Diseño medidor Impedancia desconocida

[juaperser1]

Buenas, estoy diseñando un medidor para impedancias desconocidas, no conozco si son capacitivas, resistivas o combinaciones de ambas (inductiva es muy poco probable).

Esta impedancia va a estar en un circuito de red a 230VAC, y quiero leerla simplemente conectando el aparato a la red sin tener que cortar el suministro de energia.
He pensado en varios sistemas, por ejemplo este de texas instruments:

https://www.ti.com/lit/ug/tidueu6a/tidueu6a.pdf?ts=1625918050499&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com%252F

Pero hay que tener muchas cosas en cuenta y cambiar los rangos de medida dependiendo de como sea esta impedancia.

Uno ideal para la tarea seria el integrado AD5933, pero este inyecta una tensión frecuencia variable montada sobre una continua , por lo tanto cuando queramos filtrar la alterna con un filtro paso de bajo, eliminaremos también esta tensión DC y dudo que pueda servir para esta aplicación.

Así que creo que lo mejor seria inyectar una tensión senoidal de frecuencia conocida y mayor que 50 Hz para conocer esta impedancia, filtrando con un paso de alta la tension a 50Hz. Sacar la variables ohmicas y capacitivas y calcular la impedancia a la frecuencia de 50Hz.

No se si me he explicado bien pero aqui va un ejemplo muy resumido:

 

Sin título.png
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Si eliminamos la alterna (mediante filtro paso de alto o lo que sea) e inyectando una tensión de unos 200Hz tendríamos lo mismo pero sin V3.

Ahora los AO U1 y U2 sirven para ver el desfase y calcular el ángulo de la intensidad con respecto a la tensión que consideraremos que es 0º.

 

Sin título2.png
(23.53 kB, 1051x646 - visto 319 veces)

Como se ve la intensidad estaría adelantada de la tensión en 3,1342uS lo que seria un ángulo para 200Hz de 360*3,1342uS*200 = 0,2256624º

por lo tanto el fasor de la intensidad seria I = Vrms |_0,2256624º (no se como poner el simbolo de los fasores xd)
y el fasor de la tensión de medida seria V = Vrms|_0º

segun la simulacion tengo V = 11.999 |_0 y I = 39,958uA |_ 0,2256º

lo que daría una impedancia equivalente de Z = 300290,30 |_-0,2256º el ángulo negativo indica que es una impedancia capacitiva.

Sacando la parte real e imaginaria tenemos Z = 300287,9722 - 1182,37j, a esto habría que restar la impedancia interna del aparato de medida que en este caso es 300K, o sea Z desconocida seria de 287,9722 - 1182,37j

si lo calculamos a mano para ver si es correcto tenemos:

 

Sin título3.png
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r4 = 100K
C1 = 1/(j2*200*pi*C) = -795,77j
R5 = 300K

R4//C1  = 6,3320 -795,7196j
R5 + R4//C1 = 300K + 6,3320 -795,7196j = 300006,3321-795,7196j

La parte real se podria decir que bueno vale, con los errores de medida y de tiempo tendriamos un error relativo de 0,094% pero la parte imaginaria se parece lo mismo que un huevo a una castaña:
Medido = - 1182,37j
Real = -795,7196j
Error(%) = 48%

¿Qué Estoy haciendo mal?

un saludo.

[Eduardo2]

El problema es el método de medición.   

La introducción de la R300k (250+50) hace que el desfasaje total sea muy bajo y en consecuencia difícil de medir con precisión.

El Bode de la impedancia es:

 

bode.jpg
(64.92 kB, 800x545 - visto 300 veces)

El rango de variación de la fase es de ~8° , que ya es bajo, y encima a 200Hz es una miseria (0.15°) lo que hace que el error de medición se dispare.  Además del problema que midiendo fase vas a tener dos soluciones.

Como si eso fuera poco, estás minimizando el problema que significan los 230Vca@50Hz. 
La tensión de línea no es senoidal pura sino que tiene contenido armónico mas disturbios. Normalmente son bajos, pero para la prestación del servicio no para esa medición.
Además que en su modelo tenés que incluir por lo menos una inductancia en serie, cuyo valor depende de la longitud de la línea + transformador de BT + etc

Un filtro te desfasa la señal --> no hay problema, se cuenta ese offset. Pero con los armónicos y los disturbios vas muerto porque lo que caiga en la banda de paso no lo podés filtrar.

Resumiendo: Ese método no es viable.