בס"ד שני 09 ינואר 2023
נושא : גשר שרינג למדידת קיבול במתח נמוך ומתח גבוה (Schering Bridge)
הקדמה
גשר שרינג משמש למדידת הקיבול של הקבל, פקטור הפיזור, תכונות של מבודד, שמן בידוד וחומרי בידוד אחרים. גשר שרינג פועל על (אותו העיקרון של רוב הגשרים הקיימים ועל רובם דנו בעבר ואם לא הגענו אליהם נגיע גם אליהם) העיקרון הוא איזון של הענף בהם הם נמצאים באמצעות השוואה של ערכים לא ידועים עם ערך ידוע.
שרטוט מספר 1 – גשר שרינג מתח נמוך
הסבר על השיטה
השיטה הנפוצה באמצעות גשר שרינג היא שיטה נפוצה למדידת קיבול והפסדים דיאלקטריים.
הגשר מיועד למתח חילופין שיטה זו פותחה על ידי " הרלד שרינג " ,יתרונה של השיטה היא שמשוואת האיזון אינה תלויה בתדר הרשת או מתח הרשת.
C1 – הוא הקיבול הלא ידוע שערכו ייקבע עם התנגדות בטור R1.
C2 – קבל.
C4 – קבל משתנה.
R3 – נגד.
R4 – הוא נגד משתנה המחובר במקביל לקבל משתנה C4.
מתח ההפעלה מוזן לגשר בנקודות בין b – d ואילו הגלוונומטר (הזכרנו אותו בעבר) מחובר בין נקודות a ו-c. על מנת לבדוק שהגשר מאוזן.
מכאן אנחנו יודעים לגבי כל ענף
Z1 =R1 + 1/(jωC1)
Z2 =1 / jωC2
Z3 = R3
Z4 = 1 / (1/ R4) + jωC4 R4 = R4 / [ 1 + jωC4R4]
ובשביל גשר מאוזן נרצה לקבל
(Z1) (Z4) = (Z2) (Z3)
נציב את 2 האגפים
(R1+1/jωC1) (R4 /[ 1 + jω(C4)(R4)])= (1 / jωC2)(R3)
נפתח
[(jωC1R1 + 1) / jωC1] (R4 / [ 1 + jω(C4) (R4)]) = (R3 / jωC2)
נכפול
[(jωC1R1R4 + R4) / [jω (C1+ jω(C1) (C4) (R4)]) = (R3 / jωC2)
נכפול את הצדדים ב jω
[(jωC1R1R4+R4) / (C1+ jω(C1) (C4) (R4)) = (R3 / C2)
נכפול את 2 הצדדים ב (C1+ jω(C1)(C4)(R4))
[(jωC1R1R4+R4) = [C1R3 +jω(C1) (C4) (R4) (R3)]/ C2)
כלומר על מנת לאזן את הגשר נצטרך לשנות את הערכים של הקבל C4 והנגד R4 עד אשר הגשר מתאזן עם הנתונים הלא ידועים המיוצגים כנגד R1 והקבל C1
נשווה רק את החלקים הממשיים
R4=R3C1/C2
C1=R4C2/R3
ונשווה ערכים נדמים (מדומים) נקבל
C1R1R4=(C1C4R4R3)/C2
R1=C4R3/C2
ונמצא את פקטור הפיזור
tan (𝛿) = ωC1R1= ω(R4C2/R3) (C4R3/C2) = ωR4C4
בדרך כללC2 וR4 הינם ערכים קבועים והאיזון של ענפים מתקבל על ידי שינוי R3 ו C4 כך שניתן למדוד את גורם הפיזור ישירות במונחים של הקבלC4 .
יתרונות השיטה
- המשוואה המאוזנת המתקבלת אינה תלויה בתדר.
- במקרה של תדר קבוע, ניתן לכייל את הבורר של קבל C4 כדי לקרוא את פקטור הפיזור ישירות
חסרונות השיטה
- די קשה להשיג מצב מאוזן.
- קיימות שגיאות במדידות של קיבולים קטנים באמצעות הגשר כתוצאה ממוליכים ומתח נמוך.
- הכיוונון של פקטור הפיזור מעשי רק עבור ערך אחד של תדירות. על מנת להשתמש בו עבור תדרים אחרים, יש לבצע תיקון על ידי הכפלה עם יחס התדרים.
מה הצורך בגשר שרינג במתח גבוה?
למדידת קיבול קטן עלינו להפעיל מתח גבוה ותדר גבוה אשר היוו חסרון במתח נמוך יהיו יתרון במתח גבוה השיטה מתאימה ביותר למדידה במתח גבוה בגלל הסיבות הבאות:
- כאשר המתח גבוה יותר התוצאה תהייה מדויקות יותר
- המעגל מספק בטיחות רבה יותר למפעיל בשל הארקה וכן מניעת אפשרות של התפתחות מתח גבוה על ענף המדידה.
- איבודי ההספק קטנים מהאלטרנטיבות
שרטוט מספר 2 – גשר שרינג מתח גבוה
צורת העבודה
צורת העבודה זהה לפעולתו ללא מתח הגבוה אך כאן השנאי מספק את המתח הגבוה (שנאי מעלה מתח) הנדרש לגשר באמצעות הזנה של מתח חילופין סטנדרטית, במעגל יש לנו מספר זרועות אך העכבה של הזרועות CD ו-DA נמוכות מאוד בהשוואה לזו של זרועות BC ו-BA ובשל העובדה כי R4 ו C2 הן הרכיבים המתכווננים המתח שם יהיה הנמוך יותר ועל כן המפעיל בטוח יותר. בשל העכבה הגבוהה הזרמים הזורמים דרך הגשר יהיו קטנים מאוד, מה שמביא לצריכת אנרגיה נמוכה מאוד , מפל המתח הגבוה נופל על העכבות הגבוהות ועל כן הציוד החשמלי מחיוב לעמוד לפחות במתחי העבודה של הגשר ובייחוד הקבלים C1 ו-C2 אשר תוכננו לעמוד במתחים גבוהים, והם בעלי עכבות גבוהות בתדרים נמוכים.
יתרונות הגשר במתח גבוה
- גם אם תתרחש תקלה הציוד בגשר מתוכנן לעבוד עם המתח הגבוה שלו.
- עלותו זולה לעומת האלטרנטיבות
- המשוואה המאוזנת אינה תלויה בתדר.
- ניתן למדוד גם את תכונות הבידוד של כבלים והתקנים חשמליים.
נתראה בגשר הבא
בהצלחה