Apa itu Jembatan Owen (Owens Bridge): Rangkaian, Teori, dan Diagram Fasornya
Sistem komunikasi modern menggunakan jembatan AC dengan rangkaian listrik dan elektronik yang kompleks dan banyak lagi. Berbagai jenis jembatan AC yang digunakan dalam rangkaian elektronik adalah jembatan Maxwell, jembatan Wein Maxwell, jembatan Anderson, jembatan Hay, jembatan Owen, jembatan De Sauty, jembatan Schering, dan jembatan seri Wien.
Meskipun ada berbagai jenis jembatan AC untuk mengukur faktor kualitas kumparan, namun jumlahnya terbatas pada kisaran kecil. Misalnya, jembatan Maxwell dibatasi untuk mengukur faktor kualitas lebih besar dari 10. Jembatan Hay cocok untuk rentang faktor kualitas 1 sampai 10.
Jembatan Anderson digunakan untuk mengukur rentang nilai induktansi dari beberapa mikro Henry. Oleh karena itu kita membutuhkan rangkaian jembatan, yang harus cocok untuk mengukur berbagai macam induktor. Rangkaian jembatan itu disebut jembatan Owen.
Definisi Jembatan Owen
Definisi: Rangkaian jembatan Owen didefinisikan sebagai, jembatan AC yang digunakan untuk mengukur berbagai induktansi yang tidak diketahui dalam hal resistansi dan kapasitansi. Biasanya ini bekerja berdasarkan prinsip perbandingan.
Itu berarti nilai induktansi tidak diketahui yang diukur dibandingkan dengan kapasitor standar atau yang dikenal. Rangkaian jembatan jenis ini menggunakan kapasitor standar dan resistor variabel untuk eksitasi.
Rangkaian Jembatan Owen
Rangkaian jembatan Owen berisi empat lengan yang dihubungkan dalam bujur sangkar atau berbentuk belah ketupat. Sinyal tegangan AC dan detektor nol dihubungkan melintasi persimpangan lengan. Diagram rangkaian jembatan Owens ditunjukkan di bawah ini.
- Dari rangkaian di atas, kita dapat mengamati bahwa ab, bc, cd, dan da adalah empat lengan yang terhubung sebagai jembatan.
- Lengan 'ab' berisi induktansi diri 'L1' yang tidak diketahui dengan resistansi 'R1'
- Lengan 'bc' berisi resistor murni 'R3'
- Lengan lainnya 'cd' berisi kapasitor standar tetap 'C4'
- Lengan terakhir 'da' berisi variabel resistor non-induktif 'R2' secara seri dengan kapasitor standar variabel 'C2'.
- Detektor null dihubungkan untuk mengetahui kondisi keseimbangan rangkaian jembatan .
Jembatan Owen yang dimodifikasi berisi voltmeter paralel dengan resistansi yang terhubung ke salah satu lengan. Ammeter juga dihubungkan secara seri ke rangkaian jembatan untuk mengukur arus DC sedangkan arus AC dapat diukur menggunakan voltmeter. Rangkaian modifikasi jembatan Owens ditunjukkan di bawah ini.
Teori Jembatan Owen
Teori jembatan Owen tidak lain adalah, induktansi yang tidak diketahui 'L1' dibandingkan dengan kapasitor 'C4' yang diketahui terhubung ke lengan 'cd' dari rangkaian jembatan.
Dalam kondisi keseimbangan, resistor non-induktif 'R2' dan kapasitor standar variabel 'C2' dapat divariasikan secara independen. Oleh karena itu, tidak ada arus yang mengalir melalui rangkaian jembatan dan tidak ada potensi yang akan direkam oleh detektor nol.
Dari rangkaian jembatan Owens kita dapat mengamati bahwa,
Induktansi diri tidak diketahui 'L1'
Resistor murni 'R3' (resistansi non-induktif tetap)
Kapasitor standar tetap 'C4'
Variabel resistor non-induktif 'R2' secara seri dengan kapasitor standar variabel 'C2'.
Detektor null dihubungkan untuk mengetahui kondisi keseimbangan rangkaian jembatan.
Pertimbangkan persamaan yang seimbang dari rangkaian jembatan AC dasar,
Z1Z4 = Z2Z3
Sekarang gantikan impedansi rangkaian jembatan Owen pada persamaan di atas
Kemudian
(R1+jωL1) (1/jωC4) = (R2+1/jωC2) R3
Sekarang pisahkan suku nyata dan suku imajiner dari persamaan di atas
Kita mendapatkan,
L1 = R2R3C4
Induktansi yang tidak diketahui dapat diukur dari persamaan di atas
R1 = R3 (C4/C2)
Nilai kapasitor standar variabel 'C2' diukur.
Diagram fasor Jembatan Owen
Diagram fasor jembatan Owen ditunjukkan di bawah ini.
Dari diagram fasor di atas, kita dapat mengamati bahwa,
Sumbu horizontal mewakili arus I1, E3 = I3R3 dan E4 = ωI2C4 yang berada pada fasa yang sama. Dan juga penurunan tegangan 'i1r1' juga mewakili sumbu horizontal.
Penurunan tegangan 'e1' mewakili jumlah penurunan tegangan induktif (ωL1L1) dan penurunan tegangan resistif (I1R1)
Pada kondisi keseimbangan rangkaian jembatan, penurunan tegangan 'E1' dan 'E2' sama di seluruh lengan dan direpresentasikan pada sumbu yang sama.
Demikian pula, penurunan tegangan 'e3' adalah jumlah penurunan tegangan resistif (I2R2) dan penurunan tegangan kapasitif (I2 / wC2). Karena kapasitor tetap, arus i1 menjadi penurunan tegangan 'e4' tegak lurus (90 derajat). Arus 'I2' dan penurunan tegangan I2R2 mewakili sumbu vertikal. Tegangan suplai mewakili 'E1' dan 'E3'.
Kelebihan
Keuntungan dari jembatan Owen adalah, induktansi yang tidak diketahui yang diukur tidak tergantung pada frekuensi dan tidak memerlukan pasokan frekuensi.
- Persamaan keseimbangan dapat diperoleh dengan sangat mudah, dan sederhana.
- Ini digunakan untuk mengukur berbagai induktansi dalam hal kapasitansi.
- Ini juga digunakan untuk mengukur berbagai nilai kapasitansi (kita dapatkan dari persamaan keseimbangan akhir).
Kekurangan
Kelemahan dari jembatan Owen termasuk adalah
- Kapasitor standar variabel yang digunakan dalam rangkaian jembatan ini sangat mahal. Jadi, biaya rangkaian jembatan Owen juga meningkat.
- Akurasi kapasitor standar variabel yang digunakan dalam rangkaian sangat rendah (hampir 1%)
- Penggunaan kapasitor standar variabel yang lebih besar akan meningkatkan kisaran faktor kualitas kumparan yang diukur. Hal ini dapat meningkatkan biaya rangkaian lebih lanjut.
Pertanyaan
1). Apa itu detektor null?
Ini membantu untuk menemukan kondisi keseimbangan rangkaian jembatan AC (ketika nilai yang diberikan adalah nol). Dan juga membandingkan nilai yang tidak diketahui (induktansi / resistansi / kapasitansi / impedansi) dengan nilai yang diketahui (referensi atau nilai standar).
2). Apa yang Anda maksud dengan faktor kualitas (faktor q) dari kumparan?
Ini adalah rasio reaktansi kumparan terhadap resistansinya pada frekuensi operasi.
Q = ωL/R = XL/R
3). Apa jenis kesalahan yang terjadi pada jembatan AC?
Kesalahan kebocoran medan magnet, kesalahan arus eddy, kesalahan frekuensi, dan kesalahan bentuk gelombang.
4). Jenis jembatan apa yang digunakan untuk mengukur kapasitansi?
Jembatan Wien digunakan untuk mengukur kapasitansi dalam hal resistansi dan frekuensi yang dikalibrasi.
5). Mengapa jembatan AC tidak menggunakan galvanometer, bukan detektor nol?
Galvanometer tidak digunakan pada jembatan AC karena hanya mengukur aliran arus searah (DC).
Jadi, ini semua tentang definisi, rangkaian, teori, kelebihan, dan kekurangan dari jembatan Owen.