Mi az Owen-híd?

Owen-híd: Definíció és elv

Az Owen-híd egy elektromos híd, amely kifejezetten az induktívitás mérésére szolgál, összehasonlítva azt a kapacitáns értékkel. Lénygőben összehasonlítást alkalmaz, ahol az ismeretlen induktivitás értékét rendszeresen kiértékeli egy szabványos kondenzátor mellett. Ez a módszeres megközelítés lehetővé teszi az induktívitás pontos meghatározását a két komponens közötti elektromos ekvivalenciák felállításával.

Az Owen-híd kapcsolási diagramja, amely a mellékelt ábrán látható, bemutatja a különböző elektromos elemek specifikus elrendezését. Ez a diagram vizuális útmutatót ad arra vonatkozóan, hogyan van beállítva a hídáramkör, kiemelve a tesztelendő induktor, a szabványos kondenzátor és más társított komponensek közötti kapcsolatokat. Ez a gondosan kialakított beállítás lehetővé teszi az induktívitás pontos és megbízható mérését, így az Owen-híd alapvető eszköz az elektrotechnikában az induktív komponensek jellemzéséhez.

Owen-híd: Áramkör Beállítása és Egyensúlyi Állapot

Az Owen-hídban az áramkör négy különármú, ab, bc, cd és da címkével ellátott részekből áll. Az ab ármban csak az ismeretlen induktor L1 található, amelyet meg kell mérni. A bc ármanak pedig teljesen ellenállásos jellegű. A cd ármban egy rögzített kondenzátor C4 található, míg a ad ármban egy változó ellenállás R2 és egy változó kondenzátor C2 található, mindkettő sorban kötve az áramkörben.

Az Owen-híd alapvető működése abban áll, hogy az L1 ismeretlen induktort az ab ármban összehasonlítják a C4 ismert kondenzáttal a cd ármban. Az áramkör egyensúlyi állapotának elérése érdekében a R2 ellenállást és a C2 kondenzátort függetlenül állítják be. Amikor az áramkör eléri ezt az egyensúlyi állapotot, a b és c pontok között helyezett detektorn keresztül nem folyik áram. Ez az áramhiány jelzi, hogy a b és c pontok ugyanazon elektrikus potenciálnál vannak, így a pontos méréshez szükséges egyensúly áll fenn.

Owen-híd Fázor Diagramja

Az Owen-híd fázor diagramja, amely az alábbi ábrán látható, vizuálisan ábrázolja az áramkörben lévő elektromos mennyiségeket és fázisviszonyait. Ez értékes információkat nyújt arról, hogyan interakcióznak a feszültségek és áramok a különböző pontokon, különösen az egyensúlyi állapotban, így mélyebb megértést nyújt a híd működési elvéről és az alapját képező elektromos jelenségekről.

Owen-híd Fázor Analízise és Elmélete

Az Owen-hídban az I1 áram, valamint az E3 = I3 R3 és E4=ω I2 C4 feszültségek ugyanazon fázison vannak. Ezek a mennyiségek a fázor diagram vízszintes tengelyén vannak ábrázolva, ami jelzi, hogy ugyanazon fázison vannak. Hasonlóképpen, az I1 R1 feszültségvesztés az ab ármon is a vízszintes tengelyen van ábrázolva, ami jelzi, hogy fázisbeli igazodásban van a többi vízszintesen orientált fázorral.

A teljes feszültségvesztés E1 az ab ármon a következő két komponens kombinációjából áll: az induktív feszültségvesztés ω L1 I1 és az ellenállásos feszültségvesztés I1 R1. Amikor az áramkör eléri az egyensúlyi állapotot, az E1 és E2 feszültségek az ab és ad ármon egyenlőek nagyságban és fázisban. Így ugyanazon tengelyen vannak ábrázolva a fázor diagramon, hangsúlyozva az áramkör egyensúlyi állapotát.

A V2 feszültségvesztés az ad ármon két részből áll: az ellenállásos feszültségvesztés I2 R2 és a kapacitív feszültségvesztés I2/ω C2. A C4 rögzített kondenzátor jelenléte a cd ármon miatt az I2 áram, amely az ad ármon áthalad, 90 fokkal előzi a V4 feszültségvesztést a cd ármon. Ez a fáziskülönbség a kapacitív-induktív interakció kulcsszereplője az áramkörben.

Az I2 áram és a I2 R2 feszültség a fázor diagram függőleges tengelyén van ábrázolva, ahogy az az ábrán látható. Az áramkör tápellátási feszültsége a V1 és V3 feszültségek fázor összeadásából származik, ami különböző áramkör-részek elektromos hozzájárulásának kombinációját adja.

Owen-híd Elmélete

Legyen:

• L1 az ismeretlen sajátindukció, amelynek társított ellenállása R1

• R2 a változó nem-induktív ellenállás

• R3 a rögzített nem-induktív ellenállás

• C2 a változó szabványos kondenzátor

• C4 a rögzített szabványos kondenzátor

Az Owen-híd egyensúlyi állapotában,

I2 C4, ugyanazon fázison vannak. Ezek a mennyiségek a fázor diagram vízszintes tengelyén vannak ábrázolva, ami jelzi, hogy ugyanazon fázison vannak. Hasonlóképpen, az I1 R1 feszültségvesztés az ab ármon is a vízszintes tengelyen van ábrázolva, ami jelzi, hogy fázisbeli igazodásban van a többi vízszintesen orientált fázorral.

A teljes feszültségvesztés E1 az ab ármon a következő két komponens kombinációjából áll: az induktív feszültségvesztés ω L1 I1 és az ellenállásos feszültségvesztés I1 R1. Amikor az áramkör eléri az egyensúlyi állapotot, az E1 és E2 feszültségek az ab és ad ármon egyenlőek nagyságban és fázisban. Így ugyanazon tengelyen vannak ábrázolva a fázor diagramon, hangsúlyozva az áramkör egyensúlyi állapotát.

A V2 feszültségvesztés az ad ármon két részből áll: az ellenállásos feszültségvesztés I2 R2 és a kapacitív feszültségvesztés I2/ω C2. A C4 rögzített kondenzátor jelenléte a cd ármon miatt az I2 áram, amely az ad ármon áthalad, 90 fokkal előzi a V4 feszültségvesztést a cd ármon. Ez a fáziskülönbség a kapacitív-induktív interakció kulcsszereplője az áramkörben.

Az I2 áram és a I2 R2 feszültség a fázor diagram függőleges tengelyén van ábrázolva, ahogy az az ábrán látható. Az áramkör tápellátási feszültsége a V1 és V3 feszültségek fázor összeadásából származik, ami különböző áramkör-részek elektromos hozzájárulásának kombinációját adja.

Owen-híd Elmélete

Legyen:

• L1 az ismeretlen sajátindukció, amelynek társított ellenállása R1

• R2 a változó nem-induktív ellenállás

• R3 a rögzített nem-induktív ellenállás

• C2 a változó szabványos kondenzátor

• C4 a rögzített szabványos kondenzátor

Az Owen-híd egyensúlyi állapotában,

A valós és imaginárius rész különválasztásával kapjuk:

És,

Owen-híd Előnyei és Hátrányai
Owen-híd Előnyei

Az Owen-híd több jelentős előnyt kínál, amiért értékes eszköz az elektromos mérésekben:

• Egyszerűség az egyensúlyi egyenlet levezetésében: Az Owen-híd egyik legnagyobb ereje, hogy egyszerűen levezethető az egyensúlyi egyenlete. Az áramkör egyensúlyi feltételeinek meghatározása viszonylag egyszerű, ami gyors és hatékony elemzést tesz lehetővé.

• Frekvenciafüggetlen egyensúlyi egyenlet: Az Owen-híd egyensúlyi egyenlete egyszerű és nem tartalmaz frekvencia-komponenseket. Ez a jellemző nagyon előnyös, mivel konzisztens és megbízható méréseket tesz lehetővé széles frekvencia-tartományon, anélkül, hogy szükséges lenne a forrás frekvenciaváltozásainak figyelembevétele. Egyszerűsíti a mérési folyamatot, és biztosítja, hogy a mérési eredmények ne legyenek befolyásolva a működési frekvencia ingadozásai által.

• Sokoldalúság az induktívitás mérésében: Az Owen-híd jól alkalmas a széles skálán lévő induktívitás mérésére. Legyen a kevésbé vagy nagyobb induktívitás is, az áramkör precízen mérheti, így sokféle elektrotechnikai alkalmazásban használható, ahol induktívitás jellemzése szükséges.

Owen-híd Hátrányai

Bár az előnyeinek ellenére, az Owen-híd néhány korlátozása is van:

• Magas költség és közepes pontosság: Az áramkör drága kondenzátorokat használ, ami jelentősen növeli az árát. Továbbá, az Owen-híd pontossága általában körülbelül egy százalék. Ez a közepes pontossági szint túl alacsony lehet olyan alkalmazások számára, amelyek szükségesnek tartják a nagyon pontos induktívitás-mérést, és a szükséges komponensek magas költségei csökkenthetik a költségvetési korlátozásokkal rendelkező projektek vonzélyét.

• Komponens-specifikus korlátozások: Az Owen-hídban a C2 rögzített kondenzátor értéke sokkal nagyobb, mint a Q2 minőségi tényező. Ez a viszony korlátozhatja az áramkör teljesítményét és rugalmasságát, potenciálisan befolyásolva annak képességét bizonyos típusú induktív komponensek kezelésére vagy bizonyos elektromos körülmények közötti működésére.

Az Owen-híd Módosításai

Az inherent korlátozásainak kezelése vagy a különböző mérési igényekhez való alkalmazkodás érdekében az Owen-híd módosítható. Egy gyakori módosítás, hogy voltmérőt kapcsolnak párhuzamosan a híd ellenállásos árainak. Ez a beállítás lehetővé teszi, hogy mind egyirányú, mind váltakozó árammal ellátják a hídot. Ampermétert sorba kapcsolnak a híddal a DC áram méréséhez, míg a váltakozó áramot a voltmérő segítségével mérik. Ezek a módosítások javítják az áramkör funkcióit, és lehetővé teszik a szélesebb körű elektromos méréseket, bár ezek további összetettséget is hozhatnak az áramkör beállításához.