ما هو جسر شيرينغ: الدائرة والعمل وتطبيقاتها

جرب أداة القضاء على المشاكل





جسر شيرينغ عبارة عن دائرة كهربائية تستخدم لقياس خصائص العزل للكابل الكهربائي والمعدات. إنها دائرة جسر AC تم تطويرها بواسطة Harald Ernst Malmsten Schering (25 نوفمبر 1880 - 10 أبريل 1959). لها أكبر ميزة هي أن المعادلة المتوازنة مستقلة عن التردد. جسور التيار المتردد هي جسور التيار المتناوب ، وهي الأدوات الأكثر شيوعًا وملاءمة وبروزًا ودقة ، وتستخدم لقياس مقاومة التيار المتردد والسعة والتحريض. جسور التيار المتردد تشبه العاصمة تمامًا الجسور لكن الفرق بين جسور التيار المتردد وجسور التيار المباشر هو مصدر الطاقة.

ما هو جسر شيرينغ؟

تعريف: جسر شيرينغ هو نوع واحد من جسر التيار المتردد ، والذي يستخدم لقياس السعة غير المعروفة ، والنفاذية النسبية ، وعامل التبديد ، وفقدان العزل الكهربائي للمكثف. يتم الحصول على الجهد العالي في هذا الجسر باستخدام محول الصعود. الهدف الرئيسي لهذا الجسر هو إيجاد قيمة السعة. الجهاز الرئيسي المطلوب للتوصيل هو مجموعة أدوات التدريب ، وصندوق سعة عقد ، ومقياس متعدد ، و CRO ، وأوتار التصحيح. الصيغة المستخدمة للحصول على قيمة السعة هي CX = Cاثنين4/ ص3).




حلبة جسر التيار المتردد الأساسية

في جسور التيار المتناوب تستخدم خطوط الكهرباء كمصدر للإثارة عند الترددات المنخفضة ، المذبذبات تستخدم كمصدر للقياسات عالية التردد. نطاق تردد المذبذب هو 40 هرتز إلى 125 هرتز. لا تقيس جسور التيار المتردد المقاومة والسعة والتحريض فحسب ، بل تقيس أيضًا عامل القدرة وعامل التخزين وكل جسور التيار المتردد تعتمد على جسر ويتستون. يظهر الرسم التخطيطي الأساسي للدائرة الكهربائية لجسر التيار المتردد في الشكل أدناه.

حلبة جسر التيار المتردد الأساسية

دائرة جسر التيار المتردد الأساسية



يتكون مخطط الدائرة الأساسي لدائرة جسر التيار المتردد من أربعة ممانعات Z1 و Z2 و Z3 و Z4 ، وكاشف ومصدر جهد تيار متردد. يتم وضع الكاشف بين النقطة 'ب' و 'د' ويستخدم هذا الكاشف لموازنة الجسر. يتم وضع مصدر جهد التيار المتردد بين النقطتين 'أ' و 'ج' ويقوم بتزويد شبكة الجسر بالطاقة. احتمال النقطة 'ب' هو نفس النقطة المحتملة 'د'. من حيث السعة والمرحلة ، كلا النقطتين المحتملتين مثل b & d متساويتان. في كل من الحجم والمرحلة ، النقطة 'أ' إلى 'ب' انخفاض الجهد يساوي نقطة هبوط الجهد من أ إلى د.

عندما تستخدم جسور التيار المتردد للقياس عند الترددات المنخفضة ، يتم استخدام خط الطاقة كمصدر للإمداد وعندما يتم إجراء القياسات على الترددات العالية ، يتم استخدام المذبذبات الإلكترونية لإمداد الطاقة. يتم استخدام مذبذب إلكتروني كمصدر لإمداد الطاقة ، ويتم إصلاح الترددات التي يوفرها المذبذب وتكون موجات الإخراج لمذبذب إلكتروني ذات طبيعة جيبية. هناك ثلاثة أنواع من أجهزة الكشف المستخدمة في جسور التيار المتردد وهي سماعات رأس اهتزازية الجلفانومتر ، وقابل للضبط المضخم الدوائر.

هناك نطاقات تردد مختلفة وفي ذلك ، سيتم استخدام كاشف معين. نطاق التردد المنخفض لسماعة الرأس هو 250 هرتز ونطاق التردد العالي أعلى من 3 إلى 4 كيلو هرتز. يتراوح نطاق تردد الجلفانومتر الاهتزازي من 5 هرتز إلى 1000 هرتز وهو أكثر حساسية أقل من 200 هرتز. نطاق تردد دوائر مكبر الصوت القابل للضبط من 10 هرتز إلى 100 كيلو هرتز.


مخطط حلبة جسر شيرينغ ذات الجهد العالي

يظهر الرسم التخطيطي لدائرة جسر شيرينغ عالي الجهد في الشكل أدناه. يتكون الجسر من أربعة أذرع ، في الذراع الأول ، هناك نوعان من السعات غير المعروفة C1 و C2 والتي يتعين علينا إيجادها والمقاومة R1 متصلة وفي الذراع الثانية ، السعة المتغيرة C4 والمقاومات R3 و R4 متصلة. في وسط الجسر ، يتم توصيل كاشف 'D'.

جسر شيرينغ عالي الجهد

جسر شيرينغ عالي الجهد

في الشكل ، 'C1' هو المكثف الذي يجب تطوير سعته ، 'R1' عبارة عن مقاومة متسلسلة تمثل الخسارة في المكثف C1 ، C2 هو مكثف قياسي ، 'R3' مقاومة غير استقرائية ، 'C4 'هو مكثف متغير ، و' R4 'هو مقاومة متغيرة غير حثي بالتوازي مع المكثف المتغير' C4 '.

باستخدام حالة توازن الجسر ، فإن نسبة الممانعة 'Z1 & Z2' تساوي الممانعة 'Z3 & Z4' ، يتم التعبير عنها كـ

Z1/ Z2 = Z3/ Z4

Z1 * Z4 = Z3 * Z2 ……………………………………… (1)

أين مع1 =ر1+ 1 / جي دبليو سي1مع2 =1 / جي دبليو سياثنينمع3 =ر3مع4 =4+ 1 / جي دبليو سي4ر4) / (ر4- 1 / جي دبليو سي4ر4)

الآن استبدل قيم الممانعات Z1 و Z2 و Z3 و Z4 في المعادلة 1 ، وسوف تحصل على قيم C1 و R1.

1+ 1 / جي دبليو سي1) [(ر4+ 1 / جي دبليو سي4ر4) / (ر4- 1 / جي دبليو سي4ر4)] = R.3(1 / جي دبليو سياثنين) ……… .. مكافئ (2)

عن طريق تبسيط سوف تحصل على مقاومة Z4

مع4 =4+ 1 / جي دبليو سي4ر4) / (ر4- 1 / جي دبليو سي4ر4)

مع4 =ر4/ جي دبليو سي4ر4……………… .eq (3)

سيحصل البديل eq (3) في eq (2)

1+ 1 / جي دبليو سي1) (ر4/ جي دبليو سي4ر4) = ص3(1 / جي دبليو سياثنين)

1ر4) + (ر4/ جي دبليو سي1) = (ص3/ جي دبليو سياثنين) (1+ jwC4ر4)

بتبسيط المعادلة أعلاه سوف تحصل

1ر4) + (ر4/ جي دبليو سي1) = (ص3/ جي دبليو سياثنين) + (ر3* ص4ج4/ جاثنين) ................... مكافئ (4)

قارن الأجزاء الحقيقية R1 R4 و R3 * R4C4 / 2 في eq (4) ستحصل على قيمة مقاومة غير معروفة R1

R1 R4 = R3 * R4C4 / C2

R1 = R3 * C4 / C2 .......... مكافئ (5)

قارن بالمثل الأجزاء التخيلية R4/ جي دبليو سي1و ر3/ جي دبليو سياثنينسوف تحصل على سعة غير معروفة C1القيمة

ر4/ جي دبليو سي1= ص3/ جي دبليو سياثنين

ر4/ ج1= ص3/ جاثنين

ج1= (ص4/ R3) جاثنين.................. مكافئ (6)

المعادلة (5) و (6) هي المقاومة غير المعروفة والسعة المجهولة

قياس تان دلتا باستخدام ScheringBridge

خسارة عازلة

تدعم المادة الكهربائية الفعالة قدرًا متفاوتًا من تخزين الشحنات مع الحد الأدنى من تبديد الطاقة في شكل حرارة. فقدان الحرارة هذا ، الذي يُطلق عليه بشكل فعال فقدان العزل الكهربائي ، هو التبديد المتأصل للطاقة في العزل الكهربائي. يتم تحديد معلماتها بأمان من حيث دلتا زاوية الخسارة أو خسارة الظل المظلل. هناك نوعان أساسيان من الخسارة التي قد تؤدي إلى تبديد الطاقة داخل العازل ، وهما فقدان التوصيل وفقدان العزل الكهربائي. في حالة فقدان التوصيل ، يتسبب تدفق الشحنة عبر المادة في تبديد الطاقة. على سبيل المثال ، تدفق تيار التسرب عبر العازل. تميل الخسارة العازلة إلى أن تكون أعلى في المواد ذات ثابت العزل الكهربائي العالي

الدائرة المكافئة للعازل

لنفترض أن أي مادة عازلة متصلة في دائرة كهربائية كعزل كهربائي بين الموصلات تعمل كمكثف عملي. يمكن تصميم المكافئ الكهربائي لمثل هذا النظام كنموذج نموذجي للعنصر المقطوع ، والذي يتضمن مكثفًا مثاليًا بدون خسارة في سلسلة مع مقاومة يُعرف باسم مقاومة السلسلة المكافئة أو ESR. يمثل ESR بشكل خاص الخسائر في المكثف ، وقيمة ESR صغيرة جدًا في مكثف جيد ، وقيمة ESR كبيرة جدًا في مكثف سيئ.

عامل التبدد

إنه مقياس لمعدل فقد الطاقة في العازل الكهربائي ، بسبب التذبذب في المادة العازلة بسبب جهد التيار المتردد المطبق. يُعرف مقلوب عامل الجودة باسم عامل التبديد الذي يتم التعبير عنه بـ Q = 1 / D. تُعرف جودة المكثف بعامل التبديد. صيغة عامل التبديد هي

D = wR4ج4

مخطط شيرينغ بريدج فيسور

شيرينغ جسر-فايزور مخطط

للتفسير الرياضي ، انظر إلى الرسم التخطيطي للطور ، فهو نسبة ESR ومفاعلة السعة. يُعرف أيضًا باسم زاوية الخسارة ويتم التعبير عنها بشكل شائع

تان دلتا = ESR / Xج

اختبار تان دلتا

يجري اختبار tan delta على عزل اللفات والكابلات. يستخدم هذا الاختبار لقياس التدهور في الكابل.

إجراء اختبار دلتا تان

من أجل إجراء اختبار tan delta ، يجب اختبار عزل الكابلات أو اللفات ، أولاً يتم عزلها وفصلها. من مصدر طاقة التردد المنخفض ، يتم تطبيق جهد الاختبار ويتم أخذ القياسات اللازمة بواسطة وحدة التحكم tan delta ، وحتى الجهد المقنن للكابلات ، يتم زيادة جهد الاختبار على مراحل. من الرسم البياني أعلاه لجسر شيرينغ ، يمكننا حساب قيمة tan delta والتي تسمى أيضًا D (عامل التبديد). يتم التعبير عن دلتا تان كـ

تان دلتا = مرحاض1ر1= W * (C.اثنينر4/ R3) * (R3ج4/ جاثنين) = مرحاض4ر4

قياس النفاذية النسبية بجسر شيرينغ

يتم قياس نفاذية المادة العازلة المنخفضة باستخدام جسر شيرينغ. يتم التعبير رياضيًا عن ترتيب الصفائح المتوازية للنفاذية النسبية

هص=جسد / ε0إلى

حيث 'C' هي القيمة المقاسة للسعة من خلال اعتبار العينة على أنها عازلة أو سعة العينة ، و 'd' هي المسافة بين الأقطاب الكهربائية ، و 'A' هي المنطقة الفعالة للأقطاب الكهربائية ، و 'd' هي سماكة العينة ، و 't' هي الفجوة بين القطب والعينة ، 'x' هو تقليل الفصل بين القطب والعينة ، و ε0 هو سماحية المساحة الحرة.

قياس النفاذية النسبية

قياس النفاذية النسبية

يتم التعبير عن السعة بين القطب والعينة رياضيًا كـ

ج = جسج0/ جس+ ج0……… مكافئ (أ)

أين جس= εصه0أ / د ج0= ε0في

البديل جسو ج0القيم في المعادلة (أ) ستحصل

ج = (هصه0أ / د) (هـ0أكلصه0أ / د) + (هـ0في)

يظهر التعبير الرياضي لتقليل العينة أدناه

هص= د / د - س

هذا هو تفسير قياس النفاذية النسبية باستخدام جسر شيرينغ.

سمات

ملامح جسر شيرينغ

  • من مكبر الصوت المحتمل ، يتم الحصول على مصدر جهد عالي.
  • بالنسبة لاهتزاز الجسر ، يتم استخدام الجلفانومتر ككاشف
  • في الذراعين ab و ad ، يتم وضع مكثفات الجهد العالي.
  • مقاومة الذراع bc و cd منخفضة ومقاومة الذراع ab و ad عالية.
  • النقطة 'ج' في الشكل مؤرضة.
  • يتم الاحتفاظ بمقاومة الذراع 'ab' و 'ad' مرتفعة.
  • في الذراع 'ab' و 'ad' ، يكون فقدان الطاقة صغيرًا جدًا نظرًا لارتفاع مقاومة الأسلحة ab و ad.

روابط

أعطيت التوصيلات لمجموعة دارة جسر شيرينغ كما يلي.

  • قم بتوصيل الطرف الموجب للإدخال بالطرف الموجب للدائرة
  • قم بتوصيل الطرف السالب للمدخل بالطرف السالب للدائرة
  • اضبط قيمة المقاومة R3 على الموضع الصفري واضبط قيمة السعة C3 على الموضع الصفري
  • اضبط المقاومة R2 على 1000 أوم
  • قم بتشغيل مصدر الطاقة
  • بعد كل هذه الاتصالات ، سترى قراءة في الكاشف الفارغ ، والآن اضبط مقاومة العقد R1 للحصول على الحد الأدنى من القراءة في كاشف العدم الرقمي
  • دوّن قراءات المقاومة R1 و R2 والسعة C2 واحسب قيمة المكثف المجهول باستخدام الصيغة
  • كرر الخطوات المذكورة أعلاه بضبط قيمة المقاومة R2
  • أخيرًا ، احسب السعة والمقاومة باستخدام الصيغة. هذا هو شرح عمل وتوصيلات جسر شيرينغ

احتياطات

بعض الاحتياطات التي يجب أن نتخذها أثناء توصيل الجسر هي

  • تأكد من أن الجهد يجب ألا يتجاوز 5 فولت
  • تحقق من التوصيلات بشكل صحيح قبل تشغيل مصدر الطاقة

التطبيقات

بعض تطبيقات استخدام جسر شيرينغ هي

  • جسور شيرنج التي تستخدمها المولدات
  • تستخدم بواسطة محركات الطاقة
  • تستخدم في الشبكات الصناعية المنزلية ، إلخ

مزايا جسر شيرينغ

مزايا جسر شيرينغ

  • بالمقارنة مع الجسور الأخرى ، فإن تكلفة هذا الجسر أقل
  • من التردد تكون معادلات التوازن مجانية
  • عند الفولتية المنخفضة ، يمكنه قياس المكثفات الصغيرة

عيوب جسر شيرينج

هناك العديد من العيوب في جسر شيرينغ منخفض الجهد ، بسبب هذه العيوب ، يلزم استخدام جسر شيرينغ عالي التردد والجهد لقياس السعة الصغيرة.

أسئلة وأجوبة

1). ما هو جسر شيرينغ المقلوب؟

جسر شيرينغ هو نوع واحد من جسر التيار المتردد الذي يستخدم لقياس سعة المكثفات.

2). ما نوع الكاشف المستخدم في جسور التيار المتردد؟

نوع الكاشف المستخدم في جسور التيار المتردد هو كاشف متوازن.

3). ما المقصود بدائرة الجسر؟

دائرة الجسر هي نوع واحد من الدوائر الكهربائية التي تتكون من فرعين.

4). لأي قياس يستخدم جسر شيرينغ؟

يستخدم جسر شيرينغ لقياس سعة المكثفات.

5). كيف توازن دائرة الجسر؟

يجب موازنة دائرة الجسر باتباع شرطي التوازن وهما حالة الحجم وزاوية الطور.

في هذه المقالة ، نظرة عامة على نظرية جسر شيرينغ والمزايا والتطبيقات والعيوب والوصلات الممنوحة لدائرة الجسر وقياس النفاذية النسبية ودائرة جسر شيرينغ ذات الجهد العالي وقياس تان دلتا وأساسيات دائرة جسر التيار المتردد. إليك سؤال لك ، ما هو عامل القوة لجسر شيرينغ؟