В статье рассмотрены прошедшие за последние пять лет изменения на рынке средств измерений параметров цепей переменного тока. Рассказывается о технических характеристиках и особенностях новых моделей разных производителей приборов этого класса. Обозначены новые тенденции соответствующего рыночного сегмента.
Параметры цепей переменного тока (например, активной и реактивной составляющих сопротивления, добротности, тангенса угла потерь и т.д.) являются показателями качества или функционирования объекта исследования, а также индикаторами влияющих на них параметров окружающей среды. Круг задач измерения, контроля, диагностики и научных исследований процессов различной природы, в которых используется измерение параметров цепей переменного тока (ПЦПТ), постоянно расширяется. Специальные средства измерения (СИ) ПЦПТ — измерители (анализаторы) импеданса (иммитанса), RLC-измерители (анализаторы), виртуальные и портативные приборы, а также анализаторы цепей (Network Analyzer) измеряют как активные, так и пассивные параметры.
В большинстве случаев рассматриваемые СИ применяются в ходе научных исследований в электрохимии, физике и других дисциплинах, при диагностике и контроле элементов, устройств, материалов (радиоэлектронных компонентов), в медицинской диагностике и т.д.
Последний обзор СИ ПЦПТ был дан в работе [1]. В этом обзоре попробуем выяснить, что нового появилось среди приборов, и в каких новых областях они нашли свое применение.
Анализаторы иммитанса — приборы с наиболее широкими функциональными возможностями, позволяющие измерять параметры иммитанса при изменяющихся внешних условиях (в функции частоты, напряжения смещения, напряжения на объекте и т.д.), что необходимо в процессе разработки и исследования рассматриваемых объектов [1]. Примером может служить прибор IM3570 Impedance Analyzer фирмы HIOKI (Япония). Прибор имеет достаточно широкий диапазон частот: 4…5·106 Гц с погрешностью измерения 0,08%.
Измерители параметров иммитанса — приборы с широкими функциональными возможностями, обеспечивающие высокую точность измерения (порядка 0,1%). Эти приборы предназначены для применения в лабораторных и производственных условиях. Рабочий диапазон частот варьируется в диапазоне 0,1…3·109 Гц. Обеспечивают измерение параметров R, L, C до следующих значений: 1011 Ом, 750·103 Гн и 100 Ф. Как правило, напряжение на объекте измерения составляет 0,003…200 В. Технические характеристики ряда измерителей параметров иммитанса зарубежных производителей приведены в таблице 1.
Отметим, что фирма Escort (торговая марка Аktаkоm, Тайвань) дополнительно разработала и поставляет программное обеспечение для серии измерителей иммитанса АМ-3016, позволяющее управлять прибором через последовательный интерфейс (RS-232) и удалённо наблюдать за результатами измерений. Кроме того, в главном меню окна программы есть функция просмотра и сохранения результатов в формате Excel или Access [2].
Фирма, страна, модель |
Основная погрешность измерения, % |
Рабочая частота, Гц |
Диапазоны измеряемых величин |
Напряжение смещения, В |
Масса, кг |
Энергопотребление, В·А (Вт) |
||
R, Ом |
C, Ф |
L, Гн |
||||||
QuadTech, США, 7600 Plus Precision LCR Meter |
0,05 |
10…2·106 |
109 |
10 |
99,999 |
5·10-3…5 |
10 |
100 Вт |
TEGAM INC., США, 3550 |
0,1 |
42…5·106 |
10-5…2·108 |
10-13…0,037 |
326·10-9…750·103 |
– |
7 |
250 Вт |
Escort, Тайвань, AM-3026 1 |
0,1 0,05 |
20…5·106 20…106 |
10-4…108 |
10-5…9,99 |
10-11…105 |
5 2 |
15 |
100 Вт |
Wayne Kerr, Великобритания, 65120B |
0,05 |
20…120·106 |
10-5…2·109 |
10-9…1 |
10-9…2·103 |
40 |
14 |
150 |
1 Торговая марка Аktаkоm.
Одной из тенденций является добавление в разрабатываемые приборы USB-интерфейса для подключения к компьютеру или внешних портативных блоков памяти. Завод «Калибр» (Белоруссия) представил новый прибор E7-20, работающий в диапазоне частот от 25 до 106 Гц с погрешностью измерения 0,1% [3]. ГП «Укрметртестстандарт» (Украина) разработало измеритель импеданса МНС-1100, предназначенный для автоматического измерения параметров импеданса (емкости, индуктивности, активного сопротивления, взаимной индуктивности, тангенса угла потерь и тангенса угла фазового сдвига) по любой из двухэлементных схем замещения, а также процентных отклонений с представлением результатов измерений в цифровом виде. Измеритель может быть использован для выполнения метрологических работ, при контроле электро- и радиотехнических изделий, в научных исследованиях, при измерениях неэлектрических величин с использованием измерительных преобразователей любого типа. Прибор имеет достаточно широкий диапазон частот: 0,1…105 Гц, а погрешность его измерения составляет 0,01/0,002% [4].
Портативные приборы — малогабаритные приборы с автономным (батарейным) питанием. Портативные СИ ПЦПТ характеризуются меньшими функциональными возможностями, габаритами, массой и стоимостью. Основная погрешность измерения таких приборов составляет около 2%.
Компания Agilent Technologies Inc. (США) представила новую линейку ручных измерителей иммитанса U1731C, U1732C и U1733C LCR, которые позволяют инженерам и специалистам быстро и максимально удобно выполнять основные измерения. По сравнению с предыдущими моделями данной серии следует отметить такие улучшения как возможность выбора измерительных частот до 105 Гц (U1733C) и обеспечение погрешности измерений 0,2%. Кроме того, серия U1730C позволяет проводить автоматическую идентификацию компонентов, в результате которой на экране отображается тип устройства и подробный анализ таких параметров как полный импеданс, сопротивление постоянному току и эквивалентное последовательное сопротивление [5].
Уже упоминавшийся белорусский завод «Калибр» разработал новый прибор E7-18, работающий в диапазоне частот 20…1000 Гц с погрешностью измерения 0,08%.
Виртуальные приборы. Под данным классом средств измерений принято понимать приборы, созданные на базе персонального компьютера, обеспечивающего функции не только управления и обработки данных, но и вывода и графического представления информации. Сегодня на рынке нет функционально-ориентированных виртуальных приборов для измерения ПЦПТ, выпускаемых серийно. Единственным, разрабатываемым под различные задачи измерения, является прибор «Виртуальный измеритель-анализатор параметров импеданса» Института проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН (Москва) [6], созданный в нескольких модификациях и использующийся в ряде НИИ и вузов. Базовый вариант прибора такого типа работает в диапазоне частот 10…2·106 Гц и обеспечивает измерение параметров комплексного сопротивления с модулем в диапазоне 10-3…109 Ом. Основная погрешность измерений составляет около 0,2%. Последняя разработка описана в [7].
Проблемно-ориентированные приборы. ООО «НТЦ Транспорт» (Омск) выпускает цифровой измеритель параметров иммитанса «Имметр», предназначенный для измерения параметров (индуктивности, добротности, сопротивления постоянному току) приемных катушек автоматической локомотивной сигнализации всех типов, в том числе и применяемых на метрополитене, а также для измерения наведенной ЭДС и сопротивления постоянному току. Прибор допускает измерение при синусоидальном напряжении параметров объектов, представляемых параллельной или последовательной двухэлементной схемой замещения в диапазоне частот 20…1000 Гц с погрешностью измерения 0,08 % [8].
Для решения проблемно-ориентированных задач фирма SY-LAB Gerate GmbH (Австрия) [9] разработала микробиологические анализаторы BacTrac 4300 и BioTrac 4250, предназначенные для автоматической регистрации роста широкого спектра микроорганизмов (например, для обеспечения безопасности и контроля качества готовой продукции, для определения стерильности различных материалов и растворов).
В последние годы метод измерения импеданса в данной области получил широкое распространение на рынке благодаря своей универсальности и надежности. Прибор BacTrac 4300 регистрирует два параметра: М-параметр (импеданс среды) и Е-параметр (электродный импеданс), которые учитываются отдельно или в комбинации. Измерительная система прибора BacTrac 4300 является высокочувствительной к микробным метаболитам и позволяет проводить измерения даже в селективных питательных средах.
Важно отметить, что метод измерения параметров импеданса нашел широкое применение при исследованиях нанокомпозиционных материалов [10–12], поскольку изменения импеданса легко регистрируются, а его параметры являются весьма информативными. Например, электрохимический импеданс (сопротивление и емкость) может изменяться вследствие разрушения структуры, а электрический импеданс материала может быть измерен и отслежен по всей толщине, и в случае растрескивания или расслоения можно отследить его изменение.
На основе рассмотренного материала можно сделать вывод, что использование метода измерения импеданса в различных областях науки и техники по-прежнему остается актуальным. Особых изменений в технических характеристиках разрабатываемых приборов не появилось. Основное внимание уделяется расширению и улучшению пользовательских функций, а также обучению потенциальных потребителей с помощью методических и демонстрационных материалов.
2. http://www.aktakom.ru.
3. http://www.kalibr.com.
4. http://www.ukrcsm.kiev.ua.
5. http://www.home.agilent.com.
6. Агамалов Ю.Р., Бобылев Д.А., Кнеллер В.Ю. Виртуальные измерители-анализаторы параметров импеданса//Датчики и системы, №5, 2004.
7. Агамалов Ю.Р., Бобылев Д.А., Боровских Л.П., Кнеллер В.Ю. Виртуальный самоповеряемый анализатор иммитанса с адаптивными функциональными возможностями//Датчики и системы, №7, 2008.
8. http://www.ntc-transport.ru.
9. http://www.sylab.com.
10. http://publichenko.ru.
11. Карпова С.С., Морозова М.Н., Аньчков М.Г., Грачева И.Е. Гидропиролитический синтез и исследование наноструктур на основе металлооксидов//Труды молодых ученых/Главный редактор д.т.н., проф. В.О. Никифоров. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2010.
12. Крахин О.И., Прокофьев М.В. Применение наноматериалов и нанотехнологий для повышения качества СВЧ-техники//Сборник докладов III Всероссийской конференции «Радиолокация и радиосвязь». – М.:, изд. ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, 2009.