Maxwell induktancia-kapacitancia híd: Diagram és alkalmazások
Mi a Maxwell híd?
A Maxwell induktancia-kapacitáns híd (ismert továbbá Maxwell hídnak) egy módosított verziója a Wheatstone-hídnak, amelyet használnak egy körben lévő saját induktancia mérésére. A Maxwell híd a null deflexió módszerét (más néven a "híd módszert") alkalmazza egy ismeretlen induktancia kiszámítására a körben. Ha a kalibrált komponensek párhuzamos kapacitív és ellenálló elemek, akkor a hídot Maxwell-Wien hídnak nevezik.
Az működési elv az, hogy az induktív impedanciának pozitív fázis szöge kiegyenlítve lesz a kapacitív impedanciának negatív fázis szögével, ha a másik árra helyezik, és a kör rezgási állapotban van (azaz nincs potenciál különbség a detektorn, tehát nincs áramfolyam rajta). Az ismeretlen induktancia ekkor meghatározható ezen kapacitáns segítségével.
Két típusú Maxwell híd létezik: a Maxwell induktor híd és a Maxwell induktor-kapacitáns híd. A Maxwell induktor híd esetén csak induktorokat és ellenállásokat használnak. A Maxwell induktor-kapacitáns híd esetén pedig hozzáadnak egy kapacitást a körhöz.
Mivel mindkét típusú Maxwell híd AC hídon alapszik, először magyarázzuk az AC híd működési elvét, mielőtt a Maxwell hídról beszélünk.
AC hídak
Egy AC híd forrásból, egyensúlydetektorból és négy árból áll. Az AC hídakban minden négy ár tartalmaz egy impedanciát. Az AC hídakat úgy készítik, hogy a DC akkumulátort AC forrással, a galvanometert pedig detektornak cseréljük a Wheatstone-hídban.
Nagyon hasznosak lehetnek az induktancia, kapacitancia, tárolási tényező, diszzipációs tényező stb. meghatározásához.
Most vezessük le a közös kifejezést egy AC híd egyensúlyához. A következő ábrán egy AC híd hálózatát láthatjuk:
Itt Z1, Z2, Z3 és Z4 a híd árai.
Az egyensúlyi feltétel mellett a b és d pontok közötti potenciál különbség nulla kell, hogy legyen. Ebből adódóan, amikor az a-ból d-be történő feszültség csökkenése egyenlő a-ból b-be történő csökkenéssel, mind méretben, mind fázisban. Így, a képen e1 = e2
Az 1., 2. és 3. egyenletből Z1.Z4 = Z2.Z3 és ha az impedanciák helyettesítjük admittanciával, Y1.Y4 = Y2.Y3.
Most tekintsük meg az AC híd alapformáját. Tegyük fel, hogy van egy híd kör, ahogyan az alábbi ábrán látható,
Ebben a körben R3 és R4 tiszta elektromos ellenállások. A Z1, Z2, Z3 és Z4 értékeit behelyettesítve az AC hídhoz kapcsolódó fentebb említett egyenletbe.
Most a valós és imaginárius részek egyenlőségével:
A fenti egyenletekből a következő fontos következtetések vonhatók le:
Két egyensúlyi egyenletet kapunk, amiket a valós és imaginárius részek egyenlőségével nyerünk. Ez azt jelenti, hogy az AC híd esetén mindkét reláció (azaz nagyság és fázis) ugyanidejűleg teljesülni kell. Mindkét egyenlet független, ha és csak ha mindegyik egyenlet egyetlen változó elemet tartalmaz. Ez a változó lehet induktor vagy ellenálló.
A fenti egyenletek függetlenek a frekvenciától, ami azt jelenti, hogy nem szükséges a forrás feszültség pontos frekvenciája, és a forrás feszültség hullámforma sem kell, hogy tökéletesen szinuszos legyen.
Maxwell híd
Két fő típusú Maxwell híd létezik:
Maxwell induktor híd
Maxwell induktor-kapacitáns híd
Maxwell induktancia híd
Most beszéljünk a Maxwell induktancia hídról. A következő ábra a Maxwell induktor híd körrajzát mutatja.
