Impedanssimittaus

Impedanssimittaus tarkoittaa sähköisen järjestelmän tai materiaalin kompleksisen impedanssin Z mittaamista, jossa Z on R + jX ja riippuu usein mittauksessa käytetystä taajuudesta. Impedanssi kuvaa sekä resistiivisen osan R että reaktiivisen osan X, joka johtuu induktanssista ja/tai kapasitaatiosta. Mittausta käytetään sekä komponenttien että aineiden sähköisten ominaisuuksien karakterisointiin.

Perusperiaate on, että syötetään tunnettu vaihtovirta tai -jännite ja mitataan vastineen jännite tai virta. Impedanssi Z saadaan Z = V/I, ja sen faasi φ ilmaisee suuntaa suhteessa jännitteeseen. Taajuuden funktiona Z(f) voidaan analysoida sekä magintudiudina että vaiheena. Eri sovelluksissa Z voi olla materiaalin elektrolyyttisten ominaisuuksien kuvaaja tai elektroniikkakomponentin käyttäytymisen tulkki.

Instrumentit ja tekniikat vaihtelevat. Yleisimmät laitteet ovat LCR-mittarit, impedansianalysaattorit ja network-analysoijat, jotka voivat tehdä taajuusskaumoja ja näyttää tulokset Nyquist- tai Bode-käyrinä. Käytäntöön kuuluvat nelimittaus (Kelvin) vastusten resistanssin vähentäminen johtojen ja kosketusimpedanssien vaikutuksesta sekä avaus-/lyhennysten kalibrointi. Mittauksessa voi käytettävä taajuusalue ulottua hyvin matalista arvoista aina RF-alueelle.

Sovellukset kattavat elektroniikan suunnittelun ja testauksen, materiaalitieteen ja elektrolyyttien karakterisoinnin, bioimpedanssianalyysin sekä lääketieteelliset ja sensorisovellukset. Tuloksia tulkitaan usein matemaattisten malli- ja sovitusmenetelmien avulla, kuten ratsastamalla komponenttimalleilla tai käyttämällä impedanssispektriä. Kalibrointi standardein, huomioitu lämpötilan vaikutus ja elektrodi-/johtosoritus ovat olennaisia luotettavuuden varmistamiseksi.