Cầu Schering là một mạch điện được sử dụng để đo các đặc tính cách điện của cáp điện và thiết bị. Nó là một mạch cầu xoay chiều được phát triển bởi Harald Ernst Malmsten Schering (25 tháng 11 năm 1880 - 10 tháng 4 năm 1959). Nó có ưu điểm lớn nhất là phương trình cân bằng không phụ thuộc vào tần số. Cầu dòng điện có nguồn gốc là cầu xoay chiều, chúng là công cụ phổ biến, tiện lợi và nổi bật hoặc chính xác nhất, được sử dụng để đo điện trở xoay chiều, điện dung và độ tự cảm. Các cầu Ac cũng giống như DC cầu nhưng điểm khác biệt giữa cầu dòng điện xoay chiều và cầu dòng điện một chiều là nguồn điện.

Cầu Schering là gì?

Định nghĩa: Cầu Schering là một loại cầu xoay chiều, được sử dụng để đo điện dung chưa biết, độ từ thẩm tương đối, hệ số tiêu tán và tổn thất điện môi của tụ điện. Điện áp cao trong cây cầu này có được bằng cách sử dụng máy biến áp nâng cấp. Mục tiêu chính của cây cầu này là tìm giá trị điện dung. Thiết bị chính cần thiết để kết nối là bộ huấn luyện, hộp điện dung thập kỷ, đồng hồ vạn năng, CRO và hợp âm vá. Công thức được sử dụng để nhận giá trị điện dung là CX = C_hai(R₄/ R₃).

Mạch cầu AC cơ bản

Trong các cầu xoay chiều, các đường dây điện được sử dụng như một nguồn kích thích ở tần số thấp, dao động được sử dụng như một nguồn ở các phép đo tần số cao. Dải tần của dao động từ 40 Hz đến 125 Hz. Các cầu AC không chỉ đo điện trở, điện dung và độ tự cảm mà còn đo hệ số công suất và hệ số lưu trữ và tất cả các cầu AC đều dựa trên cầu Wheatstone. Sơ đồ mạch điện cơ bản của cầu dòng điện xoay chiều được thể hiện trong hình dưới đây.

cơ bản-ac-cầu-mạch

Sơ đồ mạch điện cơ bản của một mạch cầu xoay chiều gồm có bốn trở kháng Z1, Z2, Z3, Z4, một bộ tách sóng và một nguồn điện áp xoay chiều. Máy dò được đặt giữa điểm ‘b’ và, ‘d’ và máy dò này được sử dụng để cân bằng cầu. Một nguồn điện áp xoay chiều được đặt giữa điểm ‘a’ và ‘c’ và nó cung cấp điện cho mạng cầu. Mốc thế điểm ‘b’ giống như điện thế điểm ‘d’. Về biên độ và pha, cả hai điểm có thế năng như b & d đều bằng nhau. Về cả độ lớn và pha, điện áp rơi từ điểm ‘a’ đến ‘b’ bằng điểm giảm điện áp từ a đến d.

Khi các cầu xoay chiều được sử dụng để đo ở tần số thấp thì đường dây điện được sử dụng làm nguồn cung cấp và khi các phép đo được thực hiện ở tần số cao thì bộ dao động điện tử được sử dụng để cung cấp năng lượng. Bộ dao động điện tử được sử dụng như một nguồn cung cấp năng lượng, các tần số do bộ dao động cung cấp là cố định và dạng sóng đầu ra của bộ dao động điện tử có bản chất là hình sin. Có ba loại máy dò được sử dụng trong các cầu nối AC, chúng là tai nghe, rung động điện kế , và có thể điều chỉnh được bộ khuếch đại Chu trình.

Có các dải tần số khác nhau và trong đó, một máy dò cụ thể sẽ được sử dụng. Dải tần số thấp hơn của tai nghe là 250Hz và dải tần số cao trên lên đến 3 đến 4KHz. Dải tần số của điện kế dao động là từ 5Hz đến 1000Hz và nó nhạy hơn dưới 200Hz. Dải tần của mạch khuếch đại có thể điều chỉnh là từ 10Hz đến 100KHz.

Sơ đồ mạch cầu điện áp cao

Sơ đồ mạch cầu Schering điện áp cao được thể hiện trong hình dưới đây. Cầu bao gồm bốn nhánh, ở nhánh thứ nhất, có hai điện dung chưa biết C1 và C2 mà chúng ta phải tìm và điện trở R1 được nối với nhau và ở nhánh thứ hai, biến trở C4 và các điện trở R3 và R4 được nối với nhau. Ở trung tâm của cây cầu máy dò ‘D’ được kết nối.

“8 bit ripple carry adder Verilog ”

cầu cao áp-Schering

Trong hình, 'C1' là tụ điện có điện dung phải phát triển, 'R1' là điện trở nối tiếp biểu thị tổn thất trong tụ điện C1, C2 là tụ điện tiêu chuẩn, 'R3' là điện trở không cảm ứng, 'C4 'là một tụ điện thay đổi được và' R4 'là điện trở không cảm biến được mắc song song với tụ điện' C4 '.

Bằng cách sử dụng điều kiện cân bằng của cầu, tỷ lệ trở kháng ‘Z1 & Z2’ bằng trở kháng ‘Z3 & Z4’, nó được biểu thị bằng

Z1 / Z2 = Z3 / Z4

Z1 * Z4 = Z3 * Z2 ………………… phương (1)

Ở đâu VỚI_{1 =}R₁+ 1 / jwC₁VỚI_{2 =}1 / jwC_haiVỚI_{3 =}R₃VỚI_{4 =}(R₄+ 1 / jwC₄R₄) / (R₄- 1 / jwC₄R₄)

Bây giờ thay các giá trị của trở kháng Z1, Z2, Z3 và Z4 trong phương trình 1, sẽ nhận được các giá trị của C1 và R1.

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

Bằng cách đơn giản hóa trở kháng Z4 sẽ nhận được

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

VỚI_{4 =}R₄/ jwC₄R₄…………… .eq (3)

Thay thế eq (3) trong eq (2) sẽ nhận được

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

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

Bằng cách đơn giản hóa phương trình trên sẽ nhận được

(R₁R₄) + (R₄/ jw C₁) = (R₃/ jwC_hai) + (R₃* R₄C₄/ C_hai) ………… phương (4)

So sánh các bộ phận thực R1 R4 và R3 * R4C4 / 2 trong eq (4) sẽ nhận được giá trị điện trở không xác định R1

“làm thế nào để bạn kiểm tra một tụ điện ”

R1 R4 = R3 * R4C4 / C2

R1 = R3 * C4 / C2 ………… eq (5)

Tương tự so sánh các phần ảo R₄/ jw C₁và R₃/ jwC_haisẽ nhận được điện dung C không xác định₁giá trị

R₄/ jw C₁= R₃/ jwC_hai

R₄/ C₁= R₃/ C_hai

C₁= (R₄/ R3) C_hai………… phương (6)

Phương trình (5) và (6) là điện trở chưa biết và điện dung chưa biết

Đo lường Tan Delta bằng ScheringBridge

Mất điện môi

Một vật liệu điện hiệu quả hỗ trợ một lượng lưu trữ điện tích khác nhau với sự tiêu tán năng lượng dưới dạng nhiệt tối thiểu. Tổn thất nhiệt này, được gọi là tổn thất điện môi, là sự tiêu tán năng lượng vốn có của chất điện môi. Nó được tham số hóa một cách an toàn về góc mất delta hoặc mất tiếp tuyến tan delta. Về cơ bản, có hai dạng tổn thất chính có thể tiêu tán năng lượng trong chất cách điện, đó là tổn thất dẫn điện và tổn thất điện môi. Trong quá trình mất dẫn, dòng điện tích qua vật liệu gây ra tiêu tán năng lượng. Ví dụ, dòng điện rò qua chất cách điện. Tổn thất điện môi có xu hướng cao hơn ở các vật liệu có hằng số điện môi cao

Mạch tương đương của điện môi

Chúng ta hãy giả sử rằng, bất kỳ vật liệu điện môi nào được kết nối trong một mạch điện làm chất điện môi giữa các vật dẫn hoạt động như một tụ điện thực tế. Tương đương điện của một hệ thống như vậy có thể được thiết kế như một mô hình phần tử gộp điển hình, bao gồm một tụ điện lý tưởng không tổn hao mắc nối tiếp với điện trở được gọi là điện trở nối tiếp tương đương hoặc ESR. ESR đặc biệt thể hiện tổn thất trong tụ điện, giá trị ESR rất nhỏ ở tụ điện tốt và giá trị của ESR là khá lớn ở tụ điện kém.

Yếu tố phân tán

Nó là đại lượng đo tỷ lệ mất mát năng lượng trong chất điện môi, do dao động trong chất điện môi do điện áp xoay chiều đặt vào. Tương hỗ của hệ số chất lượng được gọi là hệ số tiêu tán, được biểu thị bằng Q = 1 / D. Chất lượng của tụ điện được biết đến bởi hệ số tiêu tán. Công thức hệ số tiêu tán là

D = wR₄C₄

Schering-bridge-phasor-diagram

Để giải thích toán học, hãy nhìn vào biểu đồ phasor, nó là tỷ số giữa ESR và điện trở điện dung. Nó còn được gọi là tiếp tuyến của góc mất mát và thường được biểu thị là

Tan delta = ESR / X_C

Thử nghiệm Tan Delta

Thử nghiệm đồng bằng tan tiến hành trên cách điện của cuộn dây và cáp. Thử nghiệm này được sử dụng để đo lường sự suy giảm của cáp.

Thực hiện thử nghiệm Tan Delta

Để thực hiện thử nghiệm đồng bằng tan, cách điện của cáp hoặc cuộn dây phải được thử nghiệm, trước tiên phải được cách ly và ngắt kết nối. Từ nguồn điện tần số thấp, điện áp thử nghiệm được đặt vào và các phép đo cần thiết được thực hiện bởi bộ điều khiển tan delta, và đến điện áp danh định của cáp, điện áp thử nghiệm được tăng lên theo từng bước. Từ biểu đồ phasor trên của cầu Schering, chúng ta có thể tính được giá trị của tan delta còn được gọi là D (Hệ số phân tán). Châu thổ tan được biểu thị bằng

Tan delta = Nhà vệ sinh₁R₁= W * (C_haiR₄/ R3) * (R₃C₄/ C_hai) = WC₄R₄

Đo độ thấm tương đối với cầu Schering

Độ thấm thấp của vật liệu điện môi được đo bằng cách sử dụng cầu Schering. Sự sắp xếp các tấm song song của độ thấm tương đối được biểu thị về mặt toán học là

e_r₌C_Sd / ε₀ĐẾN

Trong đó 'Cs' là giá trị điện dung được đo bằng cách coi mẫu là chất điện môi hoặc điện dung của mẫu, 'd' là khoảng trống giữa các điện cực, 'A' là diện tích hiệu dụng của điện cực, 'd' là độ dày của mẫu, 't' là khe hở giữa điện cực và mẫu thử, 'x' là độ giảm phân cách giữa điện cực và mẫu thử, và ε0 là điện tích cho phép của không gian tự do.

phép đo độ thấm tương đối

Điện dung giữa điện cực và mẫu thử được biểu thị bằng toán học là

C = C_SC₀/ C_S+ C₀……… eq (a)

Ở đâu C_S= ε_re₀A / d C₀= ε₀A / t

Thay thế C_Svà C₀các giá trị trong phương trình (a) sẽ nhận được

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

Biểu thức toán học để giảm mẫu được hiển thị bên dưới

e_r= d / d - x

Đây là lời giải thích của phép đo độ thấm tương đối với cầu Schering.

Đặc trưng

Các tính năng của cầu Schering là

Từ bộ khuếch đại tiềm năng, một nguồn cung cấp điện áp cao sẽ thu được.
Đối với rung cầu, điện kế được sử dụng như một máy dò
Trong các nhánh ab và ad người ta đặt tụ điện cao thế.
Trở kháng của nhánh bc và cd thấp và trở kháng của nhánh ab và ad cao.
Điểm ‘c’ trong hình được nối đất.
Trở kháng cánh tay ‘ab’ và ‘ad’ được giữ ở mức cao.
Trong nhánh ‘ab’ và ‘ad’, tổn thất điện năng rất nhỏ vì trở kháng của nhánh ab và ad cao.

Kết nối

Các kết nối đã được trao cho bộ mạch cầu Schering như sau.

Kết nối cực dương của đầu vào với cực dương của mạch
Kết nối cực âm của đầu vào với cực âm của mạch
Đặt giá trị điện trở R3 ở vị trí không và đặt giá trị điện dung C3 ở vị trí không
Đặt điện trở R2 thành 1000 ohms
Bật nguồn điện
Sau tất cả các kết nối này, bạn sẽ thấy số đọc trong bộ dò null, bây giờ hãy điều chỉnh điện trở thập kỷ R1 để có được số đọc tối thiểu trong bộ phát hiện null kỹ thuật số
Ghi lại các số đọc của điện trở R1, R2 và điện dung C2, đồng thời tính giá trị của tụ điện chưa biết bằng công thức
Lặp lại các bước trên bằng cách điều chỉnh giá trị điện trở R2
Cuối cùng, tính điện dung và điện trở bằng công thức. Đây là giải thích về hoạt động và kết nối của cầu Schering

Các biện pháp phòng ngừa

Một số biện pháp phòng ngừa mà chúng ta nên thực hiện khi cung cấp kết nối với cây cầu là

Đảm bảo rằng điện áp không được vượt quá 5 vôn
Kiểm tra các kết nối đúng cách trước khi bật nguồn điện

Các ứng dụng

Một số ứng dụng của việc sử dụng cầu Schering là

Sơ đồ các cầu được sử dụng bởi máy phát điện
Được sử dụng bởi động cơ điện
Được sử dụng trong mạng công nghiệp gia đình, v.v.

Ưu điểm của cầu Schering

Ưu điểm của cầu Schering là

So với những cây cầu khác, giá thành của cây cầu này ít hơn
Từ tần số, các phương trình cân bằng là tự do
Ở điện áp thấp, nó có thể đo các tụ điện nhỏ

Nhược điểm của cầu Schering

Có một số nhược điểm trong cầu Schering điện áp thấp, vì những nhược điểm này, cầu Schering điện áp và tần số cao được yêu cầu để đo điện dung nhỏ.

Câu hỏi thường gặp

1). Cầu Schering ngược là gì?

Cầu Schering là một loại cầu dòng điện xoay chiều được sử dụng để đo điện dung của tụ điện.

2). Loại máy dò nào được sử dụng trong cầu xoay chiều?

Loại máy dò được sử dụng trong cầu AC là máy dò cân bằng.

3). Mạch cầu có nghĩa là gì?

Mạch cầu là một loại mạch điện bao gồm hai nhánh.

“ưu và nhược điểm của hệ thống ngăn chặn xâm nhập ”

4). Cầu Schering được sử dụng cho phép đo gì?

Cầu Schering dùng để đo điện dung của tụ điện.

5). Làm thế nào để bạn cân bằng một mạch cầu?

Mạch cầu phải được cân bằng khi tuân theo hai điều kiện cân bằng chúng là độ lớn và điều kiện góc pha.

Trong bài viết này, tổng quan về Sơ đồ lý thuyết cầu Thảo luận về ưu điểm, ứng dụng, nhược điểm, các kết nối cho mạch cầu, phép đo độ từ thẩm tương đối, mạch cầu Schering điện áp cao, phép đo tan delta, và những kiến thức cơ bản về mạch cầu xoay chiều. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, đó là hệ số công suất của cầu Schering là bao nhiêu?