Vektor-Impedanzmesser
Die Impedanz, die sowohl Betrag als auch Phase besitzt, ist tatsächlich ein Hindernis für den Stromfluss in Wechselstromkreisen bei Anwesenheit einer angewandten Spannung.
Der Vektor-Impedanzmesser wird verwendet, um sowohl den Amplitude- als auch den Phasenwinkel der Impedanz (Z) zu messen.
Normalerweise werden bei anderen Messverfahren der Impedanz die individuellen Werte von Widerstand und Blindwiderstand in rechteckiger Form ermittelt. Das heißt
Hier jedoch kann die Impedanz in Polarform ermittelt werden. Das heißt, |Z| und der Phasenwinkel (θ) der Impedanz können mit diesem Messgerät erfasst werden. Der Schaltkreis ist unten dargestellt.
Zwei Widerstände mit gleichen Widerstands-Werten sind hier integriert. Die Spannungsabfälle über RAB ist EAB und jener über RBC ist EBC. Beide Werte sind gleich und entsprechen der Hälfte des Eingangsspannungswerts (EAC).
Ein variabler Standardwiderstand (RST) ist in Serie mit der Impedanz (ZX) verbunden, deren Wert bestimmt werden soll.
Das Verfahren der gleichen Abweichung wird zur Bestimmung des Betrags der unbekannten Impedanz verwendet.
Dies geschieht durch die Erzielung gleicher Spannungsabfälle über dem variablen Widerstand und der Impedanz (EAD = ECD) und die Bewertung des kalibrierten Standardwiderstands (hier RST), was ebenfalls notwendig ist, um diese Bedingung zu erreichen.
Der Phasenwinkel der Impedanz (θ) kann durch die Aufnahme des Spannungs-Wertes über BD ermittelt werden. Hier ist es EBD.
Die Messgeräte-Abweichung variiert gemäß dem Q-Faktor (Qualitätsfaktor) der angeschlossenen unbekannten Impedanz.
Das Röhrenvoltmeter (VTVM) liest normalerweise eine Wechselspannung, die von 0V bis zum maximalen Wert variiert. Wenn die Spannungsmessung null ist, beträgt der Wert von Q null und der Phasenwinkel 0o.
Wenn die Spannungsmessung den maximalen Wert erreicht, beträgt der Wert von Q unendlich und der Phasenwinkel 90o.
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 somit in Bezug auf θ/2 erhalten werden. Daher kann θ (Phasenwinkel) bestimmt werden. Das Vektordiagramm ist unten dargestellt.
Für die erste Näherung des Betrags und des Phasenwinkels der Impedanz wird dieses Verfahren bevorzugt. Für eine genauere Messung wird der kommerzielle Vektor-Impedanzmesser bevorzugt.
Kommerzieller Vektor-Impedanzmesser
Die Impedanz kann direkt mit einem kommerziellen Vektor-Impedanzmesser in Polarform gemessen werden. Nur eine einzige Ausgleichssteuerung wird hier verwendet, um sowohl den Phasenwinkel als auch den Betrag der Impedanz zu erhalten.
Mit dieser Methode kann jede Kombination von Widerstand (R), Kapazität (C) und Induktivität (L) bestimmt werden. Darüber hinaus kann sie komplexe Impedanzen messen, nicht nur reine Elemente (C, L oder R).
Der Hauptnachteil konventioneller Brückenschaltungen, wie z.B. zu viele aufeinanderfolgende Einstellungen, wird hier beseitigt. Der Messbereich der Impedanz beträgt 0,5 bis 100.000Ω im Frequenzbereich von 30 Hz bis 40 kHz, wenn ein externer Oszillator zur Versorgung verwendet wird.
Die intern erzeugten Frequenzen betragen 1 kHz, 400 Hz oder 60 Hz und extern bis 20 kHz. Die Genauigkeit der Betragsmessung der Impedanz beträgt ± 1%, und für den Phasenwinkel ± 2%.
Der Schaltkreis zur Messung des Betrags der Impedanz ist unten dargestellt.
Hierbei ist RX der variable Widerstand und kann mit dem Kalibrierimpedanz-Drehknopf verändert werden.
Die Spannungsabfälle sowohl des variablen Widerstands als auch der unbekannten Impedanz (ZX) werden durch die Einstellung dieses Drehknopfs gleich gemacht. Jeder Spannungsabfall wird durch zwei Module von ausbalancierten Verstärkern verstärkt.
Dies wird dann dem Bereich des verbundenen Doppelgleichrichters gegeben. In diesem wird die arithmetische Summe der Ausgänge des Gleichrichters als Null erhalten, was als Nullanzeige im Anzeigegerät 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 es so eingestellt wird, dass eine volle Skalenabweichung im VTVM oder Anzeigegerät erreicht wird.
Anschließend wird der Funktionsschalter in die Phasenposition gestellt. In diesem Zustand macht der Funktionsschalter die Ausgänge des ausgeglichenen Verstärkers parallel, bevor sie zur Rektifizierung gelangen.
Nun ist die Summe der Wechselspannungen, die von den Verstärkern stammen, definitiv eine Funktion der Vektordifferenz zwischen den Wechselspannungen an den Verstärkern.
Die rektifizierte Spannung, die sich aus dieser Vektordifferenz ergibt, wird im Anzeigegerät oder DC-VTVM angezeigt. Dies ist tatsächlich das Maß für den Phasenwinkel zwischen dem Spannungsabfall über der unbekannten Impedanz und dem variablen Widerstand.
Diese Spannungsabfälle sind in der Größe gleich, aber die Phase ist unterschiedlich. Daher kann der Phasenwinkel direkt von diesem Gerät abgelesen werden.
Der Qualitätsfaktor und der Dissipationsfaktor können bei Bedarf auch aus diesem Phasenwinkel berechnet werden.
Das Schaltbild zur Messung des Phasenwinkels (θ) ist unten dargestellt.
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