Què és el Vector Impedance Meter?

Què és el Voltmetre d'Impedància Vectorial?

Definició del Voltmetre d'Impedància Vectorial

Un voltmetre d'impedància vectorial es defineix com un dispositiu que mesura tant l'amplitud com l'angle de fase de l'impedància en circuits AC.

Mesurant l'Amplitud i l'Angle de Fase

Determina l'impedància en forma polar avaluant les caigudes de tensió a través de resistors i impedàncies desconegudes.

Mètode de la Deflexió Igual

Aquest mètode assegura caigudes de tensió iguals a través d'un resistor variable i l'impedància desconeguda per trobar el valor de l'impedància.

Aquí s'incorporen dos resistors amb valors de resistència iguals. La caiguda de tensió a través de RAB és EAB i la de RBC és EBC. Ambdós valors són iguals i són iguals a la meitat del valor de la tensió d'entrada (EAC).

Es connecta una resistència estàndard variable (RST) en sèrie amb l'impedància (ZX) del qual s'ha d'obtenir el valor. El mètode de la deflexió igual s'utilitza per determinar la magnitud de l'impedància desconeguda.

Això es fa aconseguint caigudes de tensió iguals a través del resistor variable i l'impedància (EAD = ECD) i avaluant el resistor estàndard calibrat (aquí és RST) que també és necessari per aconseguir aquesta condició.

L'angle de fase de l'impedància (θ) es pot obtenir prenent la lectura de tensió a través de BD. Aquí és EBD. La deflexió del voltmetre variarà en funció del factor Q (factor de qualitat) de l'impedància desconeguda connectada.

El Voltmetre de Tub al Vacuï (VTVM) llegeix tensions AC des de 0V fins al seu valor màxim. Quan la lectura de tensió és zero, el valor Q és zero, i l'angle de fase és 0 graus. Quan la lectura de tensió arriba al valor màxim, el valor de Q serà infinit i l'angle de fase serà 90o.

L'angle entre EAB i EAD serà igual a θ/2 (la meitat de l'angle de fase de l'impedància desconeguda). Això és degut a que EAD = EDC.

Sabem que la tensió entre A i B (EAB) serà igual a la meitat de la tensió entre A i C (EAC, que és la tensió d'entrada). La lectura del voltmetre, EDB, es pot obtenir en termes de θ/2. Per tant, θ (l'angle de fase) es pot determinar. El diagrama vectorial es mostra a continuació.

Per obtenir la primera aproximació de la magnitud i l'angle de fase de l'impedància, es prefereix aquest mètode. Per aconseguir més precisió en la mesura, es prefereix el voltmetre d'impedància vectorial comercial.

Voltmetre d'Impedància Vectorial Comercial

Un voltmetre d'impedància vectorial comercial mesura l'impedància directament en forma polar, utilitzant un control per trobar tant l'angle de fase com la magnitud.

Aquest mètode es pot utilitzar per determinar qualsevol combinació de resistència (R), capacitance (C) i inductància (L). A més, pot mesurar impedàncies complexes en lloc d'elements purs (C, L o R).

El principal inconvenient en els circuits de pont convencionals, com ara molts ajustos consecutius, es suprimeix aquí. El rang de mesures d'impedància és de 0,5 a 100.000Ω en un rang de freqüència de 30 Hz a 40 kHz quan s'utilitza un oscil·lator extern per proporcionar l'alimentació.

Internament, el voltmetre genera freqüències de 1 kHz, 400 Hz o 60 Hz, i externament fins a 20 kHz. Mesura l'impedància amb una precisió de ±1% per a la magnitud i ±2% per a l'angle de fase.

El circuit per a la mesura de la magnitud de l'impedància es mostra a continuació.

Aquí, per a la mesura de la magnitud, RX és el resistor variable i es pot alterar amb el disc de calibratge de l'impedància.

Les caigudes de tensió tant del resistor variable com de l'impedància desconeguda (ZX) es fan iguals ajustant aquest disc. Cada caiguda de tensió es fa amplificar utilitzant dos mòduls d'amplificadors equilibrats.

Això es dona a la secció del rectificador doble connectat. En aquest, la suma aritmètica de les sortides del rectificador es pot obtenir com zero i això es mostra com una lectura nul·la en el voltmetre indicador. Així, l'impedància desconeguda es pot obtenir directament del disc del resistor variable.

A continuació, veurem com es obté l'angle de fase en aquest voltmetre. Primer, el commutador es posa en la posició de calibratge i la tensió injectada es calibra. Això es fa ajustant-lo per obtenir la deflexió a escala completa en el VTVM o el voltmetre indicador.

Després, el commutador de funció es manté en la posició de fase. En aquesta condició, el commutador de funció farà que la sortida de l'amplificador equilibrat sigui paral·lela abans de passar a la rectificació.

Ara, la suma total de les tensions AC que prové dels amplificadors és definitivament una funció de la diferència vectorial entre les tensions AC als amplificadors.

La tensió que es rectifica com a resultat d'aquesta diferència vectorial es indica en el voltmetre indicador o DC VTVM. Això és realment la mesura de l'angle de fase entre la caiguda de tensió a través de l'impedància desconeguda i el resistor variable.

Aquestes caigudes de tensió seran iguals en magnitud però la fase serà diferent. Per tant, l'angle de fase es pot obtenir mitjançant una lectura directa d'aquest instrument. El factor de qualitat i el factor de dissipació també es poden calcular a partir d'aquest angle de fase si és necessari.

El diagrama de circuit per a la mesura de l'angle de fase (θ) es mostra a continuació.

Aplicacions i Beneficis

S'utilitza per a mesurar impedàncies complexes i simplifica el procés eliminant la necessitat d'ajustos múltiples.