Danas je nabavljen Scheringov mjerni most u prenosivom drvenom kovčegu dimenzija 60x34x16 cm. Jedina oznaka na čitavom uređaju nalazi se na metalnim bravicama kovčega “TKG Ljubljana”. To je oznaka slovenskog poduzeća za proizvodnju vijaka i metalne galanterije (TKG – Tovarna Kovinske Galanterije) koje je osnovano 1938. godine te je i danas prisutno na tržištu. Vidjeti ćemo kasnije da su unutrašnjosti ugrađeni Siemensovi kondenzatori sa datumskim oznakama iz 1943. godine te kondenzatori sa logom “BA 1934” koji također pripadaju nekom njemačkom proizvođaču. Sve upućuje na zaključak da je ovaj uređaj mogao biti izrađen u 1940-tim godinama.
Scheringov most je izmjenični mjerni most za mjerenje kapaciteta kondenzatora te kuta gubitaka kondenzatora i dielektričnih gubitaka izolacije kod različitih električnih komponenti i uređaja pri njihovim radnim naponima.
Idealni kondenzator bi trebao imati samo kapacitivnu komponentu gdje struja prethodi naponu za kut od 90°. U praksi idealan kondenzator ne postoji i u njemu se dio energije uvijek pretvara u toplinu. Stoga je izmjenična struja prema naponu pomaknuta u fazi za kut koji se razlikuje od idealnih 90°. Veličina tog pomaka naziva se tangens kuta gubitaka (tg δ) i što je tg δ manji to je kondenzator kvalitetniji (sa manjim gubicima).
Kod izolacije pak tg δ ovisi o veličini primijenjenog napona, odnosno o jakosti električnog polja kroz izolaciju. Kako se napon povećava tako tg δ polako raste sve do točke kad izolacija “probije” uslijed nastale ionizacije na određenoj visina napona. Tu tg δ naglo poraste i to je krajnja vrijednost napona koju izolacija može izdržati. Naravno, u praksi se onda određuje niži pogonski napon za tu izolaciju jer ista ne smije biti izložena djelovanju ionizacije. Kod mjerenja gubitaka na izolaciji Scheringov most se napaja izmjeničnim naponom preko regulacijskog (auto)transformatora kojim se polako podiže mjerni napon.
Scheringov most se sastoji od R i C elemenata slično kao i Wienov most. Wienov most je pogodan za mjerenje kapaciteta i faktora gubitaka izolacijskih materijala kod niskih napona i viših frekvencija, dok je Scheringov most pogodniji za visoke napone i niske frekvencije (mrežni naponi).
Nacrtali smo električnu shemu našeg uređaja. Isti sadrži samo dvije regulacijske grane mosta što je i karakteristično za praktičnu izvedbu Scheringovog mosta predviđenog za visoke radne napone. U trećoj grani se nalaze čisti radni otpornici, a u četvrtoj grani je paralelna kombinacija kondenzatora i otpornika. Za drugu granu mosta je potrebno koristiti vanjski etalonski kondenzator koji ima zanemarivo mali kut gubitaka. Otpornici u trećoj i četvrtoj grani mosta su odabrani tako da se na njih dijeli mali dio ukupnog napona mosta, tako da se može vršiti jednostavnije preklapanje željenih RC vrijednosti u tim granama. Vidimo da su ti otpornici ispod 1 kΩ dok je impedancija u prvoj i drugoj grani na 50 Hz reda MΩ. Tako većina pada napona nastaje na prvoj i drugoj grani sa mjernim objektom i etalonskim kondenzatorom. Ovo je i jedan od razloga zašto su gornje grane mosta odvojene od donjih grana mosta sadržanih u našem uređaju. Da ne bi došlo do preskakanja visokog napona, gornje (visokonaponske) grane se oklopljenim kabelima na sigurnoj udaljenosti spajaju sa donjim granama mosta i mjernom granom sa galvanometrom.
Ravnoteža mosta, odnosno ugađanje amplitude i faze u našem slučaju se vrši se pomoću promjenjivih RC elemenata (impedancija) u trećoj i četvrtoj grani mosta. Ako je ispitivani kondenzator (Cx) velikog kapaciteta, onda će i struja kroz treću granu biti velika pa se po potrebi premošćuje (shuntira) otpornicima na čepištima 1/100, 1/20 i 1/5. Kada se postigne ravnoteža mosta, onda se prema vrijednostima uključenih kondenzatora (0,3 µF ili 3,2 µF) te prema vrijednostima otpornika i potenciometara u trećoj i četvrtoj grani mosta mogu izračunati kapacitivna i radna komponenta kondenzatora, odnosno izračunati kut gubitaka tg δ. Skale glavnih mjernih potenciometara u četvrtoj grani gravirane su u rasponu 0-1000 Ω koliko i iznosi maksimalni otpor istih. Vjerojatno je postojala neka formula sa konstantom našeg uređaja preko koje se lako izračunao tg δ na osnovu odabranih i očitanih vrijednosti RC elemenata u donjim granama mosta.
Žičani potenciometar od 1 kΩ u četvrtoj grani mosta (promjenjivi RC element).
Žičani potenciometar od 1 kΩ u četvrtoj grani mosta (mjerna grana).
Žičani potenciometar od 10 Ω u trećoj grani mosta.
Žičani potenciometar od 365 Ω u za podešavanje struje kroz indikacijski instrument.
Fiksni žičani otpornici u trećoj grani mosta motani su na poseban način da se što više smanji parazitska induktivna i kapacitivna komponenta otpora.
Blokovi paralelno vezanih kondenzatora u četvrtoj grani mosta mogu izdržati stalan napon do 500 V, no napon napajanja mosta može biti i puno veći jer se na treću i četvrtu granu mosta raspoređuje samo mali dio napona napajanja.Crnom kondenzatoru u staklenom kućištu koji je vezan u prvom bloku sa još tri kondenzatora nismo mogli pročitati niti izmjeriti kapacitet (posve je dotrajao, sasušen i u prekidu). Ovdje zbog starosti ni ostali kondenzatori više nisu sigurni za rad na visokim naponima.
Kondenzatori kapaciteta 0,1 µF su proizvođača Siemens vjerojatno iz 1940-tih godina. Kondenzatori kapaciteta 1 µF imaju šesterokutni logo sa natpisom “BA 1934” koji nismo uspjeli povezati sa punim nazivom proizvođača.
Dva zaštitna iskrišta od prenapona, jedno sa manjim razmakom koje štiti indikacijski instrument i jedno sa većim razmakom za treću granu mosta. U trećoj grani mosta je moguća pojava previsokog napona u slučaju da je ispitivani kondenzator velikog kapaciteta ili u kratkom spoju. Također, napon u trećoj grani može porasti kod proboja izolacije prilikom mjerenja gubitaka na istoj.
Elektroničari se u praksi rijetko susreću sa Scheringovim mjernim mostom jer je isti predviđen za visokonaponska mjerenja na energetskim i elektrodistribucijskim postrojenjima, komponentama i uređajima. Moguće su razne kombinacije otpornih i kapacitivno-otpornih grana Scheringovog mosta, a današnji mjerni instrumenti bazirani na tom mostu koriste spojeve sa automatskim ugađanjem ravnoteže mosta čime se odmah dobiva ispis mjerene vrijednosti. Također, postoje posebni spojevi mosta koji mogu mjeriti nepoznati kondenzator i kad mu je jedan kraj uzemljen. Scheringov most može biti potpuno oklopljen kako bi se kompenzirali parazitski kapaciteti između elemenata mosta i uzemljenja. U svakom slučaju Scheringov most je više potreban pogonskim električarima i energetičarima, dok je elektroničarima puno bliži Wienov most koji ima granu sa paralelnim spojem kondenzatora i otpornika, granu sa serijskim spojem kondenzatora i otpornika i dvije grane sa čistim radnim otporima. Takav most također može precizno mjeriti kapacitet i kut gubitaka kondenzatora i to na visokim frekvencijama, a osim toga sa istim se mogu izrađivati i vrlo lijepi sinusni oscilatori u širokom rasponu frekvencija 🙂
Jednom davno došao mi je potpuno isti uređaj s pod ruku. Rastavio sam ga za dijelove.
Wheatstone most za mjerenje kapacitivnosti? G1 i G2 priključci za Galvanometar? Cn priključak za znani kondenzator. Cx priključak za neznani kondenzator. Itd… Izgleda kao školski uređaj.
Hmm, na drugi pogled vidim, da nema izvora napajanja. Dakle, preostaje, da su priključnice G1 i G2 vjerojatno priključnice npr. Wimshurst ili Van Der Graaf generatora za proizvodnju statičkog elektriciteta (na kurblanje). Kad naboj dostigne neku vrednost, preskoči iskra na iskrištu i krug se ponovi. Probojni (vršni) napon se regulira razmakom igala na iskrištu. Uz probojni napon zraka od cca. 3 MIO V/metar je za npr 0,5 mm razmaka to cca. 1500 V napona. Frekvencija može biti prilično visoka, od nekoliko stotina do vjerojatno nekoliko tisuća Hz, ovisno o tipu generatora.
Pretpostavljam, da je onda i indikacija, umjesto galvanometrom, odrađena nekim drugim uređajem, npr. elektroskopom s listićima znanog kapaciteta (Cn) ili kakvim elektrometrom.
Hurrah! At last I got a weblog from where I be capable
of actually take valuable facts regarding my study and knowledge.
Everything is very open with a very clear description of the issues.
It was definitely informative. Your site is extremely helpful.
Many thanks for sharing!