Puente Maxwell

Un puente de Maxwell es una modificación del puente de Wheatstone que se utiliza para medir una inductancia desconocida (generalmente de bajo factor Q) en función de una resistencia e inductancia calibradas, o de una resistencia y capacitancia . ^{[ 1 ]} Cuando los componentes calibrados son una resistencia y un condensador en paralelo, el puente se conoce como puente de Maxwell . Recibe su nombre de James C. Maxwell , quien lo describió por primera vez en 1873.

Se basa en el principio de 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 a través del detector (un voltímetro o amperímetro de CA ) y, por lo tanto, no circula corriente por él. La inductancia desconocida se conoce entonces en función de esta capacitancia.

Con referencia a la imagen, en una aplicación típica${\displaystyle R_{1}}$y${\displaystyle R_{4}}$son entidades fijas conocidas y${\displaystyle R_{2}}$y${\displaystyle C_{2}}$son entidades variables conocidas. ${\displaystyle R_{2}}$y${\displaystyle C_{2}}$se ajustan hasta que el puente esté equilibrado.

${\displaystyle R_{3}}$y${\displaystyle L_{3}}$Luego se puede calcular en función de los valores de los demás componentes:

${\displaystyle {\begin{aligned}R_{3}&={\frac {R_{1}\cdot R_{4}}{R_{2}}}\\L_{3}&=R_{1}\cdot R_{4}\cdot C_{2}\end{aligned}}}$

Para evitar las dificultades asociadas con la determinación del valor preciso de una capacitancia variable, a veces se instala un condensador de valor fijo y se utilizan varias resistencias variables. No se puede utilizar para medir valores de Q elevados . Tampoco es adecuado para bobinas con valores de Q bajos, inferiores a uno, debido a problemas de convergencia de balance. Su uso se limita a la medición de valores de Q bajos, entre 1 y 10.

${\displaystyle Q={\frac {\omega L}{R}}}$

La frecuencia de la corriente alterna utilizada para evaluar el inductor desconocido debe coincidir con la frecuencia del circuito en el que se utilizará, ya que la impedancia y, por lo tanto, la inductancia asignada al componente varían con la frecuencia. Para inductores ideales, esta relación es lineal, de modo que el valor de inductancia a una frecuencia arbitraria puede calcularse a partir del valor medido a una frecuencia de referencia. Desafortunadamente, para componentes reales, esta relación no es lineal, y utilizar un valor derivado o calculado en lugar de uno medido puede generar graves imprecisiones.

Un problema práctico en la construcción del puente es la inductancia mutua: dos inductores próximos generan inducción mutua . Cuando el campo magnético de uno intersecta la bobina del otro, refuerza el campo magnético de esta última, y ​​viceversa, distorsionando la inductancia de ambas. Para minimizar la inductancia mutua, oriente los inductores con sus ejes perpendiculares entre sí y sepárelos lo máximo posible. Asimismo, la presencia cercana de motores eléctricos, bobinas de choque y transformadores (como el de la fuente de alimentación del puente) puede inducir inductancia mutua en los componentes del circuito, por lo que conviene ubicar el circuito lejos de cualquiera de ellos.

La dependencia de la frecuencia de los valores de inductancia genera otras restricciones en este tipo de puente: la frecuencia de calibración debe ser muy inferior a la menor entre la frecuencia de autorresonancia del inductor y la del condensador, Fr < min(L _srf ,C _srf )/10. Antes de alcanzar esos límites, la ESR del condensador probablemente tendrá un efecto significativo y deberá modelarse explícitamente.

Para los inductores con núcleo ferromagnético, existen restricciones adicionales. Se requiere una corriente de magnetización mínima para magnetizar el núcleo de un inductor, por lo que la corriente en las ramas del circuito del inductor debe superar ese mínimo, pero no debe ser tan grande como para saturar el núcleo de ninguno de los inductores.

La mayor complejidad que implica el uso de un puente de Maxwell-Wien, en comparación con puentes más sencillos, se justifica en situaciones donde la inductancia mutua entre la carga y los elementos conocidos del puente, o la interferencia electromagnética parásita, distorsionan los resultados de la medición. La reactancia capacitiva del puente se opone exactamente a la reactancia inductiva de la carga cuando el puente está equilibrado, lo que permite determinar con precisión la resistencia y la reactancia de la carga.

• Puente de Wien , un circuito similar para calibrar capacitancias desconocidas.
• El puente de Anderson , una modificación del puente de Maxwell que mide con precisión la capacitancia.
• Circuito puente

• Jones, Larry D.; Chin, A. Foster (1991), Instrumentos y mediciones eléctricas , Prentice-Hall, ISBN 9780132484695