Un puente de Maxwell es una modificación de un puente de Wheatstone que se utiliza para medir una inductancia desconocida (normalmente de un valor Q bajo) en términos de resistencia e inductancia calibradas o 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 en honor a 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 fluye corriente a través de él. La inductancia desconocida se vuelve entonces conocida en términos de esta capacitancia.
Con referencia a la imagen, en una aplicación típica y son entidades fijas conocidas, y y son entidades variables conocidas. y se ajustan hasta que el puente esté equilibrado.
y luego se puede calcular en función de los valores de los otros componentes:
Para evitar las dificultades asociadas con la determinación del valor preciso de una capacitancia variable, a veces se instalará un capacitor de valor fijo y se hará variable más de una resistencia. No se puede utilizar para la medición de valores Q altos . Tampoco es adecuado para las bobinas con valores Q bajos, menores a uno, debido al problema de convergencia de equilibrio. Su uso se limita a la medición de valores Q bajos de 1 a 10.
La frecuencia de la corriente alterna utilizada para evaluar el inductor desconocido debe coincidir con la frecuencia del circuito en el que se utilizará el inductor: la impedancia y, por lo tanto, la inductancia asignada del componente varían con la frecuencia. Para los inductores ideales, esta relación es lineal, de modo que el valor de la inductancia a una frecuencia arbitraria se puede calcular a partir del valor de la inductancia medido a una frecuencia de referencia. Desafortunadamente, para los componentes reales, esta relación no es lineal y el uso de un valor derivado o calculado en lugar de uno medido puede generar imprecisiones graves.
Un problema práctico en la construcción del puente es la inductancia mutua: dos inductores próximos darán lugar a una inducción mutua : cuando el campo magnético de uno intersecta la bobina del otro, reforzará el campo magnético en esa otra bobina, y viceversa, distorsionando la inductancia de ambas bobinas. Para minimizar la inductancia mutua, oriente los inductores con sus ejes perpendiculares entre sí y sepárelos tanto como sea posible. De manera similar, la presencia cercana de motores eléctricos, bobinas y transformadores (¡como el de la fuente de alimentación del puente!) puede inducir una inductancia mutua en los componentes del circuito, por lo que debe ubicar el circuito alejado de cualquiera de ellos.
La dependencia de la frecuencia de los valores de inductancia da lugar a otras restricciones en este tipo de puente: la frecuencia de calibración debe ser muy inferior a la menor de las frecuencias de autorresonancia del inductor y del condensador, Fr < min(L srf ,C srf )/10. Antes de alcanzar esos límites, es probable que la ESR del condensador tenga un efecto significativo y deba modelarse explícitamente.
En el caso de 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 inductor del circuito debe superar el mínimo, pero no debe ser tan grande como para saturar el núcleo de ninguno de los inductores.
La complejidad adicional de utilizar un puente Maxwell-Wien en lugar de tipos de puentes más simples [ ambiguo ] se justifica en circunstancias en las que la inductancia mutua entre la carga y las entidades de puente conocidas, o la interferencia electromagnética parásita, distorsionan los resultados de la medición. La reactancia capacitiva en el puente se opondrá exactamente a la reactancia inductiva de la carga cuando el puente esté equilibrado, lo que permite determinar de manera confiable la resistencia y la reactancia de la carga.
