Qué es el puente de Schering: circuito, funcionamiento y sus aplicaciones

El puente de Schering es un circuito eléctrico que se utiliza para medir las propiedades aislantes de cables y equipos 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 originales son puentes de CA, son los instrumentos más populares, prácticos e importantes o más precisos utilizados para medir la resistencia, la capacitancia y la inductancia de CA. Los puentes de CA son como los puentes de CC, pero la diferencia entre los puentes de CA y los puentes de CC es la fuente de alimentación.

¿Qué es el Puente de Schering?

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. La alta tensión en este puente se obtiene utilizando el transformador elevador. El propósito principal de este puente es encontrar el valor de la capacitancia. Los principales dispositivos requeridos para la conexión son kit de capacitación, caja de capacitancia de décadas, multímetro, CRO y acuerdos de conexión. La fórmula utilizada para obtener el valor de la 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, los osciladores se utilizan como fuente en las 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 bloques de un puente de CA se muestra en la siguiente figura.

El diagrama de circuito básico de un circuito de puente de CA consta de cuatro impedancias Z1, Z2, Z3 y Z4, un detector y una fuente de voltaje de CA. El detector se coloca entre los puntos 'b' y 'd' y este detector se utiliza para equilibrar el puente. Se coloca una fuente de voltaje de CA entre los puntos 'a' y 'c' y alimenta la red del puente. El potencial del punto 'b' es el mismo que el potencial del punto 'd'. En términos de amplitud y fase, los dos puntos potenciales como b y d son iguales. En amplitud y fase, el punto 'a' a 'b' de la caída de voltaje es igual al punto de caída de voltaje a al d.

Cuando se utilizan puentes de CA para medir a bajas frecuencias, la línea de alimentación se utiliza como fuente de alimentación y cuando se realizan mediciones a altas frecuencias, se utilizan osciladores electrónicos como fuente de 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 que se utilizan en los puentes de CA: auriculares, galvanómetros vibratorios y circuitos amplificadores sintonizables.

Hay diferentes rangos de frecuencia y en este se utilizará un detector en particular. El rango de frecuencia más bajo de los auriculares es de 250 Hz y el rango de frecuencia más alto es de 3-4 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 amplificadores sintonizables es de 10 Hz a 100 KHz.

Diagrama de circuito de puente Schering de alto voltaje

El diagrama de circuito del puente 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 necesitamos encontrar y se conecta la resistencia R1 y en el segundo brazo se conecta la capacitancia variable C4 y las resistencias R3 y R4. En el centro del puente, se conecta el detector 'D'.

En la figura, 'C1' es el capacitor cuya capacitancia se va a desarrollar, 'R1' es una resistencia en serie que representa la pérdida en el capacitor C1, C2 es un capacitor estándar, 'R3' es una resistencia no inductiva, 'C4' es un capacitor variable y 'R4' es una resistencia no inductiva variable en paralelo con el capacitor variable 'C4'.

Usando 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 Z_{1 =} R₁ + 1/jwC₁ ; Z_{2 =} 1/jwC₂ ; Z_{3 =} R₃ ; Z_{4 =} (R₄ + 1/jwC₄R₄)/(R₄ – 1/jwC₄R₄)

Ahora sustituye los valores de las impedancias Z1, Z2, Z3 y Z4 en la ecuación 1, obtendrás los valores de C1 y R1.

(R₁ + 1/jw C₁) [(R₄ + 1/jwC₄R₄)/( R₄ – 1/jwC₄R₄)] =R₃ (1/jwC₂) ……….. ecuación(2)

Al simplificar la impedancia Z4 obtendrá

Z_{4 =} (R₄ + 1/jwC₄R₄)/(R₄ – 1/jwC₄R₄)

Z_{4 =} R₄ /jwC₄R₄…………….eq(3)

Reemplazando eq(3) en eq(2) obtendrá

(R₁ + 1/jw C₁) (R₄ /jwC₄R₄) = R₃ (1/jwC₂)

(R₁ R₄) + (R₄/jw C₁) = (R₃ /jwC₂)(1+ jwC₄R₄)

Simplificando la ecuación anterior se obtiene

(R₁ R₄) + (R₄/jw C₁) = (R₃ /jwC₂) + (R₃*R₄contra₄/VS₂)…………ecuación(4)

Compare las partes reales R1 R4 y R3*R4C4/2 en la ecuación (4) para obtener un valor de resistencia R1 desconocido

R1 R4 = R3*R4C4/ C2

R1 = R3*C4/ C2…………eq(5)

Del mismo modo, compare las partes imaginarias R₄/jw C₁ y R₃ /jwC₂ obtendrá una habilidad desconocida C₁ evaluar

R₄/jw C₁ =R₃ /jwC₂

R₄/VS₁ =R₃ /VS₂

contra₁ = (R₄ / R3) C₂ …………equivalente(6)

Una ecuación (5) y (6) son la resistencia desconocida y la capacitancia desconocida

Medición delta de bronceado con ScheringBridge

Pérdida dieléctrica

Un material eléctrico eficiente admite una cantidad variable de almacenamiento de carga con una mínima disipación de energía en forma de calor. Esta pérdida de calor, efectivamente llamada pérdida dieléctrica, es la disipación dieléctrica inherente de la energía. Se parametriza de forma segura en términos de ángulo de pérdida delta o tangente de tangente de pérdida delta. Básicamente, existen dos formas principales de pérdida que pueden disipar energía en un aislador: 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 de el aislamiento La pérdida dieléctrica tiende a ser mayor en materiales con alta constante dieléctrica

Circuito equivalente de dieléctrico

Suponga 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 se puede considerar como un modelo típico de elementos agrupados, que incluye un capacitor ideal sin pérdidas en serie con una resistencia llamada resistencia en serie equivalente o ESR. ESR representa principalmente las pérdidas en el condensador, el valor de ESR es muy pequeño en un buen condensador y el valor de ESR es bastante grande en un mal condensador.

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 alterno aplicado. El inverso del factor de calidad se conoce como factor de disipación y se expresa como Q=1/D. La calidad del condensador se conoce por el factor de disipación. La fórmula para el factor de disipación es

D=wR₄ contra₄

Para la interpretación matemática, mire el diagrama fasorial, es la relación entre la ESR y la reactancia capacitiva. También se conoce como la tangente del ángulo de pérdida y comúnmente se expresa como

Tandelta=RSE/X_contra

Prueba Tan-Delta

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 de tan delta, el aislamiento de los cables o bobinados debe probarse, primero se aísla y se desconecta. Desde la fuente de alimentación de baja frecuencia se aplica la tensión de prueba y se toman las medidas necesarias por parte del controlador tan delta, y hasta la tensión nominal de los cables se aumenta la tensión de prueba por etapas. A partir del diagrama fasorial anterior del puente de Schering, podemos calcular el valor de tan delta, que también se denomina D (factor de disipación). El tan delta se expresa como

tandelta = baño₁R₁= W*(C₂R₄ / R3)* (R₃contra₄/VS₂) = inodoro₄R₄

Medida de la permeabilidad relativa con el puente de Schering

La baja permeabilidad del material dieléctrico se mide mediante el puente de Schering. La disposición de placas paralelas de permeabilidad relativa se expresa matemáticamente como

ε_{r =} contra_s d/ε₀ A

Où 'Cs' est la valeur mesurée de la capacité en considérant l'échantillon comme un diélectrique ou une capacité d'échantillon, 'd' est l'espace entre les électrodes, 'A' est la surface effective des électrodes, 'd' est l'épaisseur de l'échantillon, 't' est l'écart entre l'électrode et l'échantillon, 'x' est la réduction de la séparation entre l'électrode et l'échantillon, et ε0 est la permittivité de l 'espacio libre.

La capacitancia entre el electrodo y la muestra se expresa matemáticamente como

C=C_S contra₀ /VS_S+C₀ ……… ecuación(a)

Dónde contra_S = ε_r ε₀ Anuncio; contra₀ = ε₀ A

Sustituto C_S etc.₀ los valores en la ecuación (a) se obtendrán

C = (ε_r ε₀ A / d)( ε₀ A / t) / (ε_r ε₀ A / d)+(ε₀ A)

La expresión matemática para reducir la muestra se muestra a continuación

ε_r= d/d – x

Esta es la explicación de la medida de la permeabilidad relativa con el puente de Schering.

Características

Las características del puente de Schering son

• Del amplificador de potencial se obtiene una fuente de alimentación de alto voltaje.
• Para la vibración del puente se utiliza como detector el galvanómetro
• En los brazos ab y ad se colocan capacitores de alto voltaje.
• La impedancia de los brazos bc y cd es baja y las impedancias de los brazos ab y ad son altas.
• El punto “c” de la figura está conectado a tierra.
• La impedancia de los brazos 'ab' y 'ad' se mantiene alta.
• En los brazos 'ab' y 'ad', la pérdida de potencia es muy baja porque la impedancia de los brazos ab y ad es alta.

Conexiones

Las conexiones se dieron 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
• Ajuste la resistencia R2 a 1000 ohmios
• Conectar la 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.
• Tenga en cuenta las lecturas de la resistencia R1, R2 y la capacitancia C2, y calcule el valor del capacitor desconocido usando la fórmula
• Repita los pasos anteriores ajustando el valor de la resistencia R2
• Finalmente, calcule la capacitancia y la resistencia usando la fórmula. Esta es la explicación del funcionamiento y conexiones del Puente de Schering

Precauciones

Algunas de las precauciones que debemos tomar al dar conexiones de puente son

• Asegúrese de que el voltaje no exceda los 5 voltios.
• Verifique correctamente las conexiones antes de aplicar energía

Aplicaciones

Algunas de las aplicaciones del uso de Schering Bridge son

• Puentes de Schering utilizados por generadores
• Utilizado por motores eléctricos
• Utilizado en redes industriales domésticas, etc.

Beneficios del Puente de Schering

Las ventajas del puente de Schering son

• Comparado con otros puentes, el costo de este puente es más bajo
• A partir de la frecuencia las ecuaciones de equilibrio son libres
• A baja tensión, puede medir pequeños condensadores.

Desventajas del puente de Schering

Hay varias desventajas en el puente Schering de bajo voltaje, debido a estas desventajas, el puente Schering de alta frecuencia y voltaje es necesario 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 CA que se utiliza para medir la capacitancia de los condensadores.

2). ¿Qué tipo de detector se utiliza en los puentes de CA?

El tipo de detector que se utiliza en los puentes de CA es un detector balanceado.

3). ¿Qué se entiende por circuito puente?

El circuito puente es un tipo de circuito eléctrico que consta de dos ramas.

4). ¿Para qué medida se utiliza el puente de Schering?

El puente de Schering se utiliza para medir la capacitancia de los capacitores.

5). ¿Cómo equilibrar un circuito puente?

El circuito del puente debe equilibrarse siguiendo las dos condiciones de equilibrio, es decir, la condición de amplitud y ángulo de fase.

En este artículo, la descripción general de Teoría del puente de ScheringSe analizan las ventajas, las aplicaciones, las desventajas, las conexiones dadas al circuito del puente, la medición de la permeabilidad relativa, el circuito del puente de Schering de alto voltaje, la medición de tan delta y los conceptos básicos del circuito del puente de CA. Aquí hay una pregunta para usted, ¿cuál es el factor de potencia del puente de Schering?