Puente de capacitancia de inductancia Maxwell: diagrama y aplicaciones

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¿Qué es Maxwell Bridge?

Un puente de capacitancia de inductancia de Maxwell (conocido como puente de Maxwell) es una versión modificada de un puente de Wheatstone que se utiliza para medir la autoinductancia de un circuito. Un puente Maxwell utiliza el método de deflexión nula (también conocido como el «método del puente») para calcular una inductancia desconocida en un circuito. Cuando los componentes calibrados son un condensador y una resistencia en paralelo, el puente se conoce como puente Maxwell-Wien.

El principio de funcionamiento es que el ángulo de fase positivo de una impedancia inductiva se puede compensar con el ángulo de fase negativo de una impedancia capacitiva cuando se coloca en el brazo opuesto y el circuito está en resonancia (es decir, no hay diferencia de potencial en el detector y, por lo tanto, no hay corriente fluyendo a través de él). La inductancia desconocida se conoce entonces en términos de esta capacitancia.

Puente de capacitancia de inductancia Maxwell

Hay dos tipos de puentes Maxwell: el puente inductor de Maxwell y el puente inductor de capacitancia de Maxwell. En el puente de inductores de Maxwell, solo se utilizan inductores y resistencias . En el puente de capacitancia del inductor de Maxwell, también se agrega un capacitor al circuito.

Como ambos tipos de estos puentes Maxwell se basan en un puente de CA, primero explicaremos el principio de funcionamiento de un puente de CA antes de explicar un puente de Maxwell.

Puentes AC

Un puente de CA consta de una fuente, un detector de equilibrio y cuatro brazos. En los puentes de CA, los cuatro brazos contienen una impedancia. Los puentes de CA se forman reemplazando la batería de CC con una fuente de CA y un galvanómetro por detector de puente de Wheatstone.

Son muy útiles para averiguar inductancia, capacitancia , factor de almacenamiento, factor de disipación, etc.

Ahora derivemos la expresión general para un balance de puente de CA. La siguiente figura muestra una red de puentes de CA:
Puente AC
Aquí Z 1 , Z 2 , Z 3 y Z 4 son los brazos del puente.

Ahora, en la condición de equilibrio, la diferencia de potencial entre byd debe ser cero. A partir de esto, cuando la caída de voltaje de a ad es igual a caer de aab tanto en magnitud como en fase.
Por lo tanto, tenemos de la figura e 1 = e 2

De la ecuación 1, 2 y 3 tenemos Z 1 .Z 4 = Z 2 .Z 3 y cuando la impedancia se reemplaza por admitancia , tenemos Y 1 .Y 4 = Y 2 . Y 3 .

Ahora considere la forma básica de un puente de CA. Supongamos que tenemos un circuito puente como se muestra a continuación.
Puente MaxwellEn este circuito, R 3 y R 4 son resistencias eléctricas puras . Poniendo el valor de Z 1 , Z 2 , Z 3 y Z 4 en la ecuación que hemos derivado anteriormente para el puente AC.

Ahora, al igualar las partes real e imaginaria, obtenemos: Las

siguientes son las conclusiones importantes que se pueden extraer de las ecuaciones anteriores:

  1. Obtenemos dos ecuaciones balanceadas que se obtienen al igualar las partes real e imaginaria, esto significa que para un puente de CA se debe satisfacer la relación (es decir, la magnitud y la fase) al mismo tiempo. Se dice que ambas ecuaciones son independientes si y solo si ambas ecuaciones contienen un solo elemento variable. Esta variable puede ser inductora o resistiva.
  2. Las ecuaciones anteriores son independientes de la frecuencia, lo que significa que no requerimos la frecuencia exacta del voltaje de la fuente y también la forma de onda del voltaje de la fuente aplicada no necesita ser perfectamente sinusoidal.

Puente de Maxwell

Hay dos tipos principales de puentes Maxwell:

  1. Puente inductor de Maxwell
  2. Puente de capacitancia inductor de Maxwell

Puente de inductancia de Maxwell

Analicemos ahora el puente de inductancia de Maxwell . La figura muestra el diagrama de circuito del puente inductor de Maxwell.
Puente de inductancia Maxwell
En este puente, los brazos bc y cd son puramente resistivos mientras que el equilibrio de fase depende de los brazos ab y ad.
Aquí l 1 = inductor desconocido de r 1 .
l 2 = inductor variable de resistencia R 2 .
r 2 = resistencia eléctrica variable.
Como hemos comentado en el puente de CA según la condición de equilibrio, tenemos en el punto de equilibrio:

Podemos variar R 3 y R 4 de 10 ohmios a 10,000 ohmios con la ayuda de la caja de resistencia.

Puente de capacitancia de inductancia de Maxwell

En este puente de Maxwell , el inductor desconocido se mide con el condensador variable estándar.
El circuito de este puente se muestra a continuación.
Puente de capacitancia de inductancia Maxwell

Ventajas del puente de Maxwell

Las ventajas de un puente Maxwell son:

  1. La frecuencia no aparece en la expresión final de ambas ecuaciones, por lo que es independiente de la frecuencia.
  2. El puente de capacitancia de inductor de Maxwell es muy útil para el amplio rango de medición de inductor en frecuencias de audio.

Desventajas del puente de Maxwell

Las desventajas de un puente Maxwell son:

  1. El condensador estándar variable es muy caro.
  2. El puente está limitado a la medición de bobinas de baja calidad (1 <Q <10) y tampoco es adecuado para un valor bajo de Q (es decir, Q <1), por lo que concluimos que se utiliza un puente Maxwell adecuado solo para bobinas de Q medio.

Todas las limitaciones anteriores se superan mediante el puente modificado que se conoce como puente de Hay, que no utiliza una resistencia eléctrica en paralelo con el condensador.

JORGE CABRERA BERRÍOS Administrator
Ingeniero Electrónico por la UNI, con maestría y doctorado por la University of Electro-Communications (Japón).

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