TEMA 6 “MEDIDORES DE IMPEDANCIA”

La impedancia eléctrica es una magnitud que realmente de mide poco, y la mayoría de las veces su conocimiento es imprescindible.

1.- FUNCIÓN Y TIPOS. CONCEPTO DE IMPEDANCIA ELECTRICA:

La impedancia es la única propiedad eléctrica inherente q todos los materiales o componentes, y describe la oposición que ofrece al flujo de corriente alterna, a una frecuencia dada. Se defina a partir de la ley de Ohm.

Z=V/I

Si hay elementos que almacenan energía (capacidades, inductancias), entonces V e I no están en fase, por ejemplo al cesar V no cesa I. Se puede representar por un número complejo:

Z=R+jX

Tanto R como X varían con la frecuencia, R no coincide con el valor obtenido al medir en continua. R es la responsable de la energía disipada, mientras X lo es de la energía almacenada.

La admitancia de un elemento será la caída de tensión que aparece en un material cuando se hace pasar por él una corriente de frecuencia determinada.

Siendo G la conductancia (parte real) y B la susceptancia (parte imaginaria). G y B varían con la frecuencia.

- El Factor de Calidad:

Se define como el consiste entre el módulo de la componente imaginaria y la componente real.

- El Factor de Calidad:

Se define como el recíproco del factor de calidad.

- Factor de Potencia:

Los medidores de impedancia son instrumentos que permiten la medida de uno o varios de los parámetros anteriores, a una frecuencia fija o en toda una banda de frecuencia.

MEDIDAS DE IMPEDANCIA:

- Por Deflexión: Medida de V e I, calculando internamente V/I. La exactitud depende de la calibración, linealidad y estabilidad.

- Por comparación (Puentes): Compara la impedancia a medir con otra conocida y ajustable, mediante un circuito que tiene relación conocida entre sus elementos cuando hay un cero a su salida.

2.- CIRCUITOS EQUIVALENTES SERIE Y PARALELO:

Los medidores de impedancia se aplican tanto a la caracterización de materiales y componentes, como al análisis de redes.

A una frecuencia dada, cualquier impedancia puede ser descrita mediante elementos de circuito ideales.

La diferencia entre los valores serie y paralelo depende del desfase, es decir, de la calidad del componente, los elementos equivalentes sólo son válidos a una frecuencia determinada. El modelo mejor es aquel que se cumple para un margen de frecuencias mayor.

Las relaciones entre elementos de los circuitos equivalentes son las siguientes:

• En serie: Z=R±jX

• En Paralelo: Y=G±jB

• En serie: D=ωDsRs

• En Paralelo: D=1/ωCpRp

• En serie: Q=ωLs/Rs

• En paralelo: Q=Rp/ωLp

3.- CARACTERISTICAS DE LOS COMPONENTES PASIVOS REALES:

En la practica no hay componentes puramente resistivos, ni puramente reactivos por eso los resistores tienen capacidad y reactancia, los inductores tienen capacidad y resistencia y los condensadores tienen inductancia y resistencias , esto es debido a imperfecciones de fabricación.

3.1.- Resistores:

Fig: Modelo equivalente para un resistor de composición.

ESR depende de la frecuencia por partida doble, directamente según se ve en la expresión, e indirectamente porque R varía con la frecuencia.

Para las resistencias de hilo bobinado es importante, además, la inductancia del bobinado y la capacidad entre vueltas.

La presencia de componentes reactivas en resistores pueden producir desfases en circuitos donde se incorporen dichos resistores, e incluso hacerles susceptibles a interferencias electromagnéticas.

3.2.- Condensadores:

ESR≈R´s

Para frecuencias altas, Ce puede tener valor negativo, es decir se comporta como una bobina.

La presencia de la resistencia adicional serie produce además de un desfase una disipación de energía, la cual puede causar deterioros en el elemento y derivas térmicas. La resistencia equivalente paralelo describe el proceso de descarga interna de los condensadores.

3.3.- INDUCTORES:

Fig: Modelo equivalente para una bobina con núcleo de aire.

El factor de calidad:

4.- METODOS DE DEFLEXIÓN:

Métodos de deflexión son todos aquellos que están basados en la ley de Ohm. Los más habituales son el divisor de tensión, y aquellos en que se mide tensión y corriente.

4.1.- Método del divisor de tensión:

Consiste en medir la tensión en bornes del elemento desconocido, dispuesto en serie con una impedancia conocida y un oscilador de amplitud y frecuencia estables. Para obtener las componentes activa y reactiva hay que medir no solo la amplitud si no también la fase de la tensión de salida.

• Amplitud de la salida no es proporcional al módulo de la impedancia.

• Requiere menos elementos de precisión que un puente.

• Aplicado a medida de resistencias altas y capacidades con pocas fugas.

• Los desfases se miden con circuitos digitales, y un microprocesador realiza los cálculos necesarios.

4.2.- Medida de al variación de la frecuencia de un oscilador cuando en esté se incorpora la impedancia desconocida:

Es un método de medida muy simple y por esto es muy utilizado en instrumentos comerciales de gama baja. Tiene los inconvenientes de que ni permite seleccionar la frecuencia de medida, ni facilita la obtención de la fase, o las dos componentes de la impedancia.

5.- PUENTES DE ALTERNA:

Se pueden considerar una extensión del puente de Wheatstone, pero con impedancias en sus ramas, en vez de resistencias, y alimentados por un oscilador en vez de una fuente de tensión continua. En el equilibrio, las tensiones en los nudos centrales son iguales en amplitud y fase, cumpliéndose;

Fig: Puente de alterna.

Si Z4/Z1 es real entonces se compara Z3 con una impedancia similar se tratará de un Puente de Comparación.

Si Z2Z4 es real se comparará Z3 con una admitancia Y1, se tratará de un Puente de inversión.

Una configuración que todavía se emplea para medir las fugas en condensadores de alta tensión es el Puente de Schering. Ajustando R2 y C2 , el indicador de la rama central señala que se ha obtenido el equilibrio, se cumple: