferentes rangos de frecuencia y en eso, se utilizará un detector en particular. El rango de frecuencia más baja de los auriculares es 250Hz y el rango de alta frecuencia está por encima de 3 a 4 KHz. El rango de frecuencia del galvanómetro vibratorio es de 5 Hz a 1000 Hz y es más sensible por debajo de 200 Hz. El rango de frecuencia de los circuitos del amplificador sintonizable es de 10 Hz a 100 KHz.
Diagrama de circuito del puente Schering de alto voltaje
El diagrama del circuito del puente de Schering de alto voltaje se muestra en la siguiente figura. El puente consta de cuatro brazos, en el primer brazo hay dos capacitancias desconocidas C1 y C2 que tenemos que encontrar y se conecta la resistencia R1 y en el segundo brazo se conectan la capacitancia variable C4 y las resistencias R3 y R4. En el centro del puente está conectado el detector 'D'.
puente de Schering de alto voltaje
En la figura, 'C1' es el capacitor cuya capacitancia debe desarrollarse, 'R1' es una resistencia en serie que representa la pérdida en el capacitor C1, C2 es el capacitor estándar, 'R3' es una resistencia no inductiva, 'C4 'es un condensador variable, y' R4 'es una resistencia variable no inductiva en paralelo con el condensador variable' C4 '.
Al utilizar la condición de equilibrio del puente, la relación de impedancia 'Z1 y Z2' es igual a la impedancia 'Z3 y Z4', se expresa como
Z1 / Z2 = Z3 / Z4
Z1 * Z4 = Z3 * Z2 ………………… eq (1)
Dónde CON1 =R1+ 1 / jwC1CON2 =1 / jwC2CON3 =R3CON4 =(R4+ 1 / jwC4R4) / (R4- 1 / jwC4R4)
Ahora sustituya los valores de impedancias Z1, Z2, Z3 y Z4 en la ecuación 1, obtendrá los valores de C1 y R1.
(R1+ 1 / jw C1) [(R4+ 1 / jwC4R4) / (R4- 1 / jwC4R4)] = R3(1 / jwC2) ……… .. eq (2)
Simplificando la impedancia, Z4 obtendrá
CON4 =(R4+ 1 / jwC4R4) / (R4- 1 / jwC4R4)
CON4 =R4/ jwC4R4…………… .eq (3)
Sustituya la ecuación (3) en la ecuación (2) obtendrá
(R1+ 1 / jw C1) (R4/ jwC4R4) = R3(1 / jwC2)
(R1R4) + (R4/ jw C1) = (R3/ jwC2) (1+ jwC4R4)
Simplificando la ecuación anterior obtendremos
(R1R4) + (R4/ jw C1) = (R3/ jwC2) + (R3* R4C4/C2) ………… eq (4)
Compare las partes reales R1 R4 y R3 * R4C4 / 2 en eq (4) obtendrá un valor de resistencia desconocido R1
R1 R4 = R3 * R4C4 / C2
R1 = R3 * C4 / C2 ………… eq (5)
De manera similar, compare las partes imaginarias R4/ jw C1y R3/ jwC2obtendrá una capacitancia desconocida C1valor
R4/ jw C1= R3/ jwC2
R4/ C1= R3/ C2
C1= (R4/ R3) C2………… eq (6)
Una ecuación (5) y (6) son la resistencia desconocida y la capacitancia desconocida
Medición del delta de bronceado con ScheringBridge
Pérdida dieléctrica
Un material eléctrico eficiente admite una cantidad variable de almacenamiento de carga con una disipación mínima de energía en forma de calor. Esta pérdida de calor, denominada efectivamente pérdida dieléctrica, es la disipación dieléctrica inherente de energía. Se parametriza de forma segura en términos de delta del ángulo de pérdida o delta tangente de pérdida. Básicamente, existen dos formas principales de pérdida que pueden disipar energía dentro de un aislante: la pérdida por conducción y la pérdida dieléctrica. En la pérdida de conducción, el flujo de carga a través del material provoca la disipación de energía. Por ejemplo, el flujo de corriente de fuga a través del aislante. La pérdida dieléctrica tiende a ser mayor en materiales que tienen una constante dieléctrica alta
Circuito equivalente de dieléctrico
Supongamos que cualquier material dieléctrico conectado en un circuito eléctrico como dieléctrico entre conductores actúa como un capacitor práctico. El equivalente eléctrico de un sistema de este tipo puede diseñarse como un modelo de elemento agrupado típico, que incluye un condensador ideal sin pérdidas en serie con resistencia que se conoce como resistencia en serie equivalente o ESR. La ESR representa especialmente pérdidas en el capacitor, el valor de ESR es muy pequeño en un capacitor bueno y el valor de ESR es bastante grande en un capacitor defectuoso.
Factor de disipación
Es una medida de la tasa de pérdida de energía en el dieléctrico, debido a la oscilación en el material dieléctrico debido al voltaje de CA aplicado. El recíproco del factor de calidad se conoce como factor de disipación que se expresa como Q = 1 / D. La calidad del condensador se conoce por el factor de disipación. La fórmula del factor de disipación es
D = wR4C4
Diagrama fasorial del puente de Schering
Para una interpretación matemática, mire el diagrama fasorial, es la relación entre la ESR y la reactancia de capacitancia. También se conoce como tangente de ángulo de pérdida y comúnmente se expresa como
Tan delta= ESR / XC
Tan Delta Testing
La prueba de tan delta se realiza en el aislamiento de bobinados y cables. Esta prueba se utiliza para medir el deterioro del cable.
Realización de pruebas de Tan Delta
Para realizar la prueba tan delta, se debe probar el aislamiento de los cables o devanados, primero se aísla y se desconecta. Desde la fuente de alimentación de baja frecuencia, se aplica la tensión de prueba y el controlador tan delta toma las medidas necesarias, y hasta la tensión nominal de los cables, la tensión de prueba se incrementa en pasos. A partir del diagrama fasorial anterior del puente de Schering, podemos calcular el valor de tan delta, que también se llama D (factor de disipación). El tan delta se expresa como
Tan delta = WC1R1= W * (C2R4/ R3) * (R3C4/ C2) = WC4R4
Medición de la permeabilidad relativa con Schering Bridge
La baja permeabilidad del material dieléctrico se mide utilizando el puente de Schering. La disposición de placas paralelas de la permeabilidad relativa se expresa matemáticamente como
mir=Csd / ε0A
Donde 'Cs' es el valor de capacitancia medido considerando la muestra como dieléctrica o capacitancia de la muestra, 'd' es el espacio entre electrodos, 'A' es el área efectiva de los electrodos, 'd' es el espesor de la muestra, 't' es el espacio entre el electrodo y la muestra, 'x' es la reducción en la separación entre el electrodo y la muestra, y ε0 es la permitividad del espacio libre.
medición-de-permeabilidad-relativa
La capacitancia entre el electrodo y la muestra se expresa matemáticamente como
C = CSC0/ CS+C0……… eq (a)
Dónde CS= εrmi0A / d C0= ε0A
Sustituir CSy C0los valores en la ecuación (a) obtendrán
C = (ermi0A / d) (e0Comiórmi0A / d) + (e0A)
La expresión matemática para reducir la muestra se muestra a continuación.
mir= d / d - x
Esta es la explicación de la medición de la permeabilidad relativa con el puente de Schering.
Características
Las características del puente de Schering son
- A partir del amplificador de potencial se obtiene un suministro de alto voltaje.
- Para la vibración del puente, el galvanómetro se utiliza como detector.
- En los brazos ab y ad, se colocan los condensadores de alto voltaje.
- La impedancia del brazo bc y cd es baja y las impedancias del brazo ab y ad son altas.
- El punto 'c' en la figura está conectado a tierra.
- La impedancia del brazo 'ab' y 'ad' se mantiene alta.
- En el brazo 'ab' y 'ad', la pérdida de potencia es muy pequeña porque la impedancia de los brazos ab y ad es alta.
Conexiones
Las conexiones se proporcionaron al kit de circuito de puente de Schering de la siguiente manera.
- Conecte el terminal positivo de la entrada al terminal positivo del circuito
- Conecte el terminal negativo de la entrada al terminal negativo del circuito
- Establezca el valor de resistencia R3 en la posición cero y establezca el valor de capacitancia C3 en la posición cero
- Establezca la resistencia R2 en 1000 ohmios.
- Encienda la fuente de alimentación
- Después de todas estas conexiones, verá una lectura en el detector nulo, ahora ajuste la resistencia de década R1 para obtener la lectura mínima en el detector nulo digital
- Anote las lecturas de resistencia R1, R2 y capacitancia C2, y calcule el valor del capacitor desconocido usando la fórmula
- Repita los pasos anteriores ajustando el valor de resistencia R2
- Finalmente, calcule la capacitancia y la resistencia usando la fórmula. Esta es la explicación del funcionamiento y las conexiones del puente Schering.
Precauciones
Algunas de las precauciones que debemos tomar al dar conexiones al puente son
- Asegúrese de que el voltaje no exceda los 5 voltios
- Verifique las conexiones correctamente antes de encender la fuente de alimentación
Aplicaciones
Algunas de las aplicaciones del uso del puente de Schering son
- Puentes Schering utilizados por generadores
- Utilizado por motores de potencia
- Utilizado en redes industriales domésticas, etc.
Ventajas del puente Schering
Las ventajas del puente de Schering son
- En comparación con otros puentes, el costo de este puente es menor.
- Desde la frecuencia, las ecuaciones de equilibrio son gratuitas.
- A bajos voltajes, puede medir pequeños condensadores.
Desventajas del puente Schering
Hay varias desventajas en el puente Schering de bajo voltaje, debido a estas desventajas, se requiere el puente Schering de alta frecuencia y voltaje para medir la pequeña capacitancia.
Preguntas frecuentes
1). ¿Qué es un puente de Schering invertido?
El puente de Schering es un tipo de puente de corriente alterna que se utiliza para medir la capacitancia de los condensadores.
2). ¿Qué tipo de detector se utiliza en puentes de CA?
El tipo de detector que se utiliza en los puentes de CA es un detector equilibrado.
3). ¿Qué se entiende por circuito puente?
El circuito puente es un tipo de circuito eléctrico que consta de dos ramas.
4). ¿Para que medida se utiliza el puente de Schering?
El puente de Schering se utiliza para medir la capacitancia de los condensadores.
5). ¿Cómo equilibras un circuito de puente?
El circuito puente debe equilibrarse siguiendo las dos condiciones de equilibrio: magnitud y condición de ángulo de fase.
En este artículo, la descripción general de Teoría del puente de Schering Se discuten las ventajas, las aplicaciones, las desventajas, las conexiones dadas al circuito de puente, la medición de la permeabilidad relativa, el circuito de puente de Schering de alto voltaje, la medición de tan delta y los conceptos básicos del circuito de puente de CA. Aquí hay una pregunta para usted, ¿cuál es el factor de potencia del puente Schering?
