Hệ thống thông tin liên lạc hiện đại sử dụng các cầu nối xoay chiều với các mạch điện và điện tử phức tạp và nhiều hơn nữa. Các loại cầu AC khác nhau được sử dụng trong mạch điện là cầu Maxwell, cầu Wein của Maxwell, Cầu Anderson , Cầu Hay’s, cầu Owen, cầu De Sauty, cầu Schering và cầu nối tiếp Wien. Mặc dù có nhiều loại cầu xoay chiều khác nhau để đo các hệ số chất lượng của cuộn dây, chúng được giới hạn trong một phạm vi nhỏ. Ví dụ, Cầu Maxwell được giới hạn để đo hệ số chất lượng lớn hơn 10. Cầu Hay’s phù hợp với dải hệ số chất lượng từ 1 đến 10. Cầu Anderson được sử dụng để đo các giá trị điện cảm nằm trong khoảng từ vài micro Henry’s. Do đó, chúng ta cần một mạch cầu, phải phù hợp để đo nhiều loại cuộn cảm. Mạch cầu đó được gọi là cầu Owens.
Định nghĩa cầu Owens
Định nghĩa: Mạch cầu Owens được định nghĩa là, cầu xoay chiều được sử dụng để đo một loạt các độ tự cảm chưa xác định về điện trở và điện dung. Nó thường hoạt động trên nguyên tắc so sánh. Điều đó có nghĩa là chưa biết được đo lường điện cảm giá trị được so sánh với tiêu chuẩn hoặc tụ điện đã biết. Loại mạch cầu này sử dụng một tụ điện tiêu chuẩn và một biến trở để kích thích.
Owens Bridge Circuit
Mạch cầu Owens gồm bốn nhánh nối hình vuông hoặc hình thoi. Một tín hiệu điện áp xoay chiều và một bộ phát hiện rỗng được kết nối qua các điểm nối của các nhánh. Sơ đồ mạch của cầu Owens được hiển thị bên dưới.
nợ-cầu-mạch
- Từ mạch trên, chúng ta có thể quan sát rằng ab, bc, cd, và da là bốn nhánh nối với nhau làm cầu nối.
- Cánh tay ‘ab’ chứa độ tự cảm chưa biết ‘L1’ với điện trở ‘R1’
- Cánh tay ‘bc’ chứa điện trở thuần ‘R3’
- Nhánh còn lại ‘cd’ chứa tụ điện tiêu chuẩn cố định ‘C4’
- Các nhánh cuối cùng ‘da’ chứa điện trở không thuần cảm biến ‘R2’ mắc nối tiếp với tụ điện tiêu chuẩn thay đổi được ‘C2’.
- Một bộ phát hiện rỗng được kết nối để biết điều kiện cân bằng của mạch cầu .
Cầu Owen được sửa đổi chứa vôn kế song song với điện trở được kết nối với một trong các cánh tay. Một ampe kế cũng mắc nối tiếp vào mạch cầu để đo Dòng điện một chiều trong khi dòng điện xoay chiều có thể được đo bằng vôn kế. Mạch sửa đổi của cầu Owens được hiển thị bên dưới.
sửa đổi-nợ-cầu
Lý thuyết về Cầu Owens
Lý thuyết của cầu Owens không là gì ngoài, độ tự cảm chưa biết ‘L1’ được so sánh với tụ điện ‘C4’ đã biết được kết nối với nhánh ‘cd’ của mạch cầu. Trong điều kiện cân bằng, điện trở không cảm ứng ‘R2’ và tụ điện tiêu chuẩn biến thiên ‘C2’ có thể thay đổi độc lập. Do đó, không có dòng điện nào chạy qua mạch cầu và không có điện thế nào sẽ được máy dò null ghi lại.
Từ mạch cầu Owens, chúng ta có thể quan sát thấy rằng,
Độ tự cảm không xác định ‘L1’
Điện trở thuần 'R3' (điện trở không thuần cảm cố định)
Tụ tiêu chuẩn cố định ‘C4’
Biến trở không thuần cảm ‘R2’ mắc nối tiếp với tụ điện chuẩn biến thiên ‘C2’.
Một bộ dò null được kết nối để biết điều kiện cân bằng của mạch cầu.
Xét phương trình cân bằng của mạch cầu xoay chiều cơ bản,
Z1Z4 = Z2Z3
Bây giờ thay thế các trở kháng của mạch cầu Owens trong phương trình trên
Sau đó
(R1 + jωL1) (1 / jωC4) = (R2 + 1 / jωC2) R3
Bây giờ hãy tách các số hạng thực và số hạng ảo ra khỏi phương trình trên
Chúng tôi nhận được,
L1 = R2R3C4
Độ tự cảm chưa biết có thể được đo từ phương trình trên
R1 = R3 (C4 / C2)
Giá trị của một tiêu chuẩn biến đổi tụ điện ‘C2’ được đo.
Sơ đồ Phasor của Cầu Owens
Sơ đồ phasor của cầu Owens được hiển thị bên dưới.
sơ đồ phasor
Từ sơ đồ phasor ở trên, chúng ta có thể thấy rằng,
Trục hoành biểu diễn dòng điện I1, E3 = I3R3 và E4 = ωI2C4 cùng pha. Và sự sụt giảm điện áp của ‘i1r1’ cũng đại diện cho trục hoành.
Điện áp rơi ‘e1’ biểu thị tổng của điện áp cảm ứng (ωL1L1) và điện áp giảm (I1R1)
Ở điều kiện cân bằng của mạch cầu, các điện áp giảm ‘E1’ và ‘E2’ trên các cánh tay bằng nhau và biểu diễn trên cùng một trục.
Tương tự, sụt áp ‘e3’ là tổng của sụt áp điện trở (I2R2) và sụt áp điện dung (I2 / wC2). Do tụ điện cố định, dòng điện i1 trở nên vuông góc (90 độ) giảm điện áp ‘e4’. Dòng điện ‘I2’ và điện áp giảm I2R2 biểu diễn trục tung. Điện áp cung cấp đại diện cho ‘E1’ và ‘E3’.
Ưu điểm
Ưu điểm của cầu Owens là, độ tự cảm không xác định được đo độc lập với tần số và không yêu cầu bất kỳ nguồn cung cấp tần số nào.
- Phương trình cân bằng có thể đạt được rất dễ dàng và đơn giản.
- Nó được sử dụng để đo một loạt các độ tự cảm về điện dung.
- Nó cũng được sử dụng để đo một loạt các giá trị điện dung (chúng tôi nhận được từ phương trình cân bằng cuối cùng).
Nhược điểm
Những nhược điểm của cầu Owen bao gồm
- Một tụ điện tiêu chuẩn biến đổi được sử dụng trong mạch cầu này rất tốn kém. Vì vậy, giá thành của mạch cầu Owen cũng tăng lên.
- Độ chính xác của tụ điện tiêu chuẩn biến đổi được sử dụng trong mạch rất thấp (gần 1%)
- Việc sử dụng một tụ điện tiêu chuẩn có thể thay đổi lớn hơn sẽ làm tăng phạm vi của hệ số chất lượng của cuộn dây được đo. Điều này có thể làm tăng chi phí của mạch hơn nữa.
Câu hỏi thường gặp
1). Máy dò null là gì?
Nó giúp tìm điều kiện cân bằng của mạch cầu xoay chiều (khi giá trị cho trước bằng 0). Và nó cũng so sánh giá trị chưa biết (điện cảm / điện trở / điện dung / trở kháng) với một giá trị đã biết (giá trị tham chiếu hoặc tiêu chuẩn).
2). Theo bạn hệ số phẩm chất (hệ số q) của cuộn dây có nghĩa là gì?
Nó là tỷ số giữa điện kháng của cuộn dây với điện trở của nó ở tần số hoạt động.
Q = ωL / R = XL / R
3). Các loại lỗi xảy ra trong cầu xoay chiều là gì?
Lỗi rò rỉ từ trường lỗi dòng điện xoáy, lỗi tần số và lỗi dạng sóng.
4). Loại cầu nào dùng để đo điện dung?
Cầu Wien được sử dụng để đo điện dung về điện trở và tần số đã hiệu chỉnh.
5). Tại sao các cầu AC không sử dụng điện kế thay vì máy dò rỗng?
Điện kế không được sử dụng trong cầu xoay chiều vì nó chỉ đo lưu lượng của dòng điện một chiều (DC).
Vì vậy, đây là tất cả về định nghĩa, mạch, lý thuyết, ưu điểm và nhược điểm của Owen’s cầu . Đây là một câu hỏi dành cho bạn, 'Cầu của Owen có những ứng dụng nào?'
