Was ist ein Lcr-Messgeräte?
Ein Lcr-Messgerät ist ein Gerät zur Messung der Impedanz, wobei LCR das Symbol für L (Induktivität), C (Kapazität) und R (Widerstand) ist. Zusammen werden diese drei als Impedanz bezeichnet; ein Lcr-Messgerät ist ein Messgerät, das die Impedanz misst.
Bedeutung von LCR
Die Komponenten L, C und R haben elektrische Eigenschaften. Die elektrischen Komponenten, die sie darstellen, sind die Spule, der Kondensator und der elektrische Widerstand.
L-Komponente
Die L-Komponente wird als Induktivität bezeichnet. Der Name L leitet sich vom ersten Buchstaben der Lenz’schen Regel ab, einem Gesetz zur elektromagnetischen Induktion, es gibt jedoch verschiedene Theorien. Die Einheit ist das Henry (H).
Wenn sich der durch eine Spule fließende Strom ändert, hat sie die Eigenschaft, Strom in der Richtung zu erzeugen, die diese Änderung verhindert. Die Stärke dieser Eigenschaft ist die Komponente, die als Induktivität bezeichnet wird: Ein Stromkreis mit einer hohen L-Komponente ist unempfindlich gegenüber Stromänderungen. Sie ist zwar unempfindlich gegen steile Rauschströme usw., aber bei Verwendung in Wechselstromkreisen wird der Leistungsfaktor verzögert und der Wirkungsgrad verringert.
C-Komponente
Der C-Anteil wird als Kapazität bezeichnet. Sie ist abgeleitet von capacitor, der englischen Übersetzung von Kondensator. Die C-Komponente gibt die Fähigkeit an, eine elektrische Ladung als Stromquelle zu speichern. Die Einheit ist Farad (F).
Ein Kondensator spielt in einer Schaltung die umgekehrte Rolle wie eine Spule. Daher führt eine Schaltung mit einem hohen C-Anteil zu einer steilen Stromänderung. In Wechselstromkreisen erhöht sich dadurch der Leistungsfaktor, aber es besteht die Gefahr, dass z. B. Störströme verstärkt werden. In Gleichstromregelkreisen spielt er eine Rolle bei der Verstärkung und Glättung der Spannung.
R-Komponente
Die R-Komponente wird als Widerstand bezeichnet. Die japanische Übersetzung lautet Widerstand, was wörtlich übersetzt elektrischer Widerstand bedeutet. Die Einheit ist das Ohm (Ω).
Ein hoher elektrischer Widerstand erschwert den Stromfluss sowohl in Wechsel- als auch in Gleichstromkreisen. Der Übertragungswirkungsgrad von Wechsel- und Gleichstromkreisen ist geringer, und der maximale Strom im Falle eines Fehlers ist ebenfalls geringer.
Verwendung von LCR-Messgeräten
LCR-Messgeräte werden in der Industrie häufig bei der Entwicklung und Prüfung von elektronischen Geräten eingesetzt. Insbesondere werden sie verwendet, um die Leistung von Leistungs- und Elektronikbauteilen wie Kondensatoren und Spulen zu prüfen. Im Alltag werden LCR-Messgeräte hauptsächlich im medizinischen Bereich eingesetzt. Beispiele hierfür sind Geräte zur Messung des Körperfettanteils. Durch die Messung der Impedanz des menschlichen Körpers können der Körperfettanteil und der Wassergehalt gemessen werden.
Aus den oben genannten Gründen sind LCR-Messgeräte auch in der medizinischen Forschung nützlich: Sie sind keine teuren Geräte wie CT oder NMR und sind kostengünstig und einfach zu installieren.
Funktionsweise von LCR-Messgeräten
Bei der Impedanzmessung mit einem Lcr-Messgerät wird an ein Objekt ein Wechselstrom angelegt. Das Grundprinzip besteht darin, eine Wechselspannung anzulegen, den Strom und die Phasendifferenz zu messen und die Impedanz zu berechnen.
Das LCR-Messgerät besteht aus drei Schaltkreisen – einem Oszillator, einem Vektor-Voltmeter und einem Strom-Spannungs-Wandler – in einer Konfiguration, die als automatische symmetrische Brücke bezeichnet wird. Dies ist die gleiche Konfiguration wie eine invertierende Verstärkerschaltung mit einem Operationsverstärker. Die Impedanz wird durch digitale Umwandlung mit einem AD-Wandler berechnet.
Die wichtigste Komponente des Lcr-Messgeräts ist das Vektorvoltmeter, das nach dem Lock-in-Verstärkerprinzip ein mit dem Eingangssignal synchronisiertes Referenzsignal erzeugt, um Amplituden- und Phasendifferenzen festzustellen.
Lcr-Messgeräte auf der Basis automatischer symmetrischer Brücken eignen sich für niederfrequente Messungen bis maximal 100 kHz; im hochfrequenten Bereich über 100 kHz ist dies auf den verstärkten Einfluss der Impedanz des Bauteils selbst, des so genannten Wellenwiderstandes, zurückzuführen.