Що таке векторний імпедансметр?

Що таке векторний імпедансметр?

Визначення векторного імпедансметра

Векторний імпедансметр - це пристрій, який вимірює амплітуду та фазовий кут імпедансу в колах змінного струму.

Вимірювання амплітуди та фазового кута

Він визначає імпеданс у полярній формі, оцінюючи напруги, що падають на резисторах та невідомих імпедансах.

Метод рівних відхилень

Цей метод забезпечує рівні напруги, що падають, на змінному резисторі та невідомому імпедансі, щоб знайти значення імпедансу.

Тут використовуються два резистори з однаковими значеннями опору. Напруга, що падає на RAB, - EAB, а на RBC - EBC. Обидва значення однакові і дорівнюють половині значення вхідної напруги (EAC).

Змінний стандартний резистор (RST) підключений послідовно з імпедансом (ZX), значення якого потрібно отримати. Метод рівних відхилень використовується для визначення величини невідомого імпедансу.

Це досягається шляхом досягнення рівних напруг, що падають, на змінному резисторі та імпедансі (EAD = ECD) та оцінки каліброваного стандартного резистора (тут це RST), який також необхідний для досягнення цієї умови.

Фазовий кут імпедансу (θ) можна отримати, взявши показання напруги між BD. Тут це EBD. Відхилення стрілки відбудеться відповідно до Q-фактору (фактору якості) підключеного невідомого імпедансу.

Вакуумний ламповий вольтметр (VTVM) читає AC-напругу від 0V до максимальної величини. Коли показання напруги дорівнює нулю, значення Q дорівнює нулю, а фазовий кут - 0 градусів. Коли показання напруги становить максимальне значення, значення Q буде нескінченним, а фазовий кут - 90°.

Кут між EAB та EAD буде дорівнювати θ/2 (половині фазового кута невідомого імпедансу). Це тому, що EAD = EDC.

Ми знаємо, що напруга між A та B (EAB) буде дорівнювати половині напруги між A та C (EAC, яка є вхідною напругою). Показання вольтметра, EDB, можна отримати в термінах θ/2. Отже, θ (фазовий кут) можна визначити. Векторна діаграма показана нижче.

Для отримання першої апроксимації величини та фазового кута імпедансу цей метод є бажаним. Для досягнення більшої точності вимірювання використовується комерційний векторний імпедансметр.

Комерційний векторний імпедансметр

Комерційний векторний імпедансметр безпосередньо вимірює імпеданс у полярній формі, використовуючи один контролер для знаходження як фазового кута, так і величини.

Цей метод може бути використаний для визначення будь-якої комбінації опору (R), ємності (C) та індуктивності (L). Крім того, він може вимірювати складні імпеданси, а не чисті елементи (C, L або R).

Основний недолік традиційних містових схем, таких як занадто багато послідовних налаштувань, тут усувається. Діапазон вимірювань імпедансу становить 0,5 до 100 000 Ом в діапазоні частот від 30 Гц до 40 кГц, коли використовується зовнішній осцилятор для надання живлення.

Внутрішньо, прилад генерує частоти 1 кГц, 400 Гц або 60 Гц, а зовнішньо - до 20 кГц. Він вимірює імпеданс з точністю ±1% для величини та ±2% для фазового кута.

Схема для вимірювання величини імпедансу показана нижче.

Тут, для вимірювання величини, RX - це змінний резистор, який можна змінити за допомогою каліброваного імпедансного диску.

Напруги, що падають, як на змінному резисторі, так і на невідомому імпедансі (ZX), робляться рівними шляхом налаштування цього диска. Кожна напруга, що падає, змінюється за допомогою двох модулів збалансованих підсилювачів.

Це потім подається до секції з'єднаного подвійного прямопропорційного пристрою. У цьому, арифметична сума виходів прямопропорційного пристрою може бути отримана як нуль, і це показується як нульове показання на вказівному приладі. Таким чином, невідомий імпеданс можна безпосередньо отримати з диска змінного резистора.

Далі, ми побачимо, як отримується фазовий кут в цьому приладі. Спочатку, перемикач встановлюється у положенні калібрування, і вводиться калібрована напруга. Це робиться, встановлюючи його для отримання повного масштабного відхилення в VTVM або вказівному приладі.

Після цього, функціональний перемикач залишається у положенні фази. У цьому стані, функціональний перемикач зробить вихід збалансованого підсилювача паралельним перед прямопропорційним пристроєм.

Тепер, загальна сума AC-напруг, яка походить від підсилювачів, безперечно є функцією векторної різниці серед AC-напруг на підсилювачах.

Напруга, яка прямопропорційна в результаті цієї векторної різниці, показується на вказівному приладі або DC VTVM. Це насправді міра фазового кута між напругами, що падають, на невідомому імпедансі та змінному резисторі.

Ці напруги, що падають, будуть однакові за величиною, але фаза буде різною. Тому, фазовий кут отримується безпосередньо з цього приладу. Фактор якості та фактор дисипації також можна обчислити з цього фазового кута, якщо потрібно.

Схема для вимірювання фазового кута (θ) показана нижче.

Застосування та переваги

Використовується для вимірювання складних імпедансів та спрощує процес, усунувши потребу у багатьох налаштуваннях.