Vektorski impedancijski mjerni uređaj

Impedancija, koja ima i magnitudu i fazu, stvarno predstavlja protivnika toku struje u AC krugovima uz prisutnost primjenjene napona.

Vektorski impedansmetar koristi se za mjerenje amplituda i faze impedancije (Z).

Uobičajeno, u drugim tehnikama mjerenja impedancije, pojedinačne vrijednosti otpora i reaktance dobivaju se u pravokutnom obliku. To znači

Ali ovdje, impedancija može se dobiti u polarnom obliku. To znači |Z| i fazni kut (θ) impedancije mogu se prikazati ovim uređajem. Shema je prikazana ispod.

Dva otpora s jednakim vrijednostima otpornosti su uključeni ovdje. Naponska padnja na RAB je EAB, a na RBC je EBC. Objedve vrijednosti su iste i jednake su polovini ulaznog napona (EAC).

Varijabilni standardni otpor (RST) spojen je u niz s impedancijom (ZX) čija se vrijednost treba odrediti.

Metoda jednake defleksije koristi se za određivanje magnituda nepoznate impedancije.

To se postiže postizanjem jednakih naponskih padova na varijabilnom otporu i impedanciji (EAD = ECD) i procjenom kalibriranog standardnog otpora (ovdje je to RST) koji je također potreban za postizanje ove uvjete.

Fazni kut impedancije (θ) može se dobiti iz čitanja napona na BD. Ovdje je to EBD.

Defleksija brojila varira u skladu s Q faktorom (faktor kvalitete) povezanog nepoznatog otpora.

Brojilo vakuumskog voltmetra (VTVM) obično čita AC napon koji varira od 0V do maksimalne vrijednosti. Kada je čitanje napona nula, vrijednost Q bit će nula, a fazni kut će biti 0o.

Kada čitanje napona postane maksimalna vrijednost, vrijednost Q bit će beskonačna, a fazni kut će biti 90o.

Kut između EAB i EAD bit će jednak θ/2 (polovica faznog kuta nepoznate impedancije). To je zato što je EAD = EDC.

Znamo da će naponska padnja između A i B (EAB) biti jednaka polovini naponske padnje između A i C (EAC koji je ulazni napon). Čitanje voltmetra, EDB može se time dobiti u smislu θ/2. Stoga se θ (fazni kut) može odrediti. Vektorski dijagram prikazan je ispod.

Za dobivanje prvog približnog rezultata magnituda i faznog kuta impedancije, ovaj metod se preferira. Za postizanje veće preciznosti u mjerenju preferirani je komercijalni vektorski impedansmetar.

Komercijalni vektorski impedansmetar

Impedanciju se može direktno mjeriti koristeći komercijalni vektorski impedansmetar u polarnom obliku. Samo jedan kontrolni element balansiranja koristi se u ovom uređaju za dobivanje faze i magnituda impedancije.

Ovaj metod može se koristiti za određivanje bilo kakve kombinacije otpora (R), kapacitansa (C) i induktiviteta (L). Uz to, može mjeriti složene impedancije umjesto čistih elemenata (C, L ili R).

Glavna nedostatak u konvencionalnim mostastim šemama poput previše uzastopnih prilagodbi eliminiran je ovdje. Opseg mjerenja impedancije je 0.5 do 100,000Ω nad opsegom frekvencija 30 Hz do 40 kHz kada se koristi vanjski oscilator za osiguranje struje.

Generirane frekvencije unutarnje su 1 kHz ili 400 Hz ili 60 Hz, a vanjski do 20 kHz. Preciznost u čitanjima magnituda impedancije je ± 1%, a za fazni kut ± 2%.

Shema za mjerenje magnituda impedancije prikazana je ispod.

Ovdje, za mjerenje magnituda, RX je varijabilni otpor i može se promijeniti s kalibriranim diskom impedancije.

Naponske padove i varijabilnog otpora i nepoznate impedancije (ZX) čine jednake prilagođavanjem ovog diska. Svaki naponski pad pojačava se koristeći dva modula balansiranih pojačivača.

To se zatim prenosi na odjeljak povezanog dualnog detektora. U njemu se aritmetički zbroj izlaza detektora može dobiti kao nula i to se prikazuje kao nul-čitanje u indikacijskom brojilu. Tako se nepoznata impedancija može direktno dobiti s diska varijabilnog otpora.

Sljedeće, vidjet ćemo kako se fazni kut dobiva u ovom brojilu. Prvo, prekidač se postavi u položaj kalibracije i napajanje se kalibrira.

To se radi postavljanjem za dobitak punoskalnog defleksa u VTVM ili indikacijskom brojilu.

Nakon toga, funkcionalni prekidač se drži u faznom položaju. U ovom stanju, funkcionalni prekidač će izlaz balansiranog pojačivača paralelno spojiti prije rektifikacije.

Sada, zbroj totalnih AC naponi koji dolaze od pojačivača definitivno je funkcija vektorske razlike među AC naponima na pojačivačima.

Napon koji se rektificira kao rezultat ove vektorske razlike pokazuje se u indikacijskom brojilu ili DC VTVM. To je zapravo mjerilo faznog kuta između naponske padnje na nepoznatoj impedanciji i varijabilnom otporu.

Ovi naponski padovi biće isti po magnitudi, ali faza će biti drugačija. Stoga se fazni kut dobiva direktnim čitanjem sa ovog instrumenta.

Faktor kvalitete i faktor disipacije također se mogu izračunati iz ovog faznog kuta ako je potrebno.

Shema za mjerenje faznog kuta (θ) prikazana je ispod.