Voltmetre d'Impedància Vectorial
L'impedància, que té tant magnitud com fase, és realment un oponent al flux de corrent en circuits AC amb la presència d'una tensió aplicada.
El Voltmetre d'Impedància Vectorial es fa servir per mesurar tant l'amplitud com l'angle de fase de l'impedància (Z).
Normalment, en altres tècniques de mesura de l'impedància, els valors individuals de resistència i reactància s'obtenen en forma rectangular. Això és
Però aquí, l'impedància es pot obtenir en forma polar. Això és |Z| i l'angle de fase (θ) de l'impedància es poden adquirir amb aquest voltmetre. El circuit es mostra a continuació.
Dos resistors amb iguals valors de resistència s'incorporen aquí. La caiguda de tensió a través de RAB és EAB i la de RBC és EBC. Ambdós valors són iguals i són iguals a la meitat del valor de la tensió d'entrada (EAC).
Una resistència estàndard variable (RST) es connecta en sèrie amb l'impedància (ZX) del qual es vol obtenir el valor.
El mètode de desviació igual es fa servir per a la determinació de la magnitud de l'impedància desconeguda.
Això es fa assolint les mateixes caigudes de tensió a través del resistor variable i l'impedància (EAD = ECD) i avaluant el resistor estàndard calibrat (aquí és RST) que també és necessari per a assolir aquesta condició.
L'angle de fase de l'impedància (θ) es pot adquirir prenent la lectura de tensió a través de BD. Aquí és EBD.
La desviació del voltmetre variarà en funció del factor Q (factor de qualitat) de l'impedància desconeguda connectada.
El Voltmetre de Tub de Vacum (VTVM) normalment llegeix tensions AC que varien de 0V al valor màxim. Quan la lectura de tensió és zero, el valor de Q serà zero i l'angle de fase serà 0o.
Quan la lectura de tensió es converteix en el valor màxim, el valor de Q serà infinit i l'angle de fase serà 90o.
L'angle entre EAB i EAD serà igual a θ/2 (la meitat de l'angle de fase de l'impedància desconeguda). Això és perquè EAD = EDC.
Sabem que la tensió entre A i B (EAB) serà igual a la meitat de la tensió entre A i C (EAC que és la tensió d'entrada). La lectura del voltmetre, EDB es pot així obtenir en termes de θ/2. Per tant, θ (l'angle de fase) es pot determinar. El diagrama vectorial es mostra a continuació.
Per obtenir la primera aproximació de la magnitud i l'angle de fase de l'impedància, es prefereix aquest mètode. Per aconseguir una major precisió en la mesura, es prefereix el voltmetre d'impedància vectorial comercial.
Voltmetre d'Impedància Vectorial Comercial
L'impedància es pot mesurar directament utilitzant un voltmetre d'impedància vectorial comercial en forma polar. Només es fa servir un sol control d'equilibri en aquest per obtenir tant l'angle de fase com la magnitud de l'impedància.
Aquest mètode es pot utilitzar per determinar qualsevol combinació de resistència (R), capacitància (C), i inductància (L). A més a més, pot mesurar impedàncies complexes en comptes d'elements purs (C, L, o R).
El principal inconvenient en circuits de pont convencionals, com ara molts ajustos consecutius, es suprimeix aquí. El rang de mesures de l'impedància és de 0,5 a 100.000Ω en un rang de freqüència de 30 Hz a 40 kHz quan s'utilitza un oscil·lador extern per proporcionar l'alimentació.
Les freqüències generades internament són 1 kHz o 400 Hz o 60 Hz i externament fins a 20 kHz. La precisió en les lectures de la magnitud de l'impedància és ± 1% i per a l'angle de fase serà ± 2%.
El circuit per a la mesura de la magnitud de l'impedància es mostra a continuació.
Aquí, per a la mesura de la magnitud, RX és el resistor variable i es pot alterar amb el disc de l'impedància calibrada.
Les caigudes de tensió tant del resistor variable com de l'impedància desconeguda (ZX) es fan iguals ajustant aquest disc. Cada caiguda de tensió es fa amplificar utilitzant dos mòduls d'amplificadors equilibrats.
Això es dona llavors a la secció del rectificador doble connectat. En aquest, la suma aritmètica de les sortides dels rectificadors es pot obtenir com zero i això es mostra com la lectura nul·la en el voltmetre indicador. Així, l'impedància desconeguda es pot obtenir directament del disc del resistor variable.
Després, veurem com es obté l'angle de fase en aquest voltmetre. Primer, el commutador s'estableix en la posició de calibratge i la tensió injectada es calibra.
Això es fa establint-lo per obtenir la deflexió total d'escala en el VTVM o el voltmetre indicador.
Després, el commutador de funció es manté en la posició de fase. En aquesta condició, el commutador de funció farà que la sortida de l'amplificador equilibrat aniri paral·lela abans de passar a la rectificació.
Ara, la suma total de les tensions AC que prové de l'amplificador és definitivament una funció de la diferència vectorial entre les tensions AC als amplificadors.
La tensió que es rectifica com a resultat d'aquesta diferència vectorial es indica en el voltmetre indicador o DC VTVM. Això és realment la mesura de l'angle de fase entre la caiguda de tensió a través de l'impedància desconeguda i el resistor variable.
Aquestes caigudes de tensió seran iguals en magnitud però la fase és diferent. Per tant, l'angle de fase es obté per lectura directa d'aquest instrument.
El factor de qualitat i el factor de dissipació també es poden calcular a partir d'aquest angle de fase si és necessari.
El diagrama de circuit per a la mesura de l'angle de fase (θ) es mostra a continuació.
