Was ist der Vektor-Impedanzmesser?

Was ist ein Vektor-Impedanzmesser?

Definition des Vektor-Impedanzmessers

Ein Vektor-Impedanzmesser ist ein Gerät, das sowohl die Amplitude als auch den Phasenwinkel der Impedanz in Wechselstromkreisen misst.

Messung von Amplitude und Phasenwinkel

Er bestimmt die Impedanz in Polarkoordinaten, indem er die Spannungsabfälle über Widerstände und unbekannte Impedanzen bewertet.

Methode der gleichen Abweichung

Diese Methode stellt sicher, dass die Spannungsabfälle über einen variablen Widerstand und die unbekannte Impedanz gleich sind, um den Impedanzwert zu finden.

Hier werden zwei Widerstände mit gleichen Widerstands-Werten verwendet. Der Spannungsabfall über RAB ist EAB und der über RBC ist EBC. Beide Werte sind identisch und entsprechen der Hälfte des Eingangsspannungswerts (EAC).

Ein variabler Standardwiderstand (RST) wird in Serie mit der Impedanz (ZX) verbunden, deren Wert bestimmt werden muss. Die Methode der gleichen Abweichung wird zur Bestimmung der Größe der unbekannten Impedanz verwendet.

Dies geschieht, indem gleiche Spannungsabfälle über den variablen Widerstand und die Impedanz (EAD = ECD) erreicht werden und der kalibrierte Standardwiderstand (hier RST) ausgewertet wird, der ebenfalls notwendig ist, um diese Bedingung zu erfüllen.

Der Phasenwinkel der Impedanz (θ) kann durch die Spannungsmessung über BD ermittelt werden. Hier ist es EBD. Die Messanzeige variiert entsprechend dem Q-Faktor (Qualitätsfaktor) der angeschlossenen unbekannten Impedanz.

Der Vakuumröhren-Voltmeter (VTVM) misst Wechselspannungen von 0V bis zu ihrem maximalen Wert. Wenn die Spannungsmessung null ist, ist der Q-Wert null und der Phasenwinkel 0 Grad. Wenn die Spannungsmessung den maximalen Wert erreicht, ist der Q-Wert unendlich und der Phasenwinkel 90°.

Der Winkel zwischen EAB und EAD beträgt θ/2 (die Hälfte des Phasenwinkels der unbekannten Impedanz). Dies liegt daran, dass EAD = EDC.

Wir wissen, dass die Spannung zwischen A und B (EAB) gleich der Hälfte der Spannung zwischen A und C (EAC, die Eingangsspannung) ist. Die Messung des Voltmeters, EDB, kann daher in Bezug auf θ/2 ermittelt werden. Somit kann θ (Phasenwinkel) bestimmt werden. Das Vektordiagramm ist unten dargestellt.

Für die erste Näherung der Größe und des Phasenwinkels der Impedanz wird diese Methode bevorzugt. Für eine präzisere Messung wird ein kommerzieller Vektor-Impedanzmesser bevorzugt.

Kommerzieller Vektor-Impedanzmesser

Ein kommerzieller Vektor-Impedanzmesser misst die Impedanz direkt in Polarkoordinaten, wobei ein Steuerungselement sowohl den Phasenwinkel als auch die Größe findet.

Diese Methode kann verwendet werden, um jede Kombination aus Widerstand (R), Kapazität (C) und Induktivität (L) zu bestimmen. Darüber hinaus kann sie komplexe Impedanzen messen, nicht nur reine Elemente (C, L oder R).

Der Hauptnachteil konventioneller Brückenschaltungen, wie die Notwendigkeit vieler aufeinanderfolgender Einstellungen, wird hier beseitigt. Der Messbereich für Impedanzen beträgt 0,5 bis 100.000Ω bei Frequenzen von 30 Hz bis 40 kHz, wenn ein externer Oszillator für die Versorgung verwendet wird.

Intern erzeugt der Messgerät Frequenzen von 1 kHz, 400 Hz oder 60 Hz und extern bis zu 20 kHz. Es misst Impedanzen mit einer Genauigkeit von ±1% für die Größe und ±2% für den Phasenwinkel.

Das Schaltbild zur Messung der Größe der Impedanz ist unten dargestellt.

Hierbei ist RX der variable Widerstand, der mit dem Kalibrierimpedanz-Drehknopf eingestellt werden kann.

Die Spannungsabfälle des variablen Widerstands und der unbekannten Impedanz (ZX) werden durch die Einstellung dieses Drehknopfs gleich gemacht. Jeder Spannungsabfall wird durch die Verwendung zweier Module von balancierten Verstärkern verstärkt.

Dies wird dann an den Abschnitt des verbundenen Dual-Gleichrichters weitergeleitet. Hier kann die arithmetische Summe der Ausgänge des Gleichrichters als Null ermittelt werden, was als Nullanzeige im Anzeigemesser angezeigt wird. Somit kann die unbekannte Impedanz direkt vom Drehknopf des variablen Widerstands abgelesen werden.

Als Nächstes sehen wir, wie der Phasenwinkel in diesem Messgerät ermittelt wird. Zuerst wird der Schalter in die Kalibrierposition gestellt und die eingespeiste Spannung kalibriert. Dies geschieht, indem er so eingestellt wird, dass eine vollständige Skalenanzeige im VTVM oder Anzeigemesser erreicht wird.

Danach wird der Funktionsschalter in die Phasenposition gestellt. In dieser Position macht der Funktionsschalter den Ausgang des balancierten Verstärkers parallel, bevor er zur Rektifizierung geht.

Nun ist die Summe der Wechselspannungen, die von den Verstärkern stammen, definitiv eine Funktion des Vektorsunterschieds zwischen den Wechselspannungen auf den Verstärkern.

Die durch diesen Vektorsunterschied rektifizierte Spannung wird im Anzeigemesser oder DC VTVM angezeigt. Dies ist tatsächlich eine Maßnahme für den Phasenwinkel zwischen dem Spannungsabfall über der unbekannten Impedanz und dem variablen Widerstand.

Diese Spannungsabfälle sind in der Größe gleich, aber die Phase unterscheidet sich. Daher kann der Phasenwinkel direkt von diesem Instrument abgelesen werden. Der Qualitätsfaktor und der Dissipationsfaktor können ebenfalls aus diesem Phasenwinkel berechnet werden, falls erforderlich.

Das Schaltbild zur Messung des Phasenwinkels (θ) ist unten dargestellt.

Anwendungen und Vorteile

Wird verwendet, um komplexe Impedanzen zu messen und vereinfacht den Prozess, indem die Notwendigkeit mehrerer Einstellungen eliminiert wird.