¿Qué es el Vector Impedance Meter?

¿Qué es el medidor de impedancia vectorial?

Definición del medidor de impedancia vectorial

Un medidor de impedancia vectorial se define como un dispositivo que mide tanto la amplitud como el ángulo de fase de la impedancia en circuitos AC.

Medir amplitud y ángulo de fase

Determina la impedancia en forma polar evaluando las caídas de tensión a través de resistencias y impedancias desconocidas.

Método de desviación igual

Este método asegura caídas de tensión iguales a través de una resistencia variable y la impedancia desconocida para encontrar el valor de la impedancia.

Se incorporan dos resistencias con valores de resistencia iguales. La caída de tensión a través de RAB es EAB y la de RBC es EBC. Ambos valores son los mismos y equivalen a la mitad del valor de la tensión de entrada (EAC).

Una resistencia estándar variable (RST) se conecta en serie con la impedancia (ZX) cuyo valor se debe obtener. El método de desviación igual se utiliza para determinar la magnitud de la impedancia desconocida.

Esto se logra al alcanzar caídas de tensión iguales a través de la resistencia variable y la impedancia (EAD = ECD) y evaluando la resistencia estándar calibrada (aquí es RST), lo cual también es necesario para lograr esta condición.

El ángulo de fase de la impedancia (θ) se puede obtener tomando la lectura de tensión a través de BD. Aquí es EBD. La desviación del medidor variará según el factor Q (factor de calidad) de la impedancia desconocida conectada.

El voltímetro de tubo de vacío (VTVM) lee tensión AC desde 0V hasta su valor máximo. Cuando la lectura de tensión es cero, el valor de Q es cero, y el ángulo de fase es 0 grados. Cuando la lectura de tensión alcanza el valor máximo, el valor de Q será infinito y el ángulo de fase será 90o.

El ángulo entre EAB y EAD será igual a θ/2 (la mitad del ángulo de fase de la impedancia desconocida). Esto es porque EAD = EDC.

Sabemos que la tensión entre A y B (EAB) será igual a la mitad de la tensión entre A y C (EAC, que es la tensión de entrada). La lectura del voltímetro, EDB, se puede obtener en términos de θ/2. Por lo tanto, θ (ángulo de fase) se puede determinar. El diagrama vectorial se muestra a continuación.

Para obtener la primera aproximación de la magnitud y el ángulo de fase de la impedancia, se prefiere este método. Para lograr mayor precisión en la medición, se prefiere el medidor de impedancia vectorial comercial.

Medidor de impedancia vectorial comercial

Un medidor de impedancia vectorial comercial mide la impedancia directamente en forma polar, utilizando un control para encontrar tanto el ángulo de fase como la magnitud.

Este método se puede utilizar para determinar cualquier combinación de resistencia (R), capacitancia (C) e inductancia (L). Además, puede medir impedancias complejas en lugar de elementos puros (C, L o R).

La principal desventaja en circuitos puente convencionales, como demasiados ajustes consecutivos, se elimina aquí. El rango de mediciones de impedancia es de 0.5 a 100,000Ω en el rango de frecuencia de 30 Hz a 40 kHz cuando se usa un oscilador externo para dar la alimentación.

Internamente, el medidor genera frecuencias de 1 kHz, 400 Hz o 60 Hz, y externamente hasta 20 kHz. Mide la impedancia con una precisión de ±1% para la magnitud y ±2% para el ángulo de fase.

El circuito para la medición de la magnitud de la impedancia se muestra a continuación.

Aquí, para la medición de la magnitud, RX es la resistencia variable y se puede alterar con el dial de impedancia calibrado.

Las caídas de tensión de la resistencia variable y la impedancia desconocida (ZX) se igualan ajustando este dial. Cada caída de tensión se amplifica utilizando dos módulos de amplificadores equilibrados.

Esto se proporciona luego a la sección del rectificador dual conectado. En este, la suma aritmética de las salidas del rectificador se obtiene como cero y esto se muestra como la lectura nula en el indicador. Así, la impedancia desconocida se puede obtener directamente del dial de la resistencia variable.

A continuación, veremos cómo se obtiene el ángulo de fase en este medidor. Primero, el interruptor se establece en la posición de calibración y se calibra la tensión inyectada. Esto se hace ajustándolo para obtener la desviación completa en el VTVM o indicador.

Después, el interruptor de función se mantiene en la posición de fase. En esta condición, el interruptor de función hará que la salida del amplificador equilibrado sea paralela antes de ir a la rectificación.

Ahora, la suma total de las tensiones AC que provienen de los amplificadores es definitivamente una función de la diferencia vectorial entre las tensiones AC en los amplificadores.

La tensión rectificada como resultado de esta diferencia vectorial se indica en el indicador o DC VTVM. Esto es en realidad la medida del ángulo de fase entre la caída de tensión a través de la impedancia desconocida y la resistencia variable.

Estas caídas de tensión serán iguales en magnitud pero diferentes en fase. Por lo tanto, el ángulo de fase se obtiene por lectura directa de este instrumento. El factor de calidad y el factor de disipación también se pueden calcular a partir de este ángulo de fase si es necesario.

El diagrama de circuito para la medición del ángulo de fase (θ) se muestra a continuación.

Aplicaciones y beneficios

Se utiliza para medir impedancias complejas y simplifica el proceso eliminando la necesidad de múltiples ajustes.