500 kHz / 5 MHz Impedanz-Analysator

Der MFIA von Zurich Instruments ist ein digitaler Impedanzanalysator und Präzisions-LCR-Messgerät, das den aktuellen Stand der Technik für Impedanzmessungen im Frequenzbereich von 1 mHz bis 500 kHz (erweiterbar auf 5 MHz) repräsentiert. Der MFIA hat eine Grundgenauigkeit von 0.05% und arbeitet über einen Messbereich, der von 1 mΩ bis 1 TΩ reicht. Er zeichnet sich auch durch eine hohe Wiederholbarkeit der Messungen und eine geringe Temperaturdrift aus. Jeder MFIA wird mit der LabOne-Benutzeroberfläche und mit dem MFITF Impedance Text Fixture (Probenadapter und -halter) geliefert.

Mit der Mehrgeräte-Synchronisierung (Multi-Device Synchronization, MDS) ist es möglich, mehrere MFIAs als ein einziges Mehrkanalgerät zu betreiben:

• Sie können alle Instrumente über eine einzige LabOne-Benutzeroberfläche und LabOne API bedienen.
• Die Refernzoszillatoren werden automatisch phasenrichtig synchronisiert (stabile Phasenbeziehung).
• Die Zeitstempel und Abtastraten für den automatischen Abgleich von Messdaten werden automatisch synchronisiert..

Lesen Sie hier mehr über die MDS.

Anschlüsse auf der Vorderseite

Auf der Frontplatte des MFLI befinden sich 1 Stromsignaleingang, 1 Differenzspannungseingang, 1 Differenzsignalausgang, 2 Hilfseingänge, die als Referenzeingänge dienen können, und 4 Hilfsausgänge. Sowohl die Signaleingänge als auch die Signalausgänge können für Experimente, die eine zusätzliche Störfestigkeit erfordern, im unsymmetrischen und im differentiellen Modus betrieben werden. Die Signalmasse kann auf die Gerätemasse oder auf die BNC-Abschirmung der Signaleingänge bezogen werden.

Anschlüsse auf der Rückseite

Die Rückseite bietet zusätzliche BNC-Anschlüsse, die 2 Trigger-Eingänge, 2 Trigger-Ausgänge sowie 1 Eingang und 1 Ausgang für die 10 MHz-Taktsynchronisierung umfassen. Darüber hinaus bietet ein SCSI-Anschluss Zugang zu allen DIO-Kanälen. Die Geräte können mit einer Standard-Netzversorgung von 90 - 240 V oder mit einer externen 12 V DC-Stromversorgung (z.B. einem externen Batteriepack) betrieben werden, um Masseschleifen aufzubrechen.

Hohe Wiederholgenauigkeit und schnelle Inbetriebnahme

Temperaturänderungen von Messgeräten können die Dauer bis zur ersten genauen Messung und die Wiederholbarkeit der Messungen stark einschränken. Der MFIA schneidet in beiden Aspekten außergewöhnlich gut ab, wie die oben abgebildete Temperatur-Drift-Kurve und das Reaktanzdiagramm unten auf der Seite zeigen. Bereits 25 s nach dem Einschalten des Instruments können Sie die ersten Messungen machen.

Spannungs- und Strommessungen

Sowohl Spannungsmessungen als auch Strommessungen werden vom MFIA unterstützt. Das analoge Front-End verfügt über eine variable Eingangsimpedanz sowie eine AC/DC-Kopplungsauswahl, und die hochfrequente Analog-Digital-Abtastung bietet einen großen Oversampling-Faktor. Dies gewährleistet eine hervorragende Lock-in-Leistungsfähigkeit und hohe Signaltreue für das Scope.

Parametrischer Sweeper

Der Sweeper ermöglicht die Messautomatisierung durch Abtastung von Geräteparametern über einen definierten Bereich mit einer frei einstellbaren Anzahl von Abtastschritten, linear oder logarithmisch. Es ist auch möglich, die Frequenzabhängigkeit sowie die Variation von Vorspannungen oder Testsignalamplituden automatisch aufzuzeichnen. Eine Vielzahl von Anwendungsmodi ermöglicht die Ermittlung der optimalen Einstellungen, um in kürzester Zeit die genauesten Ergebnisse ohne mühsames manuelles Nachjustieren zu erhalten.

Das obige Beispiel zeigt einen Frequenzgang von 100 Hz bis 5 MHz eines 1 GΩ Widerstands in einer Dual-Plot-Darstellung. Das obere Diagramm zeigt den Absolutwert der Impedanz |Z| und den Widerstand Rp. Das untere Diagramm zeigt, wie die parasitäre Kapazität Cp über den gesamten Abtastbereich konstant bei etwa 30 fF bleibt. Gleichzeitig kann eine freie Wahl weiterer Parameter visualisiert werden.

Numerische Messwerte

Das Numeric-Tool zeigt alle Messwerte und Modellparameter in einem vom Benutzer konfigurierbaren Format an. Jede Impedanzeinheit bietet gleichzeitige Ansichten des Impedanzwertes, des zugrundeliegenden Stroms, der Spannungsmessungen und der vom Modell abgeleiteten Parameter (L,C,R usw.).

Plotter und SW-Trigger

Plotter und Software-Trigger sind Tools für die Analyse von Messdaten und Modellparametern im Zeitbereich. Der Plotter kann mehrere Datenströme kontinuierlich anzeigen. Bei einer Fensterlänge von 10 s beträgt die Zeitauflösung 10 μs. Der Software-Trigger erfasst und zeigt einzelne Aufnahmen basierend auf verschiedenen internen und externen Triggerbedingungen.

Der LabOne Plotter zeigt Impedanzdaten kontinuierlich an. Das obige Diagramm zeigt Daten von einem 100 mΩ Widerstand über 20 Minuten. Das Histogramm zeigt eine Standardabweichung von nur 6 µΩ.

Confidence Indicator

Alle Messdaten durchlaufen eine Plausibilitätsabschätzung, bevor sie in den LabOne-Tools erscheinen. Immer wenn die Messung durch Unterdrückungs-, Verstärkungs- oder Kompensationsfehler beeinträchtigt wird, wird ein Warnflag angezeigt, um darauf hinzuweisen, dass die Daten ungenau sein könnten. Je nach Art der Warnung werden Vorschläge zur Verbesserung des Messergebnisses gegeben.

Compensation Advisor

Um eine hohe Messgenauigkeit zu erreichen, müssen parasitäre Effekte, die durch die Prüfvorrichtung oder die Verkabelung zwischen Messgerät und Prüfling verursacht werden, kompensiert werden. Der Compensation Advisor von LabOne bietet eine Schritt-für-Schritt-Anleitung und einen effizienten Arbeitsablauf, um eine maximale Messleistung zu erreichen. Zusätzlich zur Short-Open (SO)- und Short-Open-Load (SOL)-Kompensation wird eine Vielzahl von alternativen Kompensationsschemata angeboten. Jeder Kompensationsschritt wird validiert und es erfolgt eine Rückmeldung, bevor die Daten zur Korrektur von Messfehlern herangezogen werden.

Das unten dargestellte Reaktanzdiagramm zeigt die Instrumentengenauigkeit für gegebene Frequenz- und Impedanzwerte. In dem breiten Kernbereich, der weiß gekennzeichnet ist, ist eine Genauigkeit von 0,05% zwischen 1 mHz und 500 kHz sowie 1 Ω und 1 MΩ (mit Einschränkungen zu höheren Frequenzen) angegeben. Der Messbereich erstreckt sich weiter mit einer reduzierten spezifizierten Genauigkeit von 0,1% und 1%, um einen Messbereich von 10 mΩ bis 1 GΩ abzudecken. Auch außerhalb dieses Bereichs sind wiederholbare Messungen möglich, aber die Genauigkeit kann unter 1% fallen.

Die Messung hoher Impedanzen bei niedrigen Frequenzen kann besonders schwierig sein, wenn Werte nahe der Netzfrequenz erzielt werden müssen. Eine angemessene Probenabschirmung zusammen mit einem Sinusfilter und der Möglichkeit des Batteriebetriebs liefert die genauesten Ergebnisse.