Impedans och impedansmätning

Relevanta dokument
Impedans! och! impedansmätning! Temperatur! Komponentegenskaper! Töjning! Resistivitetsmätning i jordlager!.!.!.!.!

Impedans och impedansmätning

SENSORER OCH MÄTTEKNIK

T1-modulen Lektionerna Radioamatörkurs OH6AG Bearbetning och översättning: Thomas Anderssén, OH6NT Heikki Lahtivirta, OH2LH

IDE-sektionen. Laboration 5 Växelströmsmätningar

Växelström och reaktans

AC-kretsar. Växelströmsteori. Lund University / Faculty / Department / Unit / Document / Date

1 Grundläggande Ellära

Instruktioner för laboration 2, Elektromagnetism och elektriska nät 1TE025 Elektriska system 1TE014

3.4 RLC kretsen Impedans, Z

Sensorer och Mätteknik 2014

LabVIEW - Experimental Fysik B

Spolen och Kondensatorn motverkar förändringar

Växelström i frekvensdomän [5.2]

ELLÄRA Laboration 4. Växelströmslära. Seriekrets med resistor, spole och kondensator

LABORATION 3. Växelström

Vi börjar med en vanlig ledare av koppar.

Laborationsrapport. Kurs Elinstallation, begränsad behörighet. Lab nr 2. Laborationens namn Växelströmskretsar. Kommentarer. Utförd den.

Elektriska och elektroniska fordonskomponenter. Föreläsning 4 & 5

Växelström i frekvensdomän [5.2]

Sensorer, effektorer och fysik. Grundläggande fysikaliska begrepp som är viktiga inom mättekniken

Växelström K O M P E N D I U M 2 ELEKTRO

Sensorer, effektorer och fysik. Mätning av töjning, kraft, tryck, förflyttning, hastighet, vinkelhastighet, acceleration

Svar och Lösningar. 1 Grundläggande Ellära. 1.1 Elektriska begrepp. 1.2 Kretslagar Svar: e) Slinga. f) Maska

Tentamen IF1330 Ellära fredagen den 3 juni

Mätteknik för E & D Impedansmätning Laborationshandledning Institutionen för biomedicinsk teknik LTH

Tentamen Elektronik för F (ETE022)

Tentamen i IE1206 Inbyggd elektronik torsdagen den 4 juni

4. Elektromagnetisk svängningskrets

Tentamen på del 1 i kursen Elinstallation, begränsad behörighet ET

Sensorer och elektronik. Grundläggande ellära

isolerande skikt positiv laddning Q=CV negativ laddning -Q V V

Tentamen i Elektronik, ESS010, del1 4,5hp den 19 oktober 2007 klockan 8:00 13:00 För de som är inskrivna hösten 2007, E07

Elektroteknikens grunder Laboration 1

1. Skriv Ohm s lag. 2. Beräkna strömmen I samt sätt ut strömriktningen. 3. Beräkna resistansen R. 4. Beräkna spänningen U över batteriet..

IF1330 Ellära KK1 LAB1 KK2 LAB2 KK4 LAB4. tentamen

Avkoppla rätt en kvantitativ undersökning av parasitinduktans hos olika layoutalternativ

MÄTNING AV KRAFT, TRYCK OCH VRIDMOMENT

Elektricitetslära och magnetism - 1FY808. Lab 3 och Lab 4

Tentamen i Elektronik för E, 8 januari 2010

Tentamen på elläradelen i kursen Elinstallation, begränsad behörighet ET

Tentamen på del 1 i kursen Elinstallation, begränsad behörighet ET

Spolen och Kondensatorn motverkar förändringar

Lösningar till övningsuppgifter i

IE1206 Inbyggd Elektronik

Ellära och Elektronik Moment Filter och OP Föreläsning 8

IE1206 Inbyggd Elektronik

Sammanfattning av likströmsläran

Ordinarie tentamen i IF1330 Ellära måndagen den 20 maj

Sammanfattning. ETIA01 Elektronik för D

Denna PCB-layout har optimerat länden på ledarna för att undvika skillnader i fördröjning.

Laboration - Va xelstro mskretsar

Växelström ~ Växelström. Belastad växelströmskrets. Belastad växelströmskrets. Belastad växelströmskrets. Belastad växelströmskrets

Laboration 2 Instrumentförstärkare och töjningsgivare

Växelspänning och effekt. S=P+jQ. Industriell Elektroteknik och Automation

Ellära och Elektronik Moment AC-nät Föreläsning 4

Tentamen i El- och vågrörelselära,

Tentamen IF1330 Ellära fredagen den 3 juni

Konduktivitetsmätning

Kap 3 - Tidskontinuerliga LTI-system. Användning av Laplacetransformen för att beskriva LTI-system: Samband poler - respons i tidsplanet

10. Kretsar med långsamt varierande ström

Fö 2 - TMEI01 Elkraftteknik Trefas effektberäkningar

ETEF15 Krets- och mätteknik, fk Fältteori och EMC föreläsning 3

Du behöver inte räkna ut några siffervärden, svara med storheter som V 0 etc.

Kapitel: 31 Växelström Beskrivning av växelström och växelspänning Phasor-diagram metoden Likriktning av växelström

Elektronik grundkurs Laboration 1 Mätteknik

Laborationsrapport Elektroteknik grundkurs ET1002 Mätteknik

Extra kursmaterial om. Elektriska Kretsar. Lasse Alfredsson. Linköpings universitet November 2015

Omtentamen i IE1206 Inbyggd elektronik fredagen den 8 januari

Tentamen i Elektronik för F, 2 juni 2005

1( ), 2( ), 3( ), 4( ), 5( ), 6( ), 7( ), 8( ), 9( )

Lektion 2: Automation. 5MT042: Automation - Lektion 2 p. 1

Växelspänning och effekt. S=P+jQ. Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

Laboration i Radioteknik Design av RFID-antenn

IF1330 Ellära KK1 LAB1 KK2 LAB2. tentamen

Växelspänning och effekt. S=P+jQ. Ingmar Leisse Industriell Elektroteknik och Automation

Komplexa tal. j 2 = 1

Tentamen i : Vågor,plasmor och antenner. Totala antalet uppgifter: 6 Datum: Examinator/Tfn: Hans Åkerstedt/ Skrivtid:

EDI615 Tekniska gränssnitt Fältteori och EMC föreläsning 4

Växelström. Emma Björk

Sven-Bertil Kronkvist. Elteknik. Komplexa metoden j -metoden. Revma utbildning

Tentamen i El- och vågrörelselära,

Spolens reaktans och resonanskretsar

KOMPONENTKÄNNEDOM. Laboration E165 ELEKTRO. UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik Anton Holmlund Personalia:

ETE115 Ellära och elektronik, tentamen januari 2008

Omtentamen i IF1330 Ellära tisdagen den 19 augusti

ETEF15 Krets- och mätteknik, fk Fältteori och EMC föreläsning 3

10. Kretsar med långsamt varierande ström

Fö 3 - TSFS11 Energitekniska system Trefassystemet

10. Kretsar med långsamt varierande ström

10. Kretsar med långsamt varierande ström

Lab 4. Några slides att repetera inför Lab 4. William Sandqvist

Genom att kombinera ekvationer (1) och (3) fås ett samband mellan strömmens och spänningens amplitud (eller effektivvärden) C, (4)

Introduktion till modifierad nodanalys

Kurskod: 6B2267 (Ten1 2p) Examinator: William Sandqvist Tel

IF1330 Ellära KK1 LAB1 KK2 LAB2. tentamen

FK Elektromagnetism, Fysikum, Stockholms universitet Tentamensskrivning (1:a omtentan), tisdag 17 juni 2014, kl 9:00-14:00

Elektroakustik Något lite om analogier

Induktiv beröringsfri närvarogivare/detektor med oscillator, (Proximity switch)

Hambley avsnitt

Transkript:

2016-09- 14 Impedans och impedansmätning Impedans Många givare baseras på förändring av impedans Temperatur Komponentegenskaper Töjning Resistivitetsmätning i jordlager.... 1

Impedans Z = R + jx R = Resistans = Re(Z), X = Reaktans = Im(Z) Belopp Fasvinkel Impedans Spole + resistor OBS! De reaktiva delarna är frekvensberoende: X L = jωl Kondensator + resistor X C = 1/jωC 2

Impedans Fasvinkel Resonanskrets LCR serie/parallell-resonans Serieresonans Parallellresonans Z s min vid resonans Z p max vid resonans Resonansfrekvens f 0 = 1 2" LC 3

Resonanskrets Kvarts-kristall Både serie- och parallellresonans Zx fs = 1 2! LC 1 R fp = 1 2! L C 1C 2 C 1 + C 2 Resonanskrets Kvarts-kristall Elektriska ekvivalenter till de mekaniska egenskaperna tröghet, mekanisk spänning, friktion Zx C 2 bildas av de ledande plattorna på var sida om kristallen fs = 1 2! LC 1 R fp = 1 2! L C 1 C 2 C 1 + C 2 4

Resonans avklingning Resistans R = U I, Ohms lag R = " # l A ρ: resistivitet l: längd A: tvärsnittsarea 5

Resistans Färgkodning av resistorer Resistans Karakteriseras och mäts med: Multimeter Konstant ström Brygga Sensorsystem Brygga 6

Multimetern Multimeter - resistansmätning Tvåtrådsmätning Fyrtrådsmätning 14 7

Ex. Trådtöjningsgivare 15 Wheatstonebrygga Resistansbestämning U B Balansering av bryggan: U A = U B (-> U = 0) ger balansvillkoret: R 1 /R 2 = R 3 /R x eller R x = R 3 R 2 /R 1 OBS! Oberoende av U B! 16 8

Historik 17 Wheatstonebrygga Utslagsmetod Mätning av förändring i R x genom mätning av obalanspänning U B Ex. Töjningsgivare Bryggan balanseras vid t ex opåverkad töjningsgivare, 0-läget: R 1 = R 2 = R 3 = R x0 Då töjningsgivaren påverkas blir U blir ett mått på avvikelsen från 0-läget. Genom att ha samma temperaturberoende på ingående komponenter blir kopplingen temperaturkompenserad. 18 9

Wheatstonebrygga Fördelar: Spänning ut Balansering Temperaturkompensering 19 Wheatstonebrygga Fördelar: Spänning ut Balansering Temperaturkompensering Nackdelar: Liten spänning ut Fordrar förstärkning 20 10

Wheatstonebrygga Ex. Temperaturmätning =Pt 100 21 Pt 100 22 11

Resistiva givare Funktion utspänningen, W i fig, ett mått på vinkel eller position Resistiva givare Membrangivare, balkgivare Tryckgivare, accelerometer 12

Piezoresistiv tryckgivare givarkonfiguration Membrankant Membrankant Komponenter med reaktans Spole Kondensator L C 13

Kondensator (Kapacitans) C C = " A d ε: Permittivitet A: Plattornas area d: Avståndet mellan plattorna Kondensatorn U = X c " I # X c = U I X c : Reaktansen (Impedansen hos en kondensator) Strömmen 90 före spänningen! X c = 1 j"c C ω: 2πf C: Kapacitansen 14

Membrantryckgivare kapacitiv d = avstånd till metallelektroden w = membrannedböjning i position (x, y) ε = dielektricitetskonstant Spole (Induktans) L U = X L " I # X L = U I X L : Reaktansen (Impedansen hos en spole) Spänningen 90 före strömmen! X L = j"l ω: 2πf L: Induktans 15

Spole (Induktans) X L = j"l Induktansen, L, och därmed reaktansen, X L, hos en spole är beroende av antal lindningsvarv i spolen, storlek (area, längd) samt materialet i kärnan. Ferromagnetiska material i kärnan ger stor ökning av induktansen. Ex. Induktiv positions-givare X L = j"l Avståndet mellan en spole och en kärna av ferromagnetiskt material påverkar spolens induktans. Reaktansen blir ett mått på avståndet (sambandet dock ej linjärt i exemplet). 16

Sammanfattning Generella impedanser Karakteriseras och mäts med: LCR-meter Impedansanalysator Brygga Sensorsystem Brygga Frekvens PLL 17

2016-09- 14 Impedansanalysator LCR-analysator En impedansanalysator mäter en okänd impedans ofta med spänning/ström-metoden vid en viss inställd frekvens eller genom att svepa mätfrekvensen över ett område. Belopp och fasvinkel mäts och kan räknas om till de olika modeller för impedanser. Frekvensegenskaper hos verkliga komponenter - Resistanser Ex. Parasitkomponenter Önskad komponent 36 18

Frekvensegenskaper hos verkliga komponenter - Kondensatorer Önskad komponent Ideal kondenator: X c = 1 j!c 0.1 µf kondensator Serieresonans! 37 Frekvensegenskaper hos verkliga komponenter - Spolar Ideal spole: X L = j"l Önskad komponent Parallellresonans! 38 19

Transmissionsledning Utbredningshastighet i en koaxialkabel: 2 10 8 m/s 39 Transmissionsledning LF-system 40 20

Transmissionsledning HF-system 41 Transmissionsledning När? Ledningens längd, L, är av samma storleksordning som en kvarts våglängd av signalen eller större (sinussignaler) L > λ/4 Ledningens fördröjningstid, t p, för t ex en puls är av samma storleksordning som signalens stigtid/falltid eller längre (pulssignaler). t p > t r el. t f 42 21

Transmissionsledning 43 Transmissionsledning Exempel En koaxialkabel med 1 meters längd (dvs 5 ns fördröjningstid) Sinussignaler då våglängden är kortare än 4 m, vilket motsvarar frekvenser över ca 50 MHz. For pulssignaler med kortare stigtider än ca 5 ns, oavsett, pulssignalens repetitionsfrekvens 44 22

Transmissionsledning Karakteristisk impedans, Z 0 Den karakterisktiska impedansen kan sägas vara den impedans man i teorin skulle mäta in i en oändligt lång ledning. Betecknas Z 0 Z 0 = r + j!l g + j!c För en förlustfri ledning, r = g = 0, gäller: Z 0 = l c Z 0 är då rent resistiv. Vanliga värden: Koaxialkabel på lab 50 Ω Antennkabel 75 Ω 45 Transmissionsledning Utbredningshastighet Utbredningshastigheten för en signal i en förlustfri ledning: v = 1 lc Ex. Koaxialkabel: 2 10 8 m/s 46 23

Transmissionsledning Anpassning För att undvika reflektioner på en transmissionsledning måste ledningen avslutas med impedanser med samma storlek som den karakteristiska impedansen. Reflektionskoefficient:! = Reflekterade vågens amplitud Infallande vågens amplitud = Z L! Z 0 Z L + Z 0 47 Transmissionsledning Reflektioner Stående våg Om ρ 0 erhålls reflektioner, vilket ger upphov till stående vågor -> mätfel! Ex. Z L = 0 vilket ger ρ = -1: 48 24

Transmissionsledning Reflektioner Stående våg Ex. Z L = vilket ger ρ = +1: 49 Transmissionsledning Ex. Pulseflektioner vid ρ = + 0,5 Tid: t=0 Tid: t=100ns Tid: t=200ns Denna effekt kan användas för att mäta vilken impedans som avslutar en ledning Hur? 50 25