Hvad er Vector Impedance Meter?

Hvad er en vektorimpedansmåler?

Definition af vektorimpedansmåler

En vektorimpedansmåler er defineret som et instrument, der måler både amplituden og fasen for impedansen i AC-kredsløb.

Måling af Amplitude og Fasevinkel

Den fastsætter impedansen i polær form ved at evaluere spændingsfaldene over motstande og ukendte impedanser.

Metoden med lige afvikling

Denne metode sikrer lige spændingsfald over en variabel motstand og den ukendte impedans for at finde impedansens værdi.

Her indgår to motstande med lige motstandsværdier. Spændingsfaldet over RAB er EAB, og det over RBC er EBC. Begge værdier er de samme og er lig med halvdelen af inputspændingens værdi (EAC).

En variabel standardmotstand (RST) er forbundet i række med impedansen (ZX), hvis værdi skal findes. Metoden med lige afvikling bruges til at bestemme størrelsen på den ukendte impedans.

Dette opnås ved at få lige spændingsfald over den variable motstand og impedansen (EAD = ECD) og ved at evaluere den kalibrerede standardmotstand (her RST), som også er nødvendig for at opnå denne betingelse.

Fasevinklen for impedansen (θ) kan fås ved at tage spændingsmålingen over BD. Her er det EBD. Målerens afvikling vil variere i overensstemmelse med Q-faktoren (kvalitetsfaktor) for den forbundne ukendte impedans.

En vakuumrør-spændingsmåler (VTVM) læser AC-spænding fra 0V til dens maksimale værdi. Når spændingsmålingen er nul, er Q-værdien nul, og fasevinklen er 0 grader. Når spændingsmålingen bliver maksimal, vil Q-værdien være uendelig, og fasevinklen vil være 90o.

Vinklen mellem EAB og EAD vil være lig med θ/2 (halvdelen af fasevinklen for den ukendte impedans). Dette skyldes, at EAD = EDC.

Vi ved, at spændingen mellem A og B (EAB) vil være lig med halvdelen af spændingen mellem A og C (EAC, som er inputspændingen). Læsemålet for spændingsmåleren, EDB, kan derfor opnås i termer af θ/2. Dermed kan θ (fasevinklen) fastsættes. Vektordiagrammet vises nedenfor.

For at opnå den første approksimation af størrelsen og fasevinklen for impedansen, foretrækkes denne metode. For at opnå mere præcision i målingen, foretrækkes en kommerciel vektorimpedansmåler.

Kommerciel vektorimpedansmåler

En kommerciel vektorimpedansmåler måler impedans direkte i polær form, ved hjælp af en kontrol for at finde både fasevinklen og størrelsen.

Denne metode kan bruges til at bestemme enhver kombination af motstand (R), kapacitans (C) og induktans (L). Desuden kan den måle komplekse impedanser snarere end rene elementer (C, L eller R).

Det primære ulempe i konventionelle brokredsløb, som for mange efterfølgende justeringer, er elimineret her. Målingsområdet for impedans er 0,5 til 100.000Ω over frekvensområdet 30 Hz til 40 kHz, når en ekstern oscillator bruges til at give strømforsyningen.

Internt genererer måleren frekvenser på 1 kHz, 400 Hz eller 60 Hz, og eksternt op til 20 kHz. Den måler impedans med en præcision på ±1% for størrelse og ±2% for fasevinkel.

Kredsløbet for måling af størrelsen af impedansen vises nedenfor.

Her er RX den variable motstand, og den kan ændres med kalibreringsimpedanshjul.

Spændingsfaldene for både den variable motstand og den ukendte impedans (ZX) gøres lige ved at justere dette hjul. Hvert spændingsfald bliver forstærket ved hjælp af to moduler af balanceforstærkere.

Dette gives derefter til sektionen med den forbundne dobbelt rektificer. I dette kan den aritmetiske sum af rektificerens udgange opnås som nul, og dette vises som null-læsning i indikatormåleren. Dermed kan den ukendte impedans direkte opnås fra hullet på den variable motstand.

Herefter kan vi se, hvordan fasevinklen opnås i denne måler. Først sættes skruen i kalibreringsposition, og den indsprøjtete spænding kalibreres. Dette gøres ved at sætte den for at få fuldskalaafvikling i VTVM eller indikatormåler.

Efterfølgende holdes funktionsskruen i faseposition. Under disse forhold vil funktionsskruen gøre balancemålerens output parallel, før det går til rektificering.

Nu er summen af AC-spændingerne, som kommer fra forstærkerne, helt sikkert en funktion af vektorforskellen mellem AC-spændingerne på forstærkerne.

Den rektificerede spænding som følge af denne vektorforskel vises i indikatormåleren eller DC VTVM. Dette er faktisk målingen af fasevinklen mellem spændingsfaldet over den ukendte impedans og den variable motstand.

Disse spændingsfald vil være de samme i størrelse, men fasen er forskellig. Derfor opnås fasevinklen ved direkte læsning fra dette instrument. Kvalitetsfaktoren og dissipationsfaktoren kan også beregnes fra denne fasevinkel, hvis det er nødvendigt.

Kredsløbsdiagrammet for måling af fasevinklen (θ) vises nedenfor.

Anvendelser og fordele

Bruges til at måle komplekse impedanser og forenkler processen ved at eliminere behovet for flere justeringer.