|
Als u met uw universeelmeter een luidspreker van vier ohm doormeet, stelt u vast dat u een veel lagere weerstand meet. Luidspreker stuk? Nee, die vier ohm is geen weerstand zoals uw universeelmeter die meet, maar een impedantie die ook in ohm wordt uitgedrukt. Om die te meten hebt u een speciale impedantiemeter nodig, zoals de LCR45. |
Wat noodzakelijke theorie
Het verschil tussen weerstand en impedantie
In de elektrotechniek kunt u een onderscheid maken tussen passieve en actieve componenten. Passieve componenten zijn weerstanden, condensatoren en spoelen, ook zelfinducties genoemd. Deze passieve componenten worden onder andere gekenmerkt door hun impedantie. De eenheid van impedantie is ohm (Ω), het symbool Z. De impedantie geeft het verband tussen de wisselspanning die u over het component aanlegt en de wisselstroom die als gevolg van deze actie door het component vloeit.
Voor weerstanden komt de impedantie Z vrijwel altijd overeen met de gelijkstroom weerstand R. Deze weerstand is onafhankelijk van de frequentie van de spanning die u over de weerstand aanlegt.
Voor condensatoren en spoelen geldt dit echter absoluut niet. De impedantie van dit soort onderdelen is volledig afhankelijk van de frequentie van de spanning die u over het onderdeel aanlegt.
Faseverschuiving tussen spanning en stroom
Een tweede complicerende factor bij dergelijke componenten is het feit dat de spanning over het onderdeel en de stroom door het onderdeel niet per definitie in fase verlopen.
Bij spoelen zal de stroom na-ijlen op de spanning: eerst bouwt zich spanning op over het component, pas daarna zal er stroom vloeien. Dit komt doordat de spoel als het ware elke toestandsverandering wil tegenwerken.
Bij een condensator gebeurt het omgekeerde, de stroom ijlt vóór op de spanning. De stroom moet immers de lading over de condensator opbouwen en dat duurt even.
 |
| De fase tussen spanning en stroom bij de drie passieve componenten. (© 2018 Jos Verstraten) |
Om de relatie tussen wisselspanning, wisselstroom en fase over en door een component uit te drukken maakt men gebruik van de 'complexe impedantie'. Deze uitdrukking geeft de som van een reële impedantie en een imaginaire impedantie als gevolg van de fase-relatie tussen spanning en stroom bij een bepaalde frequentie.
Stel als voorbeeld dat u een spoel van 220 μH aansluit op een sinusspanning met een frequentie van 200 kHz. De impedantie van deze spoel kan dan uitgedrukt worden door de volgende formule:
Z = 11,6 + j 276,5 (Ω bij 200 kHz)
De eerste term 11,6 is het reële deel van de formule en geeft de resistieve weerstand weer van de spoel. In vrijwel alle gevallen komt dit neer op de weerstand van de draad waaruit de spoel is gewikkeld. Het is deze term die u meet als u uw universeelmeter over de spoel aansluit.
De tweede term 276,5 is het zogenaamde imaginaire deel van de complexe impedantie van de spoel. Dit deel is frequentie-afhankelijk en wordt vaak voorgesteld door de letter X. De totale impedantie kunt u dan voorstellen door de uitdrukking:
Z= R + jX
Grafische voorstelling van de complexe impedantie
De complexe impedantie van een spoel of een condensator kunt u voorstellen in een x/y-assenstelsel. De horizontale x-as geeft het reële deel R van de impedantie weer, de verticale y-as het imaginaire deel X. De faseverschuiving tussen spanning en stroom wordt hierbij voorgesteld door de fasehoek φ (Griekse letter phi).
 |
| De grafische voorstelling van de complexe impedantie. (© 2018 Jos Verstraten) |
Kennismaking met de LCR45
Een microprocessor bestuurde passieve componenten tester
De LCR45 ziet er uit zoals een normale componententester, maar biedt dank zij de microcontroller bestuurde interface een uitgebreide analyse van de parameters van de passieve componenten weerstanden, condensatoren en spoelen:
- Meten van de impedantie.
- Meten van de resistantie van een weerstand.
- Meten van de reactantie van een spoel (2 ● π ● f ● L).
- Meten van de admittantie (het inverse van de complexe impedantie).
- Meten van de conductantie (het inverse van de resistantie).
- Meten van de susceptantie (2 ● π ● f ● C).
- Meten van de fasehoek φ.
De gemeten gegevens worden u aangeboden via het tweeregelige alfanumerieke display.
Voor de bediening staan slechts twee drukknopjes ter beschikking:
- on/menu: schakelt het apparaat in en scrolt door de diverse menu's.
- enter/off: bevestigt een selectie van de vorige knop en schakelt het apparaat uit.
De tester wordt gevoed uit een 12 V batterij van het type GP23A.
 |
| De LCR45 impedantiemeter van Peak Electronic Design. (© Peak Electronic Design) |
De door de fabrikant gegeven specificaties zijn:
- Weerstanden: 0 Ω tot 2 MΩ
- Resolutie weerstand metingen: 0,1 Ω
- Nauwkeurigheid weerstand metingen: ±1,0 % ±0,6 Ω
- Condensatoren: 0 pF tot 10.000 μF
- Resolutie condensatormetingen: 0,1 pF
- Nauwkeurigheid condensator metingen: ±1,5 % ±0,6 pF
- Zelfinducties: 0 μH tot 10 H
- Resolutie zelfinductie metingen: 0,1 μH
- Nauwkeurigheid zelfinductie metingen: ±1,5 % ±0,6 µH
- Meetfrequenties: 0 Hz, 1 kHz, 15 kHz, 200 kHz
- Nauwkeurigheid meetfrequenties: 0,5 %
- Sample rate: 1,5 Hz typisch
- Meetspanning: ±1,05 V typisch
- Meetstroom: ±3,25 mA typisch
- Voedingsspanning: 8,5 Vdc tot 13,0 Vdc
- Afmetingen: 103 mm x 70 mm x 20 mm
- Gewicht: 0,098 kg
- EAN-code: 0700153222969
De elektronica in de LCR45
In onderstaande foto zijn de twee zijden van de print voorgesteld. Hart van de schakeling is een microcontroller van het type PIC16F1788. Deze bevat een 12 bit brede ADC wat de nauwkeurigheid van de metingen uiteraard ten goede komt. Voor het genereren van de sinusoidale testsignalen heeft deze controller een 8 bit brede DAC ter beschikking.
 |
| De twee zijden van de print. (© lygte-info.dk) |
In onderstaande grafiekjes zijn de door de fabrikant opgegeven nauwkeurigheden bij het meten van condensatoren, spoelen en weerstanden overzichtelijk weergegeven.
 |
| De nauwkeurigheid van de LCR45. (© Peak Electronic Design) |
Het werken met de LCR45
Automatische werking
Na een korte druk op de knop 'on/menu' start de LCR45 op in de automatische modus. Op het display ziet u de versie van de firmware en de datum waarop het apparaat werd gekalibreerd. In deze modus bepaalt de microcontroller zélf wat voor soort onderdeel u op de meetpennen hebt aangesloten en werkt de voor dit onderdeel aanwezige meetprocedure af. U scrolt door de diverse meetresultaten door de tweede knop 'enter/off' even in te drukken. In de vier schermen ziet u achtereenvolgens:
- Het soort onderdeel, de waarde ervan en eventueel de ohmse weerstand.
- De meetfrequentie met het reële en het imaginaire deel van de impedantie.
- De admittantie van het onderdeel.
- De magnitude van de complexe vector en de fasehoek φ.
 |
| De vier displays met de meetresultaten bij het meten van een spoel. (© Peak Electronic Design) |
Als u een heleboel condensatoren wilt meten is het handiger over te schakelen naar handbediening. De LCR45 moet dan niet telkens het soort onderdeel bepalen, wat meettijd scheelt. Dat doet u door langer dan twee seconden op de knop 'on/menu' te drukken. Nadien kunt u door korter op deze knop te drukken door de vijf opties scrollen:
- Automatisch meten.
- Meten van inductanties.
- Meten van capaciteiten.
- Meten van weerstanden
- Meetprobes compenseren.
Als de door u gewenste meetmodus op het display verschijnt moet u even de toets 'enter/off' indrukken om de keuze te bevestigen.
 |
| Het met de hand selecteren van het te meten onderdeel. (© Peak Electronic Design) |
Bij de automatische modus bepaalt de processor zélf de meest ideale frequentie voor het meten van een component. U kunt echter de meetfrequentie ook handmatig instellen. U komt automatisch in deze procedure terecht als u handmatig de meetmodus hebt ingesteld. Met de knop 'on/menu' kunt u door de beschikbare frequenties scrollen. Uw keuze bevestigt u door een korte druk op de knop 'enter/off'.
De selectie 'DC' is uitermate geschikt voor het meten van gewone weerstanden en elco's.
 |
| Het handmatig selecteren van de frequentie van de meetspanning. (© Peak Electronic Design) |
In de onderstaande tabel is weergegeven welke frequentie u het best kunt instellen voor het meten van condensatoren en spoelen. Zoals blijkt bestaat er nogal wat overlap.
 |
| De door Peak geadviseerde frequenties voor het meten van diverse componenten. (© 2018 Jos Verstraten) |
Voor u met meten begint moet u de weerstand, capaciteit en inductantie van de meetkabeltjes compenseren. U kunt deze optie kiezen door vier keer op de 'on/menu' knop te drukken en te bevestigen met 'enter/off'.
De LCR45 vraag u de twee meetkabels kort te sluiten. Even later moet u de kabels weer van elkaar loshalen. De eigenschappen van de gebruikte meetprobes worden in het geheugen van de microcontroller opgeslagen.
Let op spanningen tussen de ingangen!
De LCR45 kan niet tegen spanningen op zijn ingangen anders dan de intern gegenereerde meetspanningen. Zorg er dus altijd voor dat condensatoren volledig zijn ontladen alvorens u deze onderdelen op het instrument aansluit. Het is ook niet toegestaan in-circuit te meten.
Referenties
Fabrikantenpagina over de LCR45
Original Hiland DIY M12864 LCR ESR PWM Transistor Tester Kit
