impedanssimittauksissa

Impedanssimittauksilla tarkoitetaan mittausmenetelmien ryhmää, jolla määritetään kohteen sähköinen impedanssi useilla taajuuksilla. Impedanssi Z on monimutkainen suure, jonka reaali osa kuvaa resistanssia ja imaginaari osa reaktiivisuutta. Z(f) voidaan kirjoittaa muodossa Z = R + jX tai Z = |Z| e^{jϕ}, missä ϕ on vaihe-ero mitatun jännitteen ja virran välillä. Impedanssi on taajuudesta riippuva, mikä paljastaa kohteen sähköisen käyttäytymisen eri energiamuodoissa.

Instrumentaatio ja mittausmenetelmät: yleisimpiä laitteita ovat impedansianalysaattorit ja LCR-mittarit. Taajuusalue on tyypillisesti laaja, matalista millihertseistä korkeisiin megahertseihin riippuen sovelluksesta. Mittauksissa voidaan käyttää kaksipiste- tai nelipistejärjestelyjä; nelipiste (four-electrode) -mittaukset vähentävät kontaktivastusten ja elektrodametallien vaikutusta, mikä parantaa mittauksen tarkkuutta erityisesti liuoksissa ja bioyhteyksissä.

Periaate ja tulkinta: kohteeseen annetaan kontrolloitu vaihtojännite tai -virta, ja mitataan sekä jännite että virta. Z(f) saadaan Z = V(f)/I(f). Reaali- ja imaginaariosat tarjoavat resistiivisen sekä reaktiivisen vastuksen tietoja. Data esitetään usein Nyquist-plotteina (Z'' vs Z') tai Bode-plotteina, joissa |Z| ja vaihe ϕ esitetään taajuuden funktiona. Tuloksia tulkitaan usein sovittamalla kohteelle sopiva if- taiokerkki- eli equivalent circuit -malli.

Sovellukset: impedanssimittauksia käytetään elektroniikka- ja materiaalitieteessä, elektrochemian tutkimuksessa (esimerkiksi elektrolyytteissä, akuissa ja korroosioselvityksessä), anturikehityksessä sekä biologisissa kudoksissa. Tulkintaan liittyy usein kokeellinen viritys, lämpötilan vaikutus sekä elektrodien päiden käyttäytyminen.