Owens-Brückenschaltung und Vorteile

Wir haben verschiedene Brücken zur Messung von Induktoren und damit des Gütefaktors, wie die Hay’sche Brücke, die sich hervorragend für die Messung eines Gütefaktors größer als 10 eignet, die Maxwell-Brücke, die sich hervorragend für die Messung von mittleren Gütefaktoren im Bereich von 1 bis 10 eignet, und die Anderson-Brücke, die erfolgreich verwendet werden kann, um Induktoren von wenigen Mikrohenry bis zu mehreren Henry zu messen. Warum also brauchen wir die Owen’s Bridge?.

Die Antwort auf diese Frage ist sehr einfach. Wir benötigen eine Brücke, die Induktoren über einen weiten Bereich hinweg messen kann. Die Brückenschaltung, die dies kann, wird als Owen’s Bridge bezeichnet.

Es handelt sich um eine Wechselstrombrücke, ähnlich der Hay’schen Brücke und der Maxwell-Brücke, die einen Standardkondensator, Induktoren und variable Widerstände mit Wechselstromquellen zur Anregung verbindet. Lassen Sie uns die Owen’s Bridge Schaltung im Detail untersuchen.

Theorie der Owen’s Bridge

Eine Owen’s Bridge-Schaltung ist unten dargestellt.

Die Wechselstromversorgung ist an den Punkten a und c angeschlossen. Der Arm ab enthält einen Induktor mit einem endlichen Widerstand, den wir r1 und l1 nennen. Der Arm bc besteht aus reinem elektrischem Widerstand, gekennzeichnet durch r3, wie in der unten gezeigten Abbildung, und führt den Strom i1 am Gleichgewichtspunkt, der identisch ist mit dem Strom, der vom Arm ab getragen wird. Der Arm cd besteht aus einem reinen Kondensator ohne elektrischen Widerstand. Der Arm ad hat einen variablen Widerstand sowie einen variablen Kondensator, und der Detektor ist zwischen b und d angeschlossen. Wie funktioniert nun diese Brücke? Diese Brücke misst den Induktor in Bezug auf die Kapazität. Lassen Sie uns einen Ausdruck für den Induktor dieser Brücke herleiten.

Hierbei ist l1 die unbekannte Induktivität und c2 ein variabler Standardkondensator.
Nun gilt am Gleichgewichtspunkt die Beziehung aus der Theorie der Wechselstrombrücken, die erfüllt sein muss, nämlich:

Setzen wir die Werte von z1, z2, z3 in die obige Gleichung ein, erhalten wir:

Durch Gleichsetzen und Trennung der Real- und Imaginärteile erhalten wir den Ausdruck für l1 und r1 wie unten angegeben:

Nun gibt es eine Notwendigkeit, das Schaltkreis zu modifizieren, um den Inkrementwert der Induktivität zu berechnen. Hier ist die modifizierte Schaltung der Owen’s Bridge:

Ein Ventil-Voltmeter ist über den Widerstand r3 angeschlossen. Das Schaltkreis wird sowohl von einer Wechsel- als auch von einer Gleichstromquelle parallel gespeist. Der Induktor schützt die Gleichstromquelle vor sehr hohen Wechselströmen, und der Kondensator blockiert den Gleichstrom, sodass er nicht in die Wechselstromquelle gelangt. Das Amperemeter ist in Reihe mit der Batterie angeschlossen, um den Gleichstromanteil zu messen, während der Wechselstromanteil über das Voltmeter (das nicht empfindlich für Gleichstrom ist) gemessen wird, das über den Widerstand r3 angeschlossen ist.
Nun gilt am Gleichgewichtspunkt, inkrementelle Induktivität l1 = r2r3c4
Auch Induktivität

Daher ist die inkrementelle Permeabilität

N ist die Anzahl der Windungen, A ist der Flussquerschnitt, l ist die Länge des Flusspfads, l1 ist die inkrementelle Induktivität.
Markieren wir den Spannungsabfall über den Armen ab, bc, cd und ad als e1, e3, e4 und e2 entsprechend, wie in der obigen Abbildung gezeigt. Dies wird uns helfen, das Phasendiagramm besser zu verstehen.

Im Allgemeinen wird der am meisten zurückliegende Strom (d.h. i1) als Referenz gewählt, um das Phasendiagramm zu zeichnen. Der Strom i2 steht senkrecht zum Strom i1, wie gezeigt, und der Spannungsabfall über dem Induktor l1 steht senkrecht zu i1, da es sich um einen induktiven Spannungsabfall handelt, während der Spannungsabfall über dem Kondensator c2 senkrecht zu i2 steht. Am Gleichgewichtspunkt gilt e1 = e2, was in der Abbildung gezeigt ist. Nun ergibt sich aus all diesen Spannungsabfällen e1, e2, e3, e4 die Gesamtspannung e.

Vorteile der Owen’s Bridge

1. Der für den Induktor l1 hergeleitete Ausdruck, den wir oben erhalten haben, ist recht einfach und unabhängig von Frequenzkomponenten.

2. Diese Brücke ist nützlich für die Messung von Induktoren über einen weiten Bereich.

Nachteile der Owen’s Bridge

1. In dieser Brücke verwenden wir einen variablen Standardkondensator, der ein recht teures Bauteil ist, und dessen Genauigkeit nur etwa ein Prozent beträgt.

2. Je höher der zu messende Gütefaktor, desto größer muss der Standardkondensator sein, wodurch die Kosten für die Herstellung dieser Brücke steigen.

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