Векторний імпедансметр

Імпеданс, який має як величину, так і фазу, є справжнім опонентом для потоку струму в АС-мережах при наявності застосованого напруги.

Векторний імпедансметр використовується для вимірювання як амплітуди, так і кута фази імпедансу (Z).

Зазвичай, у інших методах вимірювання імпедансу, отримуються окремі значення опору та реактивного опору в прямокутній формі. Тобто

Але тут, імпеданс можна отримати в полярній формі. Тобто |Z| та кут фази (θ) імпедансу можна отримати за допомогою цього приладу. Схема показана нижче.

Два резистори з однаковими значеннями опору використовуються тут. Напруга, що падає на RAB, це 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 необхідно отримати.

Метод рівних відхилень використовується для визначення величини невідомого імпедансу.

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

Кут фази імпедансу (θ) можна отримати, взявши показання напруги між BD. Тут це EBD.

Показання приладу будуть змінюватися відповідно до Q фактору (фактору якості) підключеної невідомої величини імпедансу.

Вакуумний вольтметр (VTVM) зазвичай вимірює AC напругу, яка змінюється від 0V до максимального значення. Коли показання напруги дорівнює нулю, значення Q буде дорівнювати нулю, а кут фази буде 0o.

Коли показання напруги стає максимальною, значення Q буде нескінченним, а кут фази буде 90o.

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

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

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

Комерційний векторний імпедансметр

Імпеданс можна безпосередньо виміряти за допомогою комерційного векторного імпедансметра в полярній формі. Лише один регулятор балансу використовується тут для отримання як кута фази, так і величини імпедансу.

Цей метод можна використовувати для визначення будь-якої комбінації опору (R), емпітності (C) та індуктивності (L). Окрім того, він може вимірювати складні імпеданси, а не чисті елементи (C, L або R).

Основна перевага цього методу полягає в тому, що виключається недолік традиційних містів, коли потрібно здійснювати занадто багато послідовних налаштувань. Діапазон вимірювання імпедансу становить 0,5 до 100 000Ω в діапазоні частот 30 Гц до 40 кГц, коли використовується зовнішній генератор для забезпечення живлення.

Частоти, генеровані внутрішньо, становлять 1 кГц або 400 Гц або 60 Гц, а зовнішні - до 20 кГц. Точність вимірювання величини імпедансу становить ± 1%, а для кута фази - ± 2%.

Схема для вимірювання величини імпедансу показана нижче.

Тут, для вимірювання величини, RX - це змінний резистор, який можна змінити за допомогою калібрувального диска імпедансу.

Напруги, що падають на обидва змінні резистори та невідомий імпеданс (ZX), робляться рівними шляхом налаштування цього диска. Кожна напруга, що падає, підсилюється за допомогою двох модулів балансувальних підсилювачів.

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

Далі, ми побачимо, як отримується кут фази в цьому приладі. Спочатку, перемикач встановлюється в положення калібрування, і вводиться напруга, яка калібрується.

Це здійснюється шляхом встановлення його для отримання повної шкали відхилення в VTVM або вказівному приладі.

Після цього, функціональний перемикач встановлюється в положення фази. У цьому стані, функціональний перемикач паралельно з'єднує виходи балансувальних підсилювачів перед выпрямленням.

Тепер, загальна сума AC напруг, які походять від підсилювачів, є функцією векторної різниці серед AC напруг на підсилювачах.

Напруга, яка выпрямлена в результаті цієї векторної різниці, показується на вказівному приладі або DC VTVM. Це насправді міра кута фази між напругою, що падає на невідомий імпеданс, та змінний резистор.