ο Τα κυκλώματα γέφυρας χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση διαφόρων τιμών συστατικών όπως η αντίσταση, η χωρητικότητα, η επαγωγή, κ.λπ. Η απλή μορφή ενός κυκλώματος γέφυρας αποτελείται από ένα δίκτυο τεσσάρων αντιστάσεων / βραχιόνων αντίστασης που σχηματίζει ένα κλειστό κύκλωμα. Μια τρέχουσα πηγή εφαρμόζεται σε δύο αντίθετους κόμβους και ένας ανιχνευτής ρεύματος συνδέεται με τους υπόλοιπους δύο κόμβους. Αυτό το άρθρο ασχολείται με το κύκλωμα γέφυρας Andersons που λειτουργεί και τις εφαρμογές του.
Τα κυκλώματα γέφυρας χρησιμοποιούν την αρχή μηδενικής ένδειξης και τη μέθοδο μέτρησης σύγκρισης, η οποία είναι επίσης γνωστή ως «Κατάσταση ισορροπίας γέφυρας σε μηδενική τάση. Το κύκλωμα γέφυρας συγκρίνει τις τιμές ενός άγνωστου εξαρτήματος με εκείνες ενός ακριβώς γνωστού τυποποιημένου εξαρτήματος. Έτσι, η ακρίβεια εξαρτάται κυρίως από το κύκλωμα γέφυρας και όχι από το μηδενικό δείκτη.
Από το παραπάνω κύκλωμα γέφυρας, η εξίσωση εξισορρόπησης είναι
Διαφορετικοί τύποι γεφυρών
Χρησιμοποιήθηκαν δύο τύποι γεφυρών για τη μέτρηση των τιμών των συστατικών. Είναι γέφυρες D.C και γέφυρες A.C.
Οι Γ. Γέφυρες είναι
- Γέφυρα Wheatstone
- Γέφυρα Kelvin
Οι διάφοροι τύποι A.C Bridges είναι,
- Γέφυρα σύγκρισης επαγωγικότητας
- Γέφυρα σύγκρισης χωρητικότητας
- Η γέφυρα του Μάξγουελ
- Υπάρχει γέφυρα
- Η γέφυρα του Άντερσον
- Γέφυρα Σέρρινγκ
- Γέφυρα της Βιέννης
Γ. Γέφυρες
Οι γέφυρες AC χρησιμοποιούνται συχνά για τη μέτρηση της τιμής της άγνωστης σύνθετης αντίστασης (μόνη / αμοιβαία επαγωγή επαγωγών ή με ακρίβεια χωρητικότητας πυκνωτών). Ένα κύκλωμα γέφυρας A.C αποτελείται από τέσσερις σύνθετες αντιστάσεις, μια πηγή τροφοδοσίας A.C και έναν ισορροπημένο ανιχνευτή. Οι ανιχνευτές ισορροπίας που χρησιμοποιούνται γενικά για γέφυρες A.C είναι
- Ακουστικά (στις συχνότητες των 250 Hz έως 3 έως 4 kHz)
- Ρυθμιζόμενο κύκλωμα ενισχυτή (για εύρος συχνοτήτων 10HZ έως 100Hz)
- Γαλβανόμετρα κραδασμών (για χαμηλή συχνότητα από 5Hz έως 1000 Hz)
Η μηδενική απόκριση (κατάσταση ισορροπίας γέφυρας) μπορεί να επιτευχθεί μεταβάλλοντας έναν από τους βραχίονες της γέφυρας. Η σύνθετη αντίσταση ενός στοιχείου είναι σε μορφή πολικού που μπορεί να έχει μέγεθος και τιμή γωνίας φάσης. Για ένα κύκλωμα A.C που φαίνεται παραπάνω, η σύνθετη αντίσταση μπορεί να γραφτεί ως προς το μέγεθος και τη γωνία φάσης
Όπου Z1, Z2, Z3, Z4, είναι τα μεγέθη και θ1, θ2, θ3 και θ4 είναι γωνίες φάσης. Το προϊόν όλων των εμπέδησης πρέπει να εκτελείται σε πολική μορφή όπου πολλαπλασιάζονται όλα τα μεγέθη και πρέπει να προστεθούν γωνίες φάσης.
Εδώ, η γέφυρα πρέπει να είναι ισορροπημένη τόσο για το μέγεθος των συνθηκών όσο και για τις γωνίες φάσης. Από τις παραπάνω εξισώσεις δύο προϋποθέσεις που πρέπει να πληρούνται για την ισορροπία της γέφυρας. Εξισώνοντας τα μεγέθη και των δύο πλευρών, θα πάρουμε την κατάσταση μεγέθους όπως,
Z1.Z4 = Z2.Z3
Και οι γωνίες φάσης επίσης, θ1 + θ4 = θ2 + θ3
Η γωνία φάσης είναι + ve επαγωγικές σύνθετες αντίσταση και –ve για τις χωρητικές αντιστάσεις.
Κατασκευή και εργασία γεφυρών Andersons
Η γέφυρα του Άντερσον είναι μια γέφυρα A.C που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της αυτεπαγωγής του πηνίου. Επιτρέπει τη μέτρηση της επαγωγής ενός πηνίου χρησιμοποιώντας έναν τυπικό πυκνωτή και αντιστάσεις. Δεν απαιτεί επαναλαμβανόμενη εξισορρόπηση της γέφυρας. Πρόκειται για μια τροποποίηση της γέφυρας του Maxwell στην οποία επιτυγχάνεται επίσης η τιμή της αυτεπαγωγίας συγκρίνοντάς την με έναν τυπικό πυκνωτή. Οι συνδέσεις εμφανίζονται παρακάτω.
Κατασκευή και εργασία γεφυρών Andersons
Ένας βραχίονας της γέφυρας αποτελείται από τον άγνωστο επαγωγέα Lx με γνωστή αντίσταση σε σειρά με Lx. Αυτή η αντίσταση R1 περιλαμβάνει την αντίσταση του ο επαγωγέας . Το Capacitance C είναι ο τυπικός πυκνωτής με r, R2, R3 και R4 που δεν έχουν επαγωγικό χαρακτήρα.
Οι εξισώσεις ισορροπίας γέφυρας είναι,
i1 = i3 και i2 = i4 + iντο,
V2 = i2.R3 και V3 = i3.R3
V1 = V2 + ic.r και V4 = V3 + Εγώ ντο ρ
V1 = i1.R1 + i1.ω.L1 και V4 = i4.R4
Τώρα η τάση V δίνεται από,
Από το παραπάνω κύκλωμα, R2, R4, και σπάνια σε μορφή αστεριού, που μετατρέπεται σε ισοδύναμη μορφή δέλτα για να βρει τις εξισώσεις ισορροπίας γέφυρας όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.
Τα στοιχεία στο ισοδύναμο δέλτα δίδονται από,
R5 = (R2.r + R4.r + R2.R4) / R4
R6 = (R2.r + R4.r + R2.R4) / R2
R7 = (R2.r + R4.r + R2.R4) / r
Τώρα το R7 αποφεύγει την πηγή και επομένως δεν επηρεάζει την κατάσταση ισορροπίας. Έτσι, παραβλέποντας το R7 και αναδιοργανώνοντας ένα δίκτυο όπως παραπάνω στο σχήμα (b), έχουμε μια γέφυρα επαγωγής Maxwell.
Έτσι, η εξίσωση ισορροπίας δίνεται από
Lx = CR3R5 και
R1 = R3. (R5 / R6)
Αντικαθιστώντας τις τιμές των R5 και R6, θα πάρουμε
Εάν ο πυκνωτής που χρησιμοποιείται δεν είναι τέλειος, η τιμή της επαγωγής παραμένει αμετάβλητη, αλλά αλλάζει η τιμή του R1. Η μέθοδος γέφυρας του Άντερσον μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση του πυκνωτή C εάν υπάρχει βαθμονομημένη αυτοδιέγερση.
Η παραπάνω εξίσωση που αποκτήσαμε είναι πιο περίπλοκη από ότι έχουμε αποκτήσει στη γέφυρα Maxwell. Παρατηρώντας τις παραπάνω εξισώσεις μπορούμε εύκολα να πούμε ότι για να επιτευχθεί ευκολότερη σύγκλιση ισορροπίας, πρέπει να κάνουμε εναλλακτικές ρυθμίσεις των R1 και r στη γέφυρα του Άντερσον.
Τώρα ας δούμε πώς μπορούμε να αποκτήσουμε πειραματικά την τιμή του άγνωστου επαγωγέα. Αρχικά, ρυθμίστε τη συχνότητα δημιουργίας σήματος στο ακουστικό εύρος. Τώρα ρυθμίστε τα R1 και r έτσι ώστε τα ακουστικά (ανιχνευτής null) να δίνουν έναν ελάχιστο ήχο. Μετρήστε τις τιμές των R1 και r (που λαμβάνονται μετά από αυτές τις ρυθμίσεις) με τη βοήθεια του πολύμετρου. Χρησιμοποιήστε τον τύπο που έχουμε παράγει παραπάνω για να μάθετε την αξία της άγνωστης επαγωγής. Το πείραμα μπορεί να επαναληφθεί με τη διαφορετική τιμή του τυπικού πυκνωτή.
Πλεονεκτήματα της γέφυρας Andersons
- Χρησιμοποιείται ο σταθερός πυκνωτής, ενώ άλλες γέφυρες χρησιμοποιούν έναν μεταβλητό πυκνωτή.
- Η γέφυρα χρησιμοποιείται για τον ακριβή προσδιορισμό της επαγωγής στην περιοχή χιλιοστών.
- Αυτή η γέφυρα δίνει επίσης ένα ακριβές αποτέλεσμα για τον προσδιορισμό της χωρητικότητας όσον αφορά την αυτεπαγωγή.
- Η γέφυρα είναι εύκολο να εξισορροπηθεί από την άποψη σύγκλισης σε σύγκριση με τη γέφυρα του Maxwell σε περίπτωση χαμηλών τιμών Q.
Μειονεκτήματα της γέφυρας Andersons
- Είναι πολύ περίπλοκο από άλλες γέφυρες όσον αφορά τον αριθμό των εξαρτημάτων που χρησιμοποιούνται.
- Οι εξισώσεις υπολοίπου είναι επίσης περίπλοκες να προκύψουν.
- Η γέφυρα δεν μπορεί εύκολα να προστατευθεί λόγω του πρόσθετου σημείου διασταύρωσης, για να αποφευχθούν οι επιπτώσεις των αδέσποτων χωρητικοτήτων.
Εφαρμογές του Andersons Bridge
- Χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της αυτοδιέγερσης του πηνίου (L)
- Για να βρείτε την τιμή της επαγωγικής αντίδρασης (XL) του πηνίου σε μια συγκεκριμένη συχνότητα
Από τις παραπάνω πληροφορίες, τέλος, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι μια γέφυρα Andersons είναι γνωστή για την εφαρμογή της που μετρά την αυτεπαγωγή από λίγους μικρο-Henry έως αρκετούς Henry. Ελπίζουμε να έχετε καλύτερη κατανόηση αυτής της έννοιας. Επιπλέον, τυχόν αμφιβολίες σχετικά με αυτήν την έννοια ή υλοποίηση ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών έργων παρακαλώ, δώστε τις πολύτιμες προτάσεις σας σχολιάζοντας την παρακάτω ενότητα σχολίων. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, Ποιες είναι οι εφαρμογές των γεφυρών AC;
