LCR미터의 구성과 측정원리

전기  부품의 인덕턴스(L), 커패시턴스(C) 및  저항(R)은 전자 테스트 장비의 일종인 LCR 미터를 사용하여 측정됩니다. 전류와 전압 파형 간의 위상차는 전류 및 전압 RMS 값의 비율 외에도 LCR 미터로 측정됩니다.

 

1. LCR 미터란?

임피던스는 측정 장비인 LCR 미터를 사용하여 측정되는 물리적 속성입니다. 정량자 Z는 AC 전류 통과에 대한 저항인 임피던스를 표현하는 데 사용됩니다. 측정 대상의 단자와 이에 흐르는 전류 I 사이의 전압 V를 사용하여 결정할 수 있습니다. 임피던스는 복소 평면에서 표현되는 벡터입니다.

 

대부분의 LCR 미터는 선택 가능한 테스트 주파수, 조정 가능한 등가 회로 측정 모드(즉, 직렬 및 병렬) 및 기타 여러 매개변수로 측정을 수행할 수 있는 기능을 가지고 있습니다. 

 

 

 

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2. LCR 미터의 구성

• 휘트스톤 브릿지
• RC 비율 암 회로

LCR 미터의 중요한 부분입니다. 값을 결정해야 하는 구성 요소는 브리지의 암 중 하나에 부착됩니다.

다양한 유형의 조치에는 서로 다른 조항이 있습니다.

 

- DC 여자: DC 전압으로 브리지를 자극하여 DC 수량을 측정합니다.

- AC 여기: 휘트스톤 브리지는 AC 측정을 수행하기 위해 AC 신호로 여기되어야 합니다. 발진기는 AC 여기를 제공하기 위해 회로에 사용됩니다. 1킬로헤르츠의 주파수를 생성합니다.

 

 

 

 

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3. LCR 측정원리

완전한 균형을 이루기 위해 브리지는 null 위치에 설정됩니다. 브리지의 균형을 맞추는 것 외에도 미터의 감도를 수정해야 합니다. 이미터 팔로워 회로에서 브리지의 출력은 공급됩니다. 검출기 증폭기에 대한 입력은 이미터 팔로워 회로의 출력으로 제공됩니다.

 

검출기 증폭기에 대한 입력은 이미터 팔로워 회로의 출력으로 제공됩니다. 지속 가능한 표시를 달성하기 위해서는 큰 규모의 강력한 측정 신호가 필요합니다.

감쇠 계수는 증폭기의 사용으로 인해 측정된 신호의 크기를 감소시킵니다.

브리지에서 AC 여기 동안 DC 출력 신호를 얻기 위해 정류기가 사용됩니다.

 

 

 

 

 

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리액턴스는 주파수의 함수이므로 측정 빈도 선택은 구성 요소의 사용을 반영해야 합니다. 커패시터의 경우 더 큰 값(수십 - 수백 uF 이상)이 전원 공급 장치 필터링 응용 분야에 자주 사용되므로 라인 주파수의 두 배에서 테스트해야 합니다. 더 작은 커패시터(μF의 분수)는 더 높은 주파수에서 사용되는 경향이 있으므로 1kHz 이상에서 테스트해야 합니다.

 

인덕터에도 유사한 고려 사항이 적용됩니다. 더 작은 인덕터(1mH 이하)는 오디오 주파수 또는 RF 응용 분야에서 자주 사용되므로 1kHz 이상에서 측정해야 합니다. 더 큰 인덕터는 일반적으로 초크로 사용되며 라인 주파수 근처에서 측정할 수 있습니다.

 측정된 값은 구성 요소 전체의 전압 수준에 따라 달라질 수 있습니다.

 

LCR 미터의 구성 요소는 다음 두 등가 회로 중 하나로 모델링됩니다.

 

 

여기서 X는 구성 요소의 리액턴스, Rs는 직렬 저항, Rp는 병렬 저항입니다. 리액턴스가 크면 직렬 저항이 무시할 수 있을 수 있으므로 병렬 모델이 더 적합할 수 있습니다.

 

반대로, 리액턴스가 작으면 병렬 저항이 무시할 수 있을 수 있으므로 직렬 모델을 사용하는 것이 좋습니다. 따라서 지침은 소형 커패시터의 경우 병렬 회로 모델을 사용하고 대형 커패시터의 경우 직렬 모델을 사용하는 경향이 있습니다(아래 참조).

 

 

 

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반대로, 대형 인덕터의 경우 병렬 회로 모델을 사용하고 소형 인덕터의 경우 직렬 모델을 사용하는 경향이 있습니다. 이러한 회로는 구성 요소의 모델이며 집중 매개변수 모델이 더 이상 적합하지 않을 수 있기 때문에 빈도가 증가함에 따라 실제 동작을 잘 모델링하지 못할 수 있습니다. 

D는 손실 계수라고하며 임피던스의 실제 부분을 리액턴스 (임피던스의 허수 부분)로 나눈 값입니다. Q는 품질 계수라고 하며 D의 역수입니다. D가 매우 작을 때(또는 Q가 클 때) 성분은 본질적으로 순수 리액턴스입니다.

- 커패시턴스 정확도 불일치

측정 정확도는 잘못된 측정 주파수, 측정 모델을 선택하거나 값이 미터의 범위를 벗어나는 부분을 측정하려고 하면 영향을 받을 수 있습니다. 소산 D 값이 낮은 소형 축전기는 일반적으로 병렬 모델로 측정하기 쉽습니다. 더 큰 전해 축전기는 낮은 주파수와 직렬 모델로 측정할 필요가 있습니다. 직렬 모델의 임피던스 중 실제 부분은 보통 등가 직렬 저항을 위해 ESR이라고 합니다. 전해 축전기의 ESR은 시간과 더 높은 온도 노출에 따라 증가하는 경향이 있습니다. ESR은 축전기 유형에 따라 주파수에 따라 증가할 수도 있고 감소할 수도 있습니다

- 인덕턴스 정확도 불일치

일부 인덕터는 DC 바이어스로 작동하도록 되어 있습니다. 계측기 설명서에 이러한 작동이 허용된다고 명시되어 있지 않는 한 DC 바이어스를 추가하여 테스트해서는 안 됩니다. 따라서 측정하는 값이 작동 회로에서 발생할 수 있는 값이 아닐 수 있습니다.

- 저항 정확도 불일치

저항 측정에는 DC 저항과 AC 저항의 두 가지 유형이 있습니다. LCR 미터는 두 가지 유형의 측정을 모두 수행할 수 있습니다. 더 높은 주파수에서의 AC 측정은 기생 효과(예: 권선 저항기의 인덕턴스)로 인해 DC 저항보다 더 높은 저항 값을 나타낼 수 있습니다. 저항 값을 비교할 때 동일한 유형의 측정값이 비교되고 있는지 확인하십시오.

 

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- 측정 팁

1. LCR 미터에서 허용하는 경우 가능한 경우 응용 주파수에서 임피던스를 측정하십시오. 옴 단위의 임피던스 크기를 보는 것은 직관을 사용하는 데 도움이 되며 위상각은 순수한 리액턴스가 있는지 아니면 저항과 리액턴스의 혼합물이 있는지 빠르게 알려줍니다.
2. 리드 길이 cm당 10nH를 사용하여 리드 인덕턴스를 추정할 수 있습니다. 일반적인 리드의 경우 리드 인덕턴스는 약 1MHz 미만의 주파수와 관련이 없어야 합니다.
3. 정확도 사양에 대한 LCR 미터의 설명서를 검토하십시오. 이렇게 하면 측정 범위에도 익숙해질 수 있습니다. 미터의 용량보다 큰 커패시터 또는 인덕터를 측정하려고 하지 않도록 주의하십시오. 또한 온도 변화가 구성 요소 값과 측정에 영향을 미칠 수 있음을 인식하십시오.
4. 계측기가 올바르게 판독되고 있는지 확인하기 위해 측정 표준으로 사용할 수 있는 구성 요소 재고를 구축합니다(이러한 표준은 테스트 주파수, 테스트 진폭 및 회로 모델을 선택하는 데 도움이 될 수 있음).
5. 측정 리드를 사용할 때는 먼저 측정하고 기여도를 뺍니다.
6. 측정하기 전에 커패시터가 방전되었는지 확인하십시오(또한 유전체 흡수가 측정에 영향을 미칠 수 있음에 유의).

 

 

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4. LCR 미터의 종류:

LCR 미터는 2 종류가 있으며,

• 휴대용 LCR 미터
• 탁상용 LCR 미터

 

1) 휴대용 LCR 미터:

휴대용 LCR 미터의 휴대성과 가벼운 무게는 장점입니다. 이 미터에서 일반적으로 +/-1%의 정확도를 갖습니다.

 

 

 

2) 탁상용 LCR 미터:

탁상용 LCR 미터는 일반적으로 프로그래밍 가능한 주파수, 0.01%까지 높은 측정 정확도, 컴퓨터 제어 및 자동화된 애플리케이션을 위한 데이터 수집을 포함하여 휴대용 버전보다 더 많은 기능을 제공합니다.

 

 

 

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5. LCR 미터의 장/단점

1) 장점

• LCR 미터는 빠른 출력과 정확한 판독값을 제공합니다.
• 정확한 측정을 위해 LCR 미터는 테스트 전압 및 주파수와 함께 사용됩니다.

 

2) 단점

 

여기 중 LCR 미터의 브리지에 적용된 테스트 전압이 높으면 회로가 끊어집니다.

 

3) 응용분야

• 회로 및 부품의 저항, 커패시턴스 및 인덕턴스는 LCR 미터를 사용하여 다양한 주파수에서 측정됩니다.
• 이 기기는 정량자 "Z"로 표시되는 물리적 특성인 임피던스를 테스트하는 데 사용됩니다.
• 전기 엔지니어 및 다양한 제조 산업에서 이 측정 장비를 자주 사용합니다.