جسر التيار المتردد، أداة قوية في القياسات الكهربائية، يوسع إمكانيات جسر Wheatstone الكلاسيكي إلى مجال التيار المتردد. تجد هذه العائلة المتنوعة من الدوائر فائدتها في تحديد المقاومات، والحث، والسعات، بالإضافة إلى دفع إشارة التيار المتردد في محولات الجسر.
الأُسس: جسر Wheatstone يلتقي بالتيار المتردد
جسر Wheatstone المألوف، المعروف بقياساته لمقاومة التيار المستمر، يمكن تعديله لتطبيقات التيار المتردد. باستبدال مصدر طاقة جيبية واستبدال الجلفانومتر بكاشف للتيار المتردد، مثل سماعات الرأس أو راسم الذبذبات، تظل نفس مبادئ موازنة الجسر سارية. يسمح هذا التكيف بقياس المقاومات في دوائر التيار المتردد بدقة قابلة للمقارنة مع قياسات التيار المستمر.
ما بعد الأساسيات: جسور التيار المتردد المتخصصة للحث والسعات
في حين أن جسر Wheatstone يمكنه التعامل مع المقاومات، فإن جسور التيار المتردد المخصصة مصممة لقياس الحث والسعات. تكمن الميزة الرئيسية لهذه الجسور المتخصصة في اختيار مكونات الجسر.
صعود السعة: معيار عالمي للقياس
المكثفات القياسية، بسبب سلوكها المتوقع، تُشكل نقطة مرجع موثوقة لقياسات التيار المتردد. وهذا يسمح بسمة فريدة: يمكن قياس الحث من حيث السعة، وذلك بفضل استخدام جسور مثل Hay و Owen.
الحساسية والدقة: استغلال الحث المقترن
توفر جسور التيار المتردد التي تستخدم الحث المقترن بإحكام في أذرعها النسبية حساسية لا مثيل لها. تنبع هذه الحساسية من القدرة على اكتشاف الاختلافات الصغيرة جدًا في التيار داخل هذه الحث المقترنة. يتم تسخير هذا المبدأ في محولات السعة عالية الدقة، حيث يتم قياس أصغر التغيرات في السعة بدقة متناهية.
لمحة عن التطبيقات:
في الختام:
بينما يضع جسر Wheatstone الأساس، توفر جسور التيار المتردد المتخصصة مجموعة أدوات متنوعة لقياس معلمات دوائر التيار المتردد بدقة عالية. قدرتها على قياس الحث والسعة من حيث السعة، مقترنة بالحساسية التي توفرها الحث المقترن بإحكام، تجعلها أدوات حيوية في الهندسة الكهربائية والإلكترونية الحديثة.
Instructions: Choose the best answer for each question.
1. What is the primary advantage of using specialized AC bridges over a modified Wheatstone bridge for inductance and capacitance measurements?
(a) Specialized AC bridges offer higher accuracy in measuring resistance. (b) Specialized AC bridges are less prone to errors caused by stray capacitance. (c) Specialized AC bridges utilize components specifically designed for inductance and capacitance measurements. (d) Specialized AC bridges operate at higher frequencies, allowing for faster measurements.
(c) Specialized AC bridges utilize components specifically designed for inductance and capacitance measurements.
2. Which of the following bridge types is commonly used to measure capacitance in terms of inductance?
(a) Wheatstone bridge (b) Hay bridge (c) Maxwell bridge (d) Owen bridge
(b) Hay bridge
3. The sensitivity of AC bridges utilizing tightly coupled inductances is enhanced due to the ability to detect:
(a) Voltage differences across the inductances. (b) Current differences within the coupled inductances. (c) Capacitance changes in the circuit. (d) Frequency variations in the AC signal.
(b) Current differences within the coupled inductances.
4. Which of the following applications DOES NOT utilize capacitance transducers based on AC bridges?
(a) Pressure sensors (b) Level sensors (c) Temperature sensors (d) Displacement sensors
(c) Temperature sensors
5. The principle of impedance matching in AC circuits is crucial for:
(a) Minimizing power loss during transmission. (b) Ensuring accurate voltage measurements. (c) Controlling the frequency of the AC signal. (d) Determining the phase difference between signals.
(a) Minimizing power loss during transmission.
Task: A Hay bridge is used to measure an unknown inductance. The following values are obtained:
Calculate the unknown inductance (L) and its Q factor.
Hint: Use the formula for the Hay bridge: L = R1 * R2 * C and Q = (ωL) / R1
**1. Calculate L:** L = R1 * R2 * C L = 100 ohms * 200 ohms * 0.1 microFarad **L = 2 mH** **2. Calculate Q:** ω = 2 * π * f = 2 * π * 1 kHz = 2π * 10^3 rad/s Q = (ωL) / R1 Q = (2π * 10^3 rad/s * 2 mH) / 100 ohms **Q = 0.126**
This chapter explores the fundamental techniques used in AC bridge measurements, delving into the intricacies of balancing the bridge and analyzing the resulting data.
1.1 Introduction to AC Bridge Techniques:
The AC bridge, an extension of the Wheatstone bridge, utilizes the principle of balancing to measure electrical quantities in alternating current circuits. It involves comparing an unknown impedance with a known impedance, with the balance point determined by zero current flow through the detector.
1.2 Bridge Balancing:
The key to accurate AC bridge measurement lies in achieving bridge balance. This involves adjusting the bridge components until the detector indicates zero current flow. Techniques for balancing include:
1.3 Bridge Analysis:
Once the bridge is balanced, the unknown impedance can be calculated based on the values of the known components and the bridge configuration.
1.4 Common Bridge Configurations:
This section delves into various bridge configurations, outlining their unique applications and advantages.
1.5 Bridge Sensitivity and Precision:
The sensitivity of an AC bridge is crucial for measuring small impedance changes accurately. Factors influencing sensitivity include:
1.6 Limitations of AC Bridge Techniques:
While versatile and powerful, AC bridge techniques have certain limitations:
Conclusion:
This chapter provided a comprehensive overview of AC bridge measurement techniques, emphasizing the importance of balancing, bridge analysis, and understanding the different configurations available. By mastering these techniques, engineers can utilize AC bridges for accurate and reliable impedance measurements in various electrical and electronic applications.
Comments