Šta je vektorski impedansomer?

Šta je vektorski impedansmetar?

Definicija vektorskog impedansmetra

Vektorski impedansmetar se definiše kao uređaj koji meri amplitudu i fazni ugao impedansa u AC krugovima.

Merenje amplitude i faznog ugla

On određuje impedans u polarnom obliku procenjujući pad napona preko otpornika i nepoznatih impedansa.

Metod jednake devijacije

Ovaj metod osigurava jednake padove napona preko promenljivog otpornika i nepoznatog impedansa kako bi se pronašla vrednost impedansa.

Ovdje su uključena dva otpornika sa jednakim vrednostima otpora. Pad napona preko RAB je EAB, a preko RBC je EBC. Obe vrednosti su iste i jednake su polovini vrednosti ulaznog napona (EAC).

Promenljivi standardni otpor (RST) je spojen serijalno sa impedansom (ZX) čija vrednost treba da se dobije. Metod jednake devijacije se koristi za određivanje veličine nepoznatog impedansa.

To se postiže dostizanjem jednakih padova napona preko promenljivog otpornika i impedansa (EAD = ECD) i evaluacijom kalibriranog standardnog otpornika (ovde je to RST) što je takođe neophodno za postizanje ovog stanja.

Fazni ugao impedansa (θ) može se dobiti uzimajući čitanje napona preko BD. Ovdje je to EBD. Devijacija brojila će se menjati u skladu sa Q faktorom (faktor kvaliteta) povezanog nepoznatog impedansa.

Vakuumski cevični voltmetar (VTVM) čita AC napon od 0V do njegove maksimalne vrednosti. Kada je čitanje napona nula, vrednost Q je nula, a fazni ugao je 0 stepeni. Kada čitanje napona postane maksimalna vrednost, vrednost Q će biti beskonačna, a fazni ugao će biti 90o.

Ugao između EAB i EAD će biti jednak θ/2 (polovina faznog ugla nepoznatog impedansa). To je zato što je EAD = EDC.

Znamo da će napon između A i B (EAB) biti jednak polovini napona između A i C (EAC koji je ulazni napon). Čitanje voltmetra, EDB, može se dakle dobiti u terminima θ/2. Stoga se može odrediti θ (fazni ugao). Vektorski dijagram prikazan je ispod.

Za dobijanje prvobitne aproksimacije veličine i faznog ugla impedansa, ovaj metod se preferira. Za postizanje veće tačnosti u merenju preferira se komercijalni vektorski impedansmetar.

Komercijalni vektorski impedansmetar

Komercijalni vektorski impedansmetar direktno meri impedans u polarnom obliku, koristeći jednu kontrolu za pronalaženje i faznog ugla i veličine.

Ovaj metod se može koristiti za određivanje bilo koje kombinacije otpora (R), kapacitance (C) i induktivnosti (L). Pored toga, može meriti kompleksne impedanse umesto čistih elemenata (C, L ili R).

Glavna nedostatak konvencionalnih mostastih krugova, kao što je potreba za previše uzastopnih prilagođavanja, ovdje je eliminisan. Opseg merenja impedansa je 0,5 do 100.000Ω u opsegu frekvencija od 30 Hz do 40 kHz kada se koristi vanjski oscilator za snabdevanje.

Unutrašnje, metar generiše frekvencije od 1 kHz, 400 Hz ili 60 Hz, a vanjskih do 20 kHz. Meri impedans sa tačnošću od ±1% za veličinu i ±2% za fazni ugao.

Krug za merenje veličine impedansa prikazan je ispod.

Ovdje, za merenje veličine, RX je promenljivi otpor i može se promeniti sa kalibriranim impendanskim stupcem.

Padovi napona i promenljivog otpornika i nepoznatog impedansa (ZX) postaju jednaki prilagođavanjem ovog stupca. Svaki pad napona se amplifikuje korišćenjem dva modula balansiranih pojačavača.

To se onda šalje na sekciju povezanog dualnog rektifikatora. U ovom, aritmetička suma izlaza rektifikatora može se dobiti kao nula i to se prikazuje kao nulto čitanje na pokazivačnom metru. Tako se nepoznati impedans može direktno dobiti sa stupca promenljivog otpornika.

Sledeće, vidimo kako se fazni ugao dobija u ovom metru. Prvo, prekidač se postavlja u poziciju kalibracije i unesen je kalibrirani napon. To se radi tako što se postavlja za dobijanje punoskalne devijacije na VTVM ili pokazivačnom metru.

Nakon toga, funkcionijski prekidač se drži u faznoj poziciji. U ovom stanju, funkcionijski prekidač će izlaz balansiranog pojačavača paralelno pre nego što ode na rektifikaciju.

Sada, ukupan zbir AC napona koji dolaze iz pojačavača definitivno je funkcija vektorske razlike između AC napona na pojačavačima.

Napon koji je rektifikovan kao rezultat ove vektorske razlike se pokazuje na pokazivačnom metru ili DC VTVM. To je zapravo mera faznog ugla između pada napona preko nepoznatog impedansa i promenljivog otpornika.

Ovi padovi napona će biti isti po veličini, ali različiti po fazi. Stoga se fazni ugao dobija direktnim čitanjem sa ovog instrumenta. Faktor kvaliteta i faktor disipacije takođe se mogu izračunati iz ovog faznog ugla ako je potrebno.

Shema kruga za merenje faznog ugla (θ) prikazana je ispod.

Primene i prednosti

Koristi se za merenje kompleksnih impedansa i pojednostavljuje proces eliminacijom potrebe za više prilagođavanja.