Cầu IEE-Business Maxwell Đo Động Từ và Dung Tích: Sơ đồ & Ứng dụng

Cầu Maxwell

Cầu Maxwell Inductance Capacitance (còn được gọi là Cầu Maxwell) là phiên bản cải tiến của cầu Wheatstone, được sử dụng để đo độ tự cảm của mạch. Cầu Maxwell sử dụng phương pháp lệch không (còn được gọi là "phương pháp cầu") để tính toán độ tự cảm chưa biết trong mạch. Khi các thành phần đã hiệu chuẩn là tụ điện và điện trở song song, cầu này được gọi là cầu Maxwell-Wien.

Nguyên lý hoạt động là góc pha dương của trở kháng cảm có thể được bù đắp bởi góc pha âm của trở kháng dung khi đặt ở cánh đối diện và mạch ở tần số cộng hưởng (tức là không có chênh lệch điện áp nào trên bộ phát hiện và do đó không có dòng điện chạy qua). Độ tự cảm chưa biết sau đó trở thành độ tự cảm đã biết theo tụ điện.

Có hai loại cầu Maxwell: cầu inductance Maxwell và cầu inductance capacitance Maxwell. Trong cầu inductance Maxwell, chỉ sử dụng inductor và resistor. Trong cầu inductance capacitance Maxwell, một capacitor cũng được thêm vào mạch.

Vì cả hai loại cầu Maxwell đều dựa trên cầu AC, chúng ta sẽ giải thích nguyên lý hoạt động của cầu AC trước khi giải thích cầu Maxwell.

Cầu AC

Cầu AC bao gồm nguồn, bộ phát hiện cân bằng và bốn cánh. Trong cầu AC, cả bốn cánh đều chứa trở kháng. Cầu AC được tạo thành bằng cách thay thế pin DC battery bằng nguồn AC và galvanometer bằng bộ phát hiện của cầu Wheatstone.

Chúng rất hữu ích để tìm ra độ tự cảm, độ dung, hệ số lưu trữ, hệ số tiêu tán v.v.

Bây giờ hãy suy ra biểu thức tổng quát cho sự cân bằng của cầu AC. Hình dưới đây cho thấy mạng cầu AC:

Ở đây Z1, Z2, Z3 và Z4 là các cánh của cầu.

Bây giờ, tại điều kiện cân bằng, hiệu điện thế giữa b và d phải bằng không. Từ điều này, khi giảm điện áp từ a đến d bằng với giảm từ a đến b cả về độ lớn và pha.
Vì vậy, chúng ta có từ hình e1 = e2

Từ phương trình 1, 2 và 3, chúng ta có Z1.Z4 = Z2.Z3 và khi trở kháng được thay thế bằng admittance, chúng ta có Y1.Y4 = Y2.Y3.

Bây giờ xem xét hình thức cơ bản của cầu AC. Giả sử chúng ta có mạch cầu như dưới đây,
Trong mạch này R3 và R4 là điện trở thuần.
Đặt giá trị của Z1, Z2, Z3 và Z4 vào phương trình mà chúng ta đã suy ra ở trên cho cầu AC.

Bây giờ, bằng cách so sánh phần thực và phần ảo, chúng ta có:

Dưới đây là những kết luận quan trọng có thể rút ra từ các phương trình trên:

1. Chúng ta có hai phương trình cân bằng được lấy bằng cách so sánh phần thực và phần ảo, điều này có nghĩa là cho cầu AC, cả hai mối quan hệ (tức là độ lớn và pha) phải được thỏa mãn cùng một lúc. Cả hai phương trình được coi là độc lập nếu và chỉ nếu cả hai phương trình chứa một yếu tố biến đổi duy nhất. Yếu tố này có thể là inductor hoặc resistor.

2. Các phương trình trên độc lập với tần số, điều này có nghĩa là chúng ta không cần tần số chính xác của nguồn điện áp và cũng không cần dạng sóng của nguồn điện áp phải hoàn toàn là hình sin.

Cầu Maxwell

Có hai loại cầu Maxwell chính:

1. Cầu inductance Maxwell

2. Cầu inductance capacitance Maxwell

Cầu Inductance Maxwell

Bây giờ hãy thảo luận về cầu inductance Maxwell. Hình dưới đây cho thấy sơ đồ mạch của cầu inductance Maxwell.

Trong cầu này, các cánh bc và cd là thuần điện trở trong khi cân bằng pha phụ thuộc vào các cánh ab và ad.
Ở đây l1 = inductor chưa biết của r1.
l2 = inductor biến đổi của điện trở R2.
r2 = điện trở biến đổi.
Như chúng ta đã thảo luận trong cầu AC, theo điều kiện cân bằng, chúng ta có tại điểm cân bằng: