Como medir a indutância e outras características de uma bobina ou indutor
Este artigo dará conselhos práticos e teóricos sobre como medir a indutância de bobinas ou indutores. Embora o artigo se refira a funções e especificações baseadas nos medidores LCR e analisadores de impedância da Hioki listados abaixo, muitos dos conselhos também podem ser aplicados a produtos similares.
Tabela 1: Aplicações de produção em massa
| Modelo | Frequência de Medição | Características |
|---|---|---|
| IM3533 | CC, 40 Hz a 200 kHz | Função de correção de temperatura de Rdc |
| IM3536 | CC, 4 Hz a 8 MHz | Modelo padrão, analisador de alta velocidade, altamente estável e econômico |
| IM7581 | 100 kHz a 300 MHz | Medição de alta velocidade de bobinas para alta frequência |
Tabela 2: Pesquisa e Desenvolvimento
| Modelo | Frequência de Medição | Características |
|---|---|---|
| IM3570 | CC, 4 Hz a 5 MHz | Varredura de frequência com modo analisador |
Antes de começarmos... a questão central
Antes de entrarmos em como medir bobinas ou indutores, há uma importante distinção de tipos de bobina que deve ser abordada – a “questão central”, pode-se dizer. Essa discussão é importante porque os tipos de bobina, no que se refere ao núcleo, têm uma influência definitiva na medição. As bobinas podem ser sem núcleo (com um “núcleo de ar” ou um núcleo feito de um material não magnético) ou podem ter um núcleo feito de um material magnético como ferrita ou ferro. Ao medir a indutância, saber o tipo de núcleo é importante porque a quantidade de corrente que flui através da bobina afetará a indutância dos dois tipos de maneira diferente.
Exemplo de configurações de medição
Abaixo está um exemplo das configurações de um medidor LCR quando definido manualmente para medir a indutância de uma bobina comum. (As configurações ideais variam bobina a bobina.)
Tabela 3: Configurações de medição
| Parâmetros | Ls, Q, Rdc |
|---|---|
| Frequência | Frequência auto-ressonante ou menos |
| polarização DC | OFF (não pode medir ao definir ON) |
| nível de sinal | Modo CC (corrente constante), corrente nominal ou menos |
| Faixa de medição | AUTO |
| Velocidade | LENTO2 |
| Modo LowZ | DESLIGADO |
Configurando a frequência de medição
O fenômeno da ressonância LC com a própria indutância da bobina e capacitância parasita é conhecido como auto-ressonância. A frequência na qual ocorre a auto-ressonância é conhecida como "frequência de auto-ressonância". Ao avaliar bobinas, certifique-se de descobrir a frequência auto-ressonante e medir L e Q em uma frequência que seja suficientemente menor do que a frequência auto-ressonante. Essa frequência pode ser determinada realmente fazendo medições e encontrando uma faixa de frequência na qual a indutância é plana (consulte a Fig. 1).
A impedância de uma bobina, que geralmente aumenta com a frequência, pode ser calculada usando a seguinte equação:
Z = j2πfL
Para medir a indutância eficientemente enquanto varia a frequência, defina a faixa de medição para AUTO. No entanto, a melhor maneira de medir a indutância com um maior grau de precisão, defina a frequência na faixa de frequência acima mencionada na qual a indutância é consistente.
Configurando o nível de corrente de medição
A corrente de medição pode ser calculada a partir da tensão de terminal aberto, da impedância de saída do instrumento e da impedância do alvo de medição. Para calcular isso, pode-se usar uma aproximação da impedância da bobina.
- *1: A impedância de saída varia dependendo do modelo do medidor LCR e se o modo de alta precisão de baixa impedância foi ativado. Consulte as especificações do produto no manual de instruções.
Também é importante definir a tensão de medição para que a corrente nominal da bobina não seja excedida.
Ao medir uma bobina que exibe dependência de corrente (isto é, uma bobina com um núcleo magnético), deve-se configurar o instrumento para produzir um nível de corrente tal que o núcleo magnético não fique saturado. Pode-se determinar o nível de corrente correto, mais uma vez, medindo a indutância - mas desta vez variando o nível de corrente. O nível atual em que as linhas planas da indutância são novamente o nível que deve ser usado.
Ao medir uma bobina que não apresenta dependência de corrente (ou seja, uma bobina de ar ou bobina não magnética), é recomendável definir o instrumento para o nível de corrente com a melhor precisão. Para a série IM3500, a melhor precisão é obtida com a configuração de 1 V do modo V. Com a série IM7580, o nível do sinal de medição é a configuração com a melhor precisão: +1 dBm.
Ao medir uma bobina com um núcleo magnético ou uma bobina com uma corrente nominal baixa, o modo CC (corrente constante) da série IM3500 é conveniente. A corrente de medição é controlada via software para que permaneça constante.
Selecionando Ls ou Lp
De um modo geral, um modo de circuito equivalente em série (Ls) é usado ao medir elementos de baixa impedância (aproximadamente 100 Ω ou menos) e um modo de circuito paralelo equivalente (Lp) é usado ao medir elementos de alta impedância (aproximadamente 10 kΩ ou mais). ). A Fig. 4 fornece uma imagem aproximada de qual circuito equivalente usar (quando o fator de dissipação D da bobina é suficientemente pequeno). Quando o modo de circuito equivalente apropriado não estiver claro, por exemplo, ao medir uma amostra com uma impedância de aproximadamente 100 Ω a 10 kΩ, verifique com o fabricante do componente.
Fig. 4: Impedância de acordo com a frequência
Bobinas de baixa indutância: Rp pode ser ignorado, pois a impedância é baixa. Selecione os modos de circuito equivalente em série.
Bobinas de alta indutância: Rs pode ser ignorado, pois a impedância é alta. Selecione os modos de circuito equivalente em série.
Um indutor se comportará como se a perda de cobre do enrolamento Rs e a perda de núcleo Rp estivessem conectadas a um indutor ideal L. A reatância de uma bobina ideal (XL) pode ser calculada da seguinte forma: XL = j2πfL. Embora dependa da magnitude de Rs e Rp, geralmente pode-se afirmar que as bobinas de baixa indutância são caracterizadas por um pequeno XL, permitindo que a impedância quando Rp e L são colocados em paralelo seja tratada como aproximadamente equivalente a XL. Rs não pode ser ignorado, pois Ls é pequeno, a configuração pode ser tratada como um circuito equivalente em série. Por outro lado, quando a impedância é alta, Rp não pode ser ignorado, mas Rs pode, então a configuração pode ser tratada como um circuito paralelo equivalente.
Medindo Rdc
Na avaliação da bobina, a indutância L, o fator de qualidade Q e a resistência CC Rdc são medidos. Instrumentos como o IM3533 e o IM3536 podem medir L, Q e Rdc sem a necessidade de usar outros dispositivos. Depois de medir L e Q com um sinal AC, eles medem Rdc com um sinal DC (ver Fig. 5).
*(Rs e Rp não são iguais a Rdc. Rs e Rp são valores de resistência medidos com um sinal CA. Eles incluem componentes como perda de bobina e resistência do enrolamento, que aumenta devido aos efeitos da pele do condutor e efeitos de proximidade.)
Quando o material do enrolamento tem um grande coeficiente de temperatura, Rdc varia com a temperatura. O IM3533 possui funcionalidade de correção de temperatura para Rdc.
Definindo o tempo de atraso
Para reduzir o erro de medição durante a medição Rdc, os medidores Hioki LCR ligam e desligam a tensão gerada para cancelar o deslocamento interno (função de ajuste CC). Veja a Fig.6.
Quando a tensão aplicada ao indutor muda, a resistência de saída e a resistência em série equivalente do indutor e a indutância causam fenômenos transitórios (ver Fig. 7). Defina um tempo de atraso suficientemente longo durante a medição Rdc para garantir que os resultados da medição não sejam afetados por esses fenômenos. O nome dado à configuração do tempo de atraso varia de acordo com o modelo, assim como o tempo de medição. Para mais informações, consulte o manual de instruções do modelo que pretende utilizar. Se você não tiver certeza do tempo de atraso apropriado, primeiro defina um tempo de atraso o mais longo possível. Em seguida, diminua gradualmente o tempo de atraso enquanto verifica se os valores medidos não exibem nenhuma variabilidade.
Características de superposição DC
Um tipo de característica da bobina são as características de superposição CC, que indicam até que ponto a indutância diminui em relação à corrente CC. Isso se torna um item de avaliação importante para bobinas usadas em circuitos que lidam com grandes correntes, como circuitos de alimentação (ver Fig. 8). Embora os medidores LCR, como os medidores Hioki LCR, tenham uma função de aplicação de tensão de polarização CC, eles não podem aplicar uma corrente CC necessária para fazer essa medição porque essa função foi projetada para uso na medição de capacitores. Para sobrepor um sinal DC, use a DC Bias Current Unit 9269 (ou 9269-10) e uma fonte de alimentação externa, ou crie seu próprio circuito para esse fim.
Finalmente
Desta forma, existem muitos fatores e conhecimentos básicos necessários para medir as características elétricas de bobinas ou indutores. Esperamos que este artigo tenha sido útil para o leitor e pedimos que se juntem Hioki no avanço da tecnologia para um futuro mais lucrativo e sustentável.
