Що таке місток Оуена?

Поле: Перемикач живлення

China

Міст Овена: Визначення та Принцип

Міст Овена визначається як електричний міст, спеціально розроблений для вимірювання індуктивності шляхом її зв'язку з ємністю. В його основі лежить принцип порівняння, де значення невідомого індуктора систематично оцінюється, ставлячи його на порівняння зі стандартним конденсатором. Цей методичний підхід дозволяє точне визначення значення індуктивності через встановлення електричних еквівалентів між двома компонентами.

Діаграма з'єднання моста Овена, яка показана на супроводжувальному малюнку, демонструє конкретну розташування його різних електричних елементів. Ця діаграма служить візуальним посібником для розуміння того, як сконфігурований містовий контур, виділяючи взаємозв'язки між перевіреним індуктором, стандартним конденсатором та іншими пов'язаними компонентами. Через цю тщательно спроектовану установку міст Овена забезпечує точні та надійні вимірювання індуктивності, що робить його необхідним інструментом у електротехніці для характеристики індуктивних компонентів.

Міст Овена: Конфігурація Контуру та Стан Рівноваги

У мості Овена контур складається з чотирьох окремих рукавів, позначених як $ab$ , $bc$ , $cd$ , і $da$ . Рукав $ab$ є чисто індуктивним, включаючи невідомий індуктор $L1$ який потрібно виміряти. Рукав $bc$ на противагу, має чисто резистивні характеристики. Рукав $cd$ містить фіксований конденсатор $C4$ , а рукав $ad$ містить комбінацію змінного резистора $R2$ та змінного конденсатора $C2$ , обидва з'єднані послідовно в контурі.

Основна операція моста Овена полягає у порівнянні невідомого індуктора $L1$ в рукаві $ab$ з відомим конденсатором $C4$ в рукаві $cd$ . Для досягнення стану рівноваги в мосту незалежно регулюються резистор $R2$ та конденсатор $C2$ . Коли міст досягає цього балансованого стану, ключовим індикатором є те, що жоден струм не пройде через детектор, розташований між точками $b$ і $c$ . Відсутність струму свідчить про те, що кінцеві точки $b$ і $c$ детектора знаходяться на одному електричному потенціалі, що створює необхідну рівновагу для точного вимірювання.

Фазова Діаграма Моста Овена

Фазова діаграма моста Овена, зображена на малюнку нижче, надає візуальне представлення електричних величин та їх фазових зв'язків в містовому контурі. Вона надає цінні знання про те, як взаємодіють напруги та струми в різних точках контуру, особливо в балансованому стані, сприяючи глибшому розумінню принципів роботи моста та підлеглих електричних явищ.

Фазовий Аналіз та Теорія Моста Овена

У мості Овена струм $I1$ , разом з напругами $E3 = I3 R3$ і $E4=ω I2 C4$ , всі мають одну фазу. Ці величини зображені на горизонтальній осі фазової діаграми, що символізує їх співфазність. Аналогічно, напруга падіння $I1 R1$ в рукаві $ab$ також зображена на горизонтальній осі, що відображає її фазове вирівнювання з іншими горизонтально-орієнтованими фазорами.

Загальне напруга падіння $E1$ в рукаві $ab$ є результатом поєднання двох компонентів: індуктивного напруга падіння ω $L1 I1$ і резистивного напруга падіння $I1 R1$ . Коли міст досягає балансованого стану, напруги $E1$ і $E2$ в рукавах $ab$ і $ad$ відповідно, стають рівними за величиною та фазою. Внаслідок цього, вони зображені на одній осі в фазовій діаграмі, підкреслюючи рівноважний стан містового контуру.

Напруга падіння $V2$ в рукаві $ad$ складається з двох частин: резистивного напруга падіння $I2 R2$ і капацитивного напруга падіння $I2 ω C2$ . Завдяки наявності фіксованого конденсатора $C4$ в рукаві $cd$ , струм $I2$ що пройде через рукав $ad$ опереджує напруга падіння $V4$ в рукаві $cd$ на 90 градусів. Ця фазова різниця є ключовою характеристикою капацитивно-індуктивного взаємодії в містовому контурі.

Струм $I2$ і напруга $I2 R2$ зображені на вертикальній осі фазової діаграми, як показано на малюнку. Питаюча напруга моста отримується шляхом фазового додавання напруг $V1$ і $V3$ , що поєднує електричні внески з різних частин контуру.

Теорія Моста Овена

Нехай:

$L1$ позначає невідому самопідсилення з пов'язаним опором $R1$
$R2$ представляє змінний неіндуктивний опір
$R3$ є фіксованим неіндуктивним опором
$C2$ означає змінний стандартний конденсатор
$C4$ позначає фіксований стандартний конденсатор

У балансованому стані моста Овена,

$I2 C4$ , всі мають одну фазу. Ці величини зображені на горизонтальній осі фазової діаграми, що символізує їх співфазність. Аналогічно, напруга падіння $I1 R1$ в рукаві $ab$ також зображена на горизонтальній осі, що відображає її фазове вирівнювання з іншими горизонтально-орієнтованими фазорами.

Напруга падіння $V2$ в рукаві $ad$ складається з двох частин: резистивного напруга падіння $I2 R2$ і капацитивного напруга падіння $I2 C2$ . Завдяки наявності фіксованого конденсатора $C4$ в рукаві $cd$ , струм $I2$ що пройде через рукав $ad$ опереджує напруга падіння $V4$ в рукаві $cd$ на 90 градусів. Ця фазова різниця є ключовою характеристикою капацитивно-індуктивного взаємодії в містовому контурі.

Теорія Моста Овена

Нехай:

$L1$ позначає невідому самопідсилення з пов'язаним опором $R1$
$R2$ представляє змінний неіндуктивний опір
$R3$ є фіксованим неіндуктивним опором
$C2$ означає змінний стандартний конденсатор
$C4$ позначає фіксований стандартний конденсатор

У балансованому стані моста Овена,

При розділенні дійсної та уявної частини отримуємо,

І,

Переваги та Недоліки Моста Овена
Переваги Моста Овена

Міст Овена пропонує ряд значущих переваг, що робить його цінним інструментом у електротехнічних вимірюваннях:

Спрощення Виводу Рівняння Балансу: Однією з ключових переваг моста Овена є легкість отримання його рівняння балансу. Процес визначення умов рівноваги для моста є відносно простим, що сприяє швидкому та ефективному аналізу.
Рівняння Балансу, Незалежне від Частоти: Рівняння балансу моста Овена є простим і не включає жодних компонентів частоти. Ця характеристика є вельми корисною, оскільки дозволяє проводити постійні та надійні вимірювання в широкому діапазоні частот без потреби врахування залежностей від частоти. Це спрощує процес вимірювання і гарантує, що результати не будуть впливати на флуктуації робочої частоти електричного джерела.
Всебічність Вимірювання Індуктивності: Міст Овена добре підходить для вимірювання індуктивності в широкому діапазоні. Незалежно від того, чи відбувається вимірювання відносно малих чи великих значень індуктивності, міст може ефективно надавати точні вимірювання, що робить його припустимим в різних сценаріях електротехніки, де потрібна характеристика індуктивності.

Недоліки Моста Овена

Незважаючи на свої переваги, міст Овена також має деякі обмеження: