Co je to Vector Impedance Meter?

Co je vektorový impedanční měřič?

Definice vektorového impedančního měřiče

Vektorový impedanční měřič je zařízením, které měří jak amplitudu, tak fázový úhel impedancí v střídavých obvodech.

Měření amplitudy a fázového úhlu

Určuje impedanci v polárním tvaru hodnocením napěťových klesnutí na odpornících a neznámých impedancích.

Metoda rovné odchylky

Tato metoda zajišťuje stejná napěťová klesnutí na proměnném odporníku a neznámé impedanci pro nalezení hodnoty impedancí.

Zde jsou zapojeny dva odporníky s rovnou hodnotou. Napěťové klesnutí na RAB je EAB a na RBC je EBC. Oba tyto hodnoty jsou stejné a rovnají se polovině hodnoty vstupního napětí (EAC).

Proměnný standardní odporník (RST) je připojen sériově s impedancí (ZX), jejíž hodnota má být zjištěna. Metoda rovné odchylky se používá pro určení velikosti neznámé impedancí.

Dosahuje se stejných napěťových klesnutí na proměnném odporníku a impedanci (EAD = ECD) a vyhodnocuje se kalibrovaný standardní odporník (zde je to RST), což je také nutné pro dosažení této podmínky.

Fázový úhel impedancí (θ) lze získat ze čtení napětí mezi BD. Zde je to EBD. Odchylka ukazatele se bude měnit v souladu s faktorem Q (kvalitativním faktorem) připojené neznámé impedancí.

Vakuový trubicový voltmetr (VTVM) čte střídavé napětí od 0V do jeho maximální hodnoty. Když čtení napětí je nulové, hodnota Q je nulová a fázový úhel je 0 stupňů. Když čtení napětí dosáhne maximální hodnoty, hodnota Q bude nekonečná a fázový úhel bude 90°.

Úhel mezi EAB a EAD bude roven θ/2 (polovina fázového úhlu neznámé impedancí). To proto, že EAD = EDC.

Víme, že napětí mezi A a B (EAB) bude rovno polovině napětí mezi A a C (EAC, které je vstupním napětím). Čtení voltmétrem, EDB, lze tak získat v termínech θ/2. Tedy, θ (fázový úhel) lze určit. Vektorový diagram je níže znázorněn.

Pro získání první aproximace velikosti a fázového úhlu impedancí se preferuje tato metoda. Pro dosažení větší přesnosti měření se preferuje komerční vektorový impedanční měřič.

Komerční vektorový impedanční měřič

Komerční vektorový impedanční měřič měří impedanci přímo v polárním tvaru, používá jeden ovládací prvek pro nalezení jak fázového úhlu, tak velikosti.

Tato metoda může být použita pro určení libovolné kombinace odporu (R), kapacity (C) a induktivity (L). Kromě toho může měřit složité impedancí spíše než čisté prvky (C, L nebo R).

Hlavní nevýhoda tradičních mostových obvodů, jako je příliš mnoho po sobě jdoucích nastavení, je zde eliminována. Rozsah měření impedancí je 0,5 až 100 000 Ω v rozsahu frekvencí 30 Hz až 40 kHz, pokud se používá externí oscilátor pro dodávku.

Interně generuje frekvence 1 kHz, 400 Hz nebo 60 Hz a externě až 20 kHz. Měří impedanci s přesností ±1% pro velikost a ±2% pro fázový úhel.

Obvod pro měření velikosti impedancí je níže uveden.

Zde je RX proměnný odporník a lze ho změnit pomocí kalibračního displeje impedancí.

Napěťová klesnutí na obou proměnném odporníku a neznámé impedanci (ZX) jsou vyrovnány nastavením tohoto displeje. Každé napěťové klesnutí je zesíleno pomocí dvou modulů vyvážených zesilovačů.

To je pak předáno sekci spojeného dvojitého vodiče. V tomto aritmetický součet výstupů vodiče lze získat jako nulový a toto je zobrazeno jako nulové čtení v ukazovacím měřiči. Tedy, neznámá impedancí lze získat přímo z displeje proměnného odporníku.

Následující vidíme, jak se fázový úhel získává v tomto měřiči. Nejprve je přepínač nastaven do kalibrační pozice a napětí je kalibrováno. To se provede nastavením pro dosažení plnohodnotné odchylky v VTVM nebo ukazovacím měřiči.

Poté je funkční přepínač ponechán v fázové poloze. V této podmínce funkční přepínač udělá výstup vyváženého zesilovače paralelní před rektifikací.

Nyní je celkový součet střídavých napětí z zesilovačů určitě funkcí vektorového rozdílu mezi střídavými napětím na zesilovačích.

Napětí, které je rektifikováno v důsledku tohoto vektorového rozdílu, je indikováno v ukazovacím měřiči nebo DC VTVM. To je ve skutečnosti měřítkem fázového úhlu mezi napěťovým klesnutím na neznámé impedancí a proměnném odporníku.

Tyto napěťové klesnutí budou stejné v velikosti, ale fáze bude různá. Proto se fázový úhel získává přímým čtením z tohoto přístroje. Faktor kvality a faktor disipace lze také vypočítat z tohoto fázového úhlu, pokud je potřeba.

Obvodový diagram pro měření fázového úhlu (θ) je níže uveden.

Aplikace a výhody

Používá se pro měření složitých impedancí a zjednodušuje proces eliminací potřeby mnoha nastavení.