Campbells Brücke

Campbell-Brücke: Definition und Funktion
Definition
Die Campbell-Brücke ist eine spezielle elektrische Brücke, die entwickelt wurde, um unbekannte gegenseitige Induktivitäten zu messen. Gegenseitige Induktivität bezieht sich auf das physikalische Phänomen, bei dem eine Änderung des Stroms, der durch eine Spule fließt, eine elektromotorische Kraft (emf) und folglich einen Strom in einer benachbarten Spule induziert. Diese Brücke ist nicht nur nützlich zur Bestimmung von Werten für gegenseitige Induktivität, sondern kann auch zur Messung von Frequenzen eingesetzt werden. Dies geschieht, indem die gegenseitige Induktivität so eingestellt wird, dass ein Nullpunkt im Brückenschaltkreis erreicht wird.
In der Elektrotechnik ist die genaue Messung der gegenseitigen Induktivität entscheidend, um die Wechselwirkung zwischen verschiedenen Spulen in Schaltungen zu verstehen, wie zum Beispiel in Transformern, induktiven Kopplungssystemen und verschiedenen elektrischen Maschinen. Die Campbell-Brücke bietet dafür eine präzise und verlässliche Methode. Wenn sie zur Frequenzmessung verwendet wird, ermöglicht das Prinzip der Nullpunkterkennung den Ingenieuren, eine Beziehung zwischen der Einstellung der gegenseitigen Induktivität und der Frequenz des getesteten elektrischen Signals herzustellen.
Die nachfolgende Abbildung veranschaulicht das Konzept der gegenseitigen Induktivität, das die Grundlage für den Betrieb der Campbell-Brücke bildet.

Sei:

• M1 die unbekannte gegenseitige Induktivität

• L1 die Selbstinduktivität des Sekundärkreises der gegenseitigen Induktivität M1

• M2 die variable Standardgegenseitige Induktivität

• L2 die Selbstinduktivität des Sekundärkreises der gegenseitigen Induktivität M2

• R1, R2, R3, R4 nicht-induktive Widerstände

Um die ausgewogene Position der Campbell-Brücke zu erreichen, sind zwei Schritte erforderlich:

Schritt 1: Anfängliche Einrichtung und erste Ausgleichsbedingung

Der Detektor wird zunächst zwischen den Punkten ‘b’ und ‘d’ angeschlossen. In dieser Konfiguration funktioniert der Schaltkreis analog zu einer einfachen Selbstinduktivitätsbrücke

• Erster Ausgleichsschritt Um die Brücke im ersten Stadium in eine ausgeglichene Position zu bringen, werden die Widerstände R3 oder R4, zusammen mit R1 und R2, angepasst. Dieser Anpassungsprozess feintunet die elektrischen Parameter des Schaltkreises, um sicherzustellen, dass die elektrischen Spannungsunterschiede an den relevanten Teilen der Brücke ausgeglichen werden, ähnlich wie beim Anpassen der Gewichte auf einer Waage, um Gleichgewicht zu erzielen.

• Zweiter Ausgleichsschritt Im nächsten Schritt wird der Detektor zwischen den Punkten b' und d' neu angeschlossen. Aufbauend auf den Anpassungen, die im ersten Schritt vorgenommen wurden, wird die variable Standardgegenseitige Induktivität M2 systematisch variiert. Durch diesen Prozess der Variation von M2 unter Beibehaltung der vorher eingestellten Widerstandsjustierungen wird die gesamte elektrische Konfiguration der Brücke weiter optimiert. Schließlich wird ein Gleichgewichtspunkt erreicht, was darauf hindeutet, dass die Brücke einen Zustand des Gleichgewichts erreicht hat, in dem die elektrischen Signale im Schaltkreis harmonisch sind und genaue Messungen der unbekannten gegenseitigen Induktivität M1 vorgenommen werden können.