Wat is Owens Bridge?

Owen's Bridge: Definitie en Principe

Owen's bridge is gedefinieerd als een elektrische brug die speciaal is ontworpen om inductie te meten door deze te relateren aan capaciteit. In essentie werkt het op het principe van vergelijking, waarbij de waarde van een onbekende spoel systematisch wordt bepaald door deze te vergelijken met een standaard condensator. Deze methodische benadering stelt een nauwkeurige bepaling van de inductiewaarde mogelijk door middel van elektrische equivalenties tussen de twee componenten.

Het verbindingsdiagram van Owen's bridge, zoals getoond in de bijgevoegde figuur, toont de specifieke rangschikking van de verschillende elektrische elementen. Dit diagram dient als visuele gids om te begrijpen hoe de brugcircuit is geconfigureerd, waarbij de verbindingen tussen de geteste spoel, de standaard condensator en andere gerelateerde componenten worden benadrukt. Door deze zorgvuldig ontworpen opstelling faciliteert Owen's bridge nauwkeurige en betrouwbare metingen van inductie, waardoor het een essentieel instrument is in de elektrotechniek voor het karakteriseren van inductieve componenten.

Owen's Bridge: Schakeling en Gelijkgewichtstoestand

In Owen's bridge bestaat het circuit uit vier afzonderlijke armen genaamd ab, bc, cd en da. De ab arm is zuiver inductief en bevat de onbekende spoel L1 die gemeten moet worden. De bc arm daarentegen heeft zuiver resistieve eigenschappen. De cd arm bevat een vaste condensator C4, terwijl de ad arm een combinatie bevat van een variabele weerstand R2 en een variabele condensator C2, beide in serie verbonden binnen het circuit.

De fundamentele werking van Owen's bridge bestaat erin de onbekende spoel L1 in de ab arm te vergelijken met de bekende condensator C4 in de cd arm. Om een evenwichtstoestand in de brug te bereiken, worden de weerstand R2 en de condensator C2 onafhankelijk afgesteld. Wanneer de brug deze evenwichtsconditie bereikt, is een belangrijk aanduidingsmiddel dat er geen stroom door de detector loopt die tussen de punten b en c is geplaatst. Deze afwezigheid van stroom geeft aan dat de eindpunten b en c van de detector op hetzelfde elektrische potentiaalniveau staan, wat de noodzakelijke evenwichtstoestand voor nauwkeurige meting vestigt.

Fasevector Diagram van Owen's Bridge

Het fasevector diagram van Owen's bridge, zoals weergegeven in de onderstaande figuur, biedt een visuele representatie van de elektrische grootheden en hun faseverhoudingen binnen het brugcircuit. Het biedt waardevolle inzichten in hoe de spanningen en stromen op verschillende punten in het circuit interactie hebben, vooral tijdens de evenwichtstoestand, waardoor een dieper begrip van de operationele principes van de brug en de onderliggende elektrische fenomenen wordt gefaciliteerd.

Fasevector Analyse en Theorie van Owen's Bridge

In Owen's bridge delen de stroom I1, samen met de spanningen E3 = I3 R3 en E4=ω I2 C4, dezelfde fase. Deze grootheden worden langs de horizontale as van het fasevectordiagram weergegeven, wat hun in-fase relatie aangeeft. Op soortgelijke wijze wordt de spanning I1 R1 over de arm ab ook op de horizontale as weergegeven, wat zijn faseovereenkomst met de andere horizontaal gerichte fasevectoren weerspiegelt.

De totale spanning E1 over de arm ab is het resultaat van het combineren van twee componenten: de inductieve spanning ω L1 I1 en de resistieve spanning I1 R1. Wanneer de brug een evenwichtstoestand bereikt, worden de spanningen E1 en E2 over de armen ab en ad respectievelijk gelijk in grootte en fase. Daarom worden ze op dezelfde as in het fasevectordiagram weergegeven, wat de evenwichtstoestand van het brugcircuit benadrukt.

De spanning V2 over de arm ad bestaat uit twee delen: de resistieve spanning I2 R2 en de capacitive spanning I2 ω C2. Vanwege de aanwezigheid van de vaste condensator C4 in de arm cd gaat de stroom I2 door de arm ad 90 graden voor de spanning V4 over de arm cd. Deze fasenverschillen zijn een kenmerk van de interactie tussen capaciteit en inductie binnen het brugcircuit.

De stroom I2 en de spanning I2 R2 worden op de verticale as van het fasevectordiagram weergegeven, zoals getoond in de figuur. De voedingsspanning van de brug wordt verkregen door de fasevectortoevoeging van de spanningen V1 en V3, die de elektrische bijdragen van verschillende delen van het circuit combineren.

Theorie van Owen's Bridge

Laat:

• L1 de onbekende zelfinductie aanduiden met een bijbehorende weerstand R1

• R2 de variabele niet-inductieve weerstand voorstellen

• R3 de vaste niet-inductieve weerstand zijn

• C2 de variabele standaardcondensator aanduiden

• C4 staan voor de vaste standaardcondensator

Bij de evenwichtstoestand van Owen's bridge,

I2 C4, delen alle dezelfde fase. Deze grootheden worden langs de horizontale as van het fasevectordiagram weergegeven, wat hun in-fase relatie aangeeft. Op soortgelijke wijze wordt de spanning I1 R1 over de arm ab ook op de horizontale as weergegeven, wat zijn faseovereenkomst met de andere horizontaal gerichte fasevectoren weerspiegelt.

De totale spanning E1 over de arm ab is het resultaat van het combineren van twee componenten: de inductieve spanning ωL1 I1 en de resistieve spanning I1 R1. Wanneer de brug een evenwichtstoestand bereikt, worden de spanningen E1 en E2 over de armen ab en ad respectievelijk gelijk in grootte en fase. Daarom worden ze op dezelfde as in het fasevectordiagram weergegeven, wat de evenwichtstoestand van het brugcircuit benadrukt.

De spanning V2 over de arm ad bestaat uit twee delen: de resistieve spanning I2 R2 en de capacitive spanning I2 ω C2. Vanwege de aanwezigheid van de vaste condensator C4 in de arm cd, gaat de stroom I2 door de arm ad 90 graden voor de spanning V4 over de arm cd. Dit fasenverschil is een kenmerk van de interactie tussen capaciteit en inductie binnen het brugcircuit.

De stroom I2 en de spanning I2 R2 worden op de verticale as van het fasevectordiagram weergegeven, zoals getoond in de figuur. De voedingsspanning van de brug wordt verkregen door de fasevectortoevoeging van de spanningen V1 en V3, die de elektrische bijdragen van verschillende delen van het circuit combineren.

Theorie van Owen's Bridge

Laat:

• L1 de onbekende zelfinductie aanduiden met een bijbehorende weerstand R1

• R2 de variabele niet-inductieve weerstand voorstellen

• R3 de vaste niet-inductieve weerstand zijn

• C2 de variabele standaardcondensator aanduiden

• C4 staan voor de vaste standaardcondensator

Bij de evenwichtstoestand van Owen's bridge,

Door de reële en imaginaire delen te scheiden krijgen we,

En,

Voordelen en Nadelen van Owen's Bridge
Voordelen van Owen's Bridge

Owen's bridge biedt verschillende opmerkelijke voordelen, waardoor het een waardevol hulpmiddel is in elektrische metingen:

• Eenvoud in de Afleiding van de Evenwichtsvergelijking: Een van de belangrijkste sterke punten van Owen's bridge is de eenvoud waarmee de evenwichtsvergelijking kan worden verkregen. Het proces om de evenwichtscondities voor de brug te bepalen is relatief eenvoudig, waardoor snelle en efficiënte analyses mogelijk zijn.

• Evenwichtsvergelijking Onafhankelijk van Frequentie: De evenwichtsvergelijking van Owen's bridge is eenvoudig en bevat geen frequentiecomponenten. Dit kenmerk is zeer voordelig omdat het consistent en betrouwbare metingen over een breed scala aan frequenties mogelijk maakt zonder rekening te hoeven houden met frequentie-afhankelijke variaties. Het vereenvoudigt het metingsproces en zorgt ervoor dat de resultaten niet worden beïnvloed door fluctuaties in de werkingssnelheid van de elektrische bron.

• Verscheidenheid in Inductiemetingen: Owen's bridge is goed geschikt voor het meten van inductie over een breed scala. Of het nu gaat om relatief kleine of grote inductiewaarden, de brug kan effectief nauwkeurige metingen leveren, waardoor het toepasbaar is in verschillende scenario's in de elektrotechniek waar inductiecharacterisering nodig is.

Nadelen van Owen's Bridge

Ondanks de voordelen heeft Owen's bridge ook enkele beperkingen:

• Hoge Kosten en Gematigde Nauwkeurigheid: De brug maakt gebruik van dure condensatoren, wat de totale kosten aanzienlijk verhoogt. Bovendien ligt de nauwkeurigheid van Owen's bridge meestal rond één procent. Dit matige niveau van nauwkeurigheid kan ontoereikend zijn voor toepassingen die uiterst precieze inductiemetingen vereisen, en de hoge kosten die gepaard gaan met de noodzakelijke componenten kunnen het minder aantrekkelijk maken voor projecten met budgetbeperkingen.

• Component-Specifieke Beperkingen: De waarde van de vaste condensator C2 in Owen's bridge is veel groter dan de kwaliteitsfactor Q2. Deze relatie kan beperkingen opleggen aan de prestaties en flexibiliteit van de brug, waardoor de mogelijkheid om bepaalde soorten inductieve componenten te hanteren of te opereren onder specifieke elektrische omstandigheden kan worden beïnvloed.

Aanpassingen aan Owen's Bridge

Om sommige inherente beperkingen te adresseren of om het aan te passen aan verschillende meetvereisten, kan Owen's bridge worden aangepast. Een veelvoorkomende aanpassing is het parallel verbinden van een voltmet