الالكترونيات الصناعية

AC bridge

الغوص في أعماق جسور التيار المتردد: ما بعد Wheatstone

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:

  • محولات السعة: تجد هذه الأجهزة، التي تستخدم جسور التيار المتردد مع الحث المقترن، تطبيقاتها في مجالات متنوعة. تستفيد حساسات الضغط، وحساسات المستوى، وحساسات الإزاحة من مبدأ تغيير السعة لقياس المعلمات الفيزيائية.
  • قياسات الحث: تسمح جسور التيار المتردد مثل Maxwell و Hay بتحديد قيم الحث بدقة في دوائر التيار المتردد. وهذا أمر ضروري في تحليل وتوصيف ملفات الحث المستخدمة في مكونات ونظم إلكترونية متنوعة.
  • مطابقة المعاوقة: تُعد جسور التيار المتردد أساسية في دوائر مطابقة المعاوقة، ضمان نقل الطاقة بكفاءة بين المكونات ذات المعاوقات المختلفة. وهذا ذات صلة خاصة في تطبيقات التردد اللاسلكي.

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.


Test Your Knowledge

Quiz: Delving into the Depths of AC Bridges

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.

Answer

(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

Answer

(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.

Answer

(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

Answer

(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.

Answer

(a) Minimizing power loss during transmission.

Exercise: The Hay Bridge

Task: A Hay bridge is used to measure an unknown inductance. The following values are obtained:

  • R1 = 100 ohms
  • R2 = 200 ohms
  • R3 = 500 ohms
  • C = 0.1 microFarad
  • Frequency (f) = 1 kHz

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

Exercice Correction

**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**


Books

  • "Electronic Measurements and Instrumentation" by A.K. Sawhney - A comprehensive textbook covering various measurement techniques, including AC bridges.
  • "Principles of Electrical Measurements" by D.A. Bell - Explores the fundamentals of electrical measurements, with dedicated chapters on AC bridges.
  • "Handbook of Electrical Measurements" by L.M. Thompson - A detailed resource with practical guidance on AC bridge techniques.
  • "Electrical Measurements and Instrumentation" by K.S. Suresh Kumar - A focused guide to AC bridges with emphasis on practical aspects.

Articles

  • "AC Bridge Circuits: A Review" by A. Kumar and V. Singh - A review article providing a comprehensive overview of various AC bridge configurations.
  • "The Hay Bridge for Accurate Measurement of Inductance" by H.L. Curtis - A detailed analysis of the Hay bridge focusing on precision measurements.
  • "Capacitance Transducers: Theory and Applications" by R.C. Smith - Explores the use of AC bridges with coupled inductances in capacitance transducers.

Online Resources

  • "AC Bridge Circuits" - A comprehensive online resource with interactive simulations and detailed explanations of different AC bridge types. [URL: https://www.electronics-tutorials.ws/measurement/ac-bridge-circuits.html]
  • "Wheatstone Bridge: AC Bridge" - An online lecture note providing an introduction to AC bridges with clear explanations and examples. [URL: https://www.physics.uoguelph.ca/tutorials/measurements/wheatstone.html]
  • "Capacitance Measurement using AC Bridges" - A tutorial article explaining the principles of capacitance measurement using AC bridges. [URL: https://www.allaboutcircuits.com/textbook/alternating-current/ac-measurement/capacitance-measurement-using-ac-bridges/]

Search Tips

  • "AC bridge circuits types": This will provide you with information on different types of AC bridges, including their advantages and disadvantages.
  • "AC bridge applications": This search will highlight various applications of AC bridges in different fields.
  • "AC bridge sensitivity analysis": This will lead you to resources discussing the factors influencing the sensitivity of AC bridge circuits.
  • "AC bridge simulation": This query will provide you with links to online tools and software for simulating AC bridge circuits.

Techniques

Chapter 1: Techniques for AC Bridge Measurement

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:

  • Null Detector Method: This involves utilizing a sensitive AC detector, such as headphones or an oscilloscope, to detect the null point. The bridge components are adjusted until no signal is detected.
  • Phase-Sensitive Detection: This technique employs a phase-sensitive detector, which only detects the component of the signal in phase with a reference signal. This allows for more precise balancing, particularly when dealing with small signals.

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.

  • Impedance Equations: Depending on the specific bridge configuration (Maxwell, Hay, etc.), specific equations are used to calculate the unknown impedance.
  • Frequency Dependence: The accuracy of AC bridge measurements can be affected by frequency variations. Therefore, the frequency of the power supply should be carefully controlled and monitored.

1.4 Common Bridge Configurations:

This section delves into various bridge configurations, outlining their unique applications and advantages.

  • Wheatstone Bridge: While primarily used for DC measurements, its adaptation for AC enables resistance measurement in AC circuits.
  • Maxwell Bridge: Designed specifically for inductance measurement, this configuration utilizes a known capacitance and resistance to determine the unknown inductance.
  • Hay Bridge: A variation of the Maxwell bridge, this configuration allows for measuring inductance with greater accuracy, especially for low inductance values.
  • Owen Bridge: This bridge is particularly suitable for measuring capacitance, leveraging a known inductance and resistance to determine the unknown capacitance.

1.5 Bridge Sensitivity and Precision:

The sensitivity of an AC bridge is crucial for measuring small impedance changes accurately. Factors influencing sensitivity include:

  • Detector Sensitivity: The sensitivity of the null detector directly impacts the bridge's ability to detect small changes in impedance.
  • Bridge Components: High-precision components and tightly coupled inductances contribute to increased sensitivity.

1.6 Limitations of AC Bridge Techniques:

While versatile and powerful, AC bridge techniques have certain limitations:

  • Frequency Dependence: The accuracy of measurements can be affected by frequency variations, necessitating careful control and monitoring.
  • Component Tolerances: The accuracy of the bridge is limited by the tolerances of the known components used.
  • Phase Shift Considerations: Complex impedances with phase shifts can complicate the bridge balancing process.

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.

مصطلحات مشابهة
توليد وتوزيع الطاقةالالكترونيات الصناعيةلوائح ومعايير الصناعة
  • ACARS ACARS: شريان الحياة في السماء…
  • acceptance فهم القبول في مسرعات الجسيمات…
  • access channel فهم قنوات الوصول في الاتصالات…
  • access control التحكم في الوصول في الأنظمة ا…
الالكترونيات الاستهلاكية
  • ACC ACC: ضمان لون متسق في عالمك ا…
  • acceptable delay التأخير غير المرئي: فهم التأخ…
  • acceptor شوائب القبول: مفتاح أشباه الم…
  • access line بطل التواصل غير المعروف: فهم …
الالكترونيات الطبية
  • accelerator قوة التسارع: فهم المُسرّعات ف…

Comments


No Comments
POST COMMENT
captcha
إلى