Impedansmätningar

Impedansmätningar är mätningar av impedansen hos ett komponent, material eller system som svarar på en växelström över ett visst frekvensområde. Impedansen är en komplex storhet Z(jω) som kan skrivas som Z = Z' + iZ'', där Z' är realdelen och Z'' imagdelen. Genom att excitera med olika frekvenser kan man få information om både resistiva och lagrade eller frekvensberoende egenskaper hos provet.

Vanliga metoder och utrustning inkluderar LCR-mätare för enkel impedans vid en eller några få frekvenser, impedansanalysatorer för bredbandsmätningar, samt nätverks- eller impedansanalysatorer som kan utföra frekvenssvep och registrera både magnitud och fas. Inom elektro-kemisk forskning används electrochemical impedance spectroscopy (EIS) där små växelströmsperturbationer appliceras i en cell över ett brett frekvensområde för att undersöka kinetik och transportprocesser. Mätningar kan även genomföras med fyra-punkters uppställningar för att minska lednings- och elektrodens fel.

Data tolkas ofta med Nyquist- eller Bode-diagram. Nyquist-diagramet visar real- mot imaginärdelens komponenter och kan ofta tolkas med enkla eller komplexa ekvivalentkretsmodeller som består av resistorer, kondensatorer, induktorer och ibland Warburg-impedans som beskriver diffusionsprocesser. Ekvivalenta modeller används för att härleda fysiska längder och tidskonstanter i systemet.

Användningsområden inkluderar karakterisering av elektroniska komponenter, batterier och superkondensatorer, korrosionsstudier, materialforskning och biosensorer. Viktiga överväganden är kalibrering, temperaturpåverkan, elektrodpolarisation och felkällor kopplade till mätuppställning och modellval. Resultaten rapporteras som impedanskärnor, frekvensberoende förluster och fasvinklar.