맥스웰 브리지

맥스웰 브리지(Maxwell bridge)는 보정된 전기저항과 유도계수 또는 저항과 전기 용량의 관점에서 미지의 유도계수(일반적으로 낮은 Q 값을 가짐)를 측정하는 데 사용되는 휘트스톤 브리지의 변형이다. 보정된 구성 요소가 병렬 저항과 커패시터일 때, 이 브리지를 맥스웰 브리지라고 부른다. 이는 1873년에 처음으로 이를 설명한 제임스 C. 맥스웰의 이름을 따서 명명되었다.

이는 유도 임피던스의 양의 위상각이 반대쪽 암에 놓인 용량성 임피던스의 음의 위상각에 의해 보상될 수 있고 회로가 공진 상태일 때, 즉 검출기(AC 전압계 또는 전류계)에 전위차가 없어 전류가 흐르지 않는다는 원리를 사용한다. 그러면 미지의 유도계수는 이 전기 용량을 통해 알려진다.

그림을 참조하면, 일반적인 적용에서 과 는 알려진 고정된 값이며, 과 는 알려진 가변 값이다. 와 는 브리지가 평형을 이룰 때까지 조정된다.

와 는 다른 구성 요소의 값을 기반으로 계산할 수 있다.

가변 전기 용량의 정확한 값을 결정하는 것과 관련된 어려움을 피하기 위해, 때로는 고정 값 커패시터를 설치하고 두 개 이상의 저항을 가변으로 만들기도 한다. 이 브리지는 높은 Q 값을 측정하는 데 사용될 수 없다. 또한 밸런스 수렴 문제 때문에 Q 값이 1 미만인 낮은 Q 값의 코일에도 적합하지 않다. 그 사용은 1에서 10까지의 낮은 Q 값 측정으로 제한된다.

미지의 인덕터를 평가하는 데 사용되는 AC 전류의 주파수는 인덕터가 사용될 회로의 주파수, 즉 임피던스와 일치해야 하며, 따라서 부품의 할당된 인덕턴스는 주파수에 따라 달라진다. 이상적인 인덕터의 경우 이 관계는 선형적이므로, 임의 주파수에서의 인덕턴스 값은 기준 주파수에서 측정된 인덕턴스 값으로부터 계산될 수 있다. 하지만 실제 부품의 경우 이 관계는 선형적이지 않으며, 측정된 값 대신 유도되거나 계산된 값을 사용하면 심각한 부정확성을 초래할 수 있다.

브리지 구성 시 실질적인 문제는 상호 유도 현상이다. 근접한 두 유도자는 상호 유도를 발생시킨다. 한 유도자의 자기장이 다른 유도자의 코일과 교차할 때, 이는 다른 코일의 자기장을 강화시키고 그 반대도 마찬가지여서 두 코일의 유도계수를 왜곡시킨다. 상호 유도를 최소화하려면 유도자들의 축을 서로 수직으로 배치하고 가능한 한 멀리 떨어뜨려야 한다. 마찬가지로, 전동기, 초크 및 변압기(브리지 전원 공급 장치에 있는 것과 같은!)와 같이 근처에 있는 부품들이 회로 구성 요소에 상호 유도를 유발할 수 있으므로 회로를 이러한 부품들로부터 멀리 배치해야 한다.

인덕턴스 값의 주파수 의존성은 이러한 유형의 브리지에 다른 제약 조건을 발생시킨다. 교정 주파수는 인덕터의 자기 공진 주파수와 커패시터의 자기 공진 주파수 중 작은 값, 즉 Fr < min(Lsrf,Csrf)/10보다 훨씬 낮아야 한다. 이러한 한계에 도달하기 전에 커패시터의 ESR이 상당한 영향을 미칠 가능성이 높으므로 명시적으로 모델링해야 한다.

강자성 코어 인덕터의 경우 추가적인 제약 조건이 있다. 인덕터 코어를 자화하는 데 필요한 최소 자화 전류가 있으므로
회로의 인덕터 분기 전류는 최소값을 초과해야 하지만, 두 인덕터의 코어를 포화시킬 정도로 커서는 안 된다.

부하와 알려진 브리지 요소 간의 상호 인덕턴스 또는 부유 전자기 간섭으로 인해 측정 결과가 왜곡되는 상황에서는 더 단순한 브리지 유형보다 맥스웰-빈 브리지를 사용하는 것이 더 복잡하다. 브리지가 평형 상태일 때 브리지의 용량성 리액턴스는 부하의 유도성 리액턴스와 정확히 반대가 되므로 부하의 저항과 리액턴스를 신뢰성 있게 측정할 수 있다.

 같이 보기 
 빈 브리지, 미지의 전기 용량을 보정하는 유사 회로
 앤더슨 브리지, 전기 용량을 정확하게 측정하는 맥스웰 브리지의 변형
 브리지 회로

 추가 자료 


 각주 

분류:계측기
분류:제임스 클러크 맥스웰