《电子测量EM08章节》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子测量EM08章节（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第八章 阻抗测量,8.1 概述,一、阻抗定义及表示方法,R：阻抗的电阻分量 X：阻抗的电抗分量（容抗/感抗）,Z的倒数Y称为导纳：,或,二、电阻器、电感器、电容器的电路模型,1，实际电阻 （高频时考虑引线电感和分布电容）,2，实际电感,较低频时仅考虑导线损耗：,Q：品质因数 I：正弦电流有效值 T：正弦电流周期,频率较高时还需考虑分布电容：,若损耗很小，可将R0取0，上式简化为,可得等效电感为,可见，实测得到的电感为等效电感，其大小与频率有关。,3，实际电容,较低频时仅考虑介质损耗：,高频时还需考虑引线电感、引线损耗：,可得等效电容为,小结： 不论测电阻、电感还是电容，实际并非理想器件，尤其在
2、高频情况下。且电阻本身的电阻值、电感本身的电感值、电容本身的电容值，也会随所加电压电流的大小、频率变化而轻微变化。因此，应尽量模拟实际工作环境来测量它们。 测量方法有：伏安法，电桥法，谐振法。 伏安法最简单，低频时认为是理想器件：,伏安法需考虑电流表内接法和外接法的方法误差。,8.2 电桥法测量阻抗,一、电桥平衡条件,因此电桥平衡需考虑阻抗模条件和阻抗角条件：,若Z1、Z4为纯电阻，则Z2、Z3须阻抗性质相同； 若Z1、Z3为纯电阻，则Z2、Z4须阻抗性质相反。,二、交流电桥的收敛性,调节的目的在于使,待测 电感,调节的目的在于使,待测 电感,（2）若调节R1、R2,调节R1：使B点水平运动；
3、 调节R2：使A维持原方向伸展。 故：需反复调整A、B向量方可平衡，收敛性不好。,三、电桥电路（举例）,1，电阻测量,待测 电阻,2，电容、电感测量 （特点：有两个相邻桥臂采用纯电阻）,（1）串联电容比较电桥,待测 电容,由平衡条件得：,调节R4、C4即可,（2）麦克斯威文氏电桥测量电感,待测 电感,由平衡条件：,调节C3、R3即可。但C3实际常采用高精度固定电容，故实际是依靠调节R3、R4实现平衡。,（3）其他电桥形式（P251图8.2-6）,四、电桥电源和指示器,电源：若含有谐波，将造成电桥无法平衡（若对基波分量达到平衡，则对谐波分量必定无法平衡）。 解决方法：采用高稳定度信号源；加装屏蔽
4、。,指示器： 耳机：与人耳灵敏度有关，工作在音频范围（1kHz） 放大器：采用选频放大器降低谐波和噪声影响 示波器：多采用李沙育图形，X通道接电桥电源，Y通道接电桥输出端，平衡时显示一条水平线。,五、电桥的屏蔽和防护,所有元器件都存在寄生电容现象，不可消除，只能尽量屏蔽，或尽量固定。,（1）接地屏蔽,图8.27 一点接地屏蔽方式,被短路,引入新的寄生电容，但数值基本不变,（2）单极屏蔽,被固定,依旧 可变,图8.28 单极屏蔽和双层屏蔽,被固定,六、电桥应用,P253 例1，PA灵敏度为10mm/uA，内阻100。 如图有R32000时，PA平衡，若R32005，则PA？,六、电桥应用,P25
5、4 例2，求Z4元件。,8.3 谐振法测量阻抗,一、谐振法测量阻抗的原理,串联,并联,谐振发生时：感抗容抗，回路呈纯阻性，,谐振条件：,则谐振发生时，C的端电压为：,其中,若以L端电压计算，则可得,如何利用谐振现象测阻抗：,谐振发生时，,若发生谐振，则回路电流达到最大。因此，若观察到Uc达到最大，则说明处于谐振状态，Uc为Us的Q倍。 上式：Us已知，Uc可测得，则Q值可求，又Q表达式中C、L、0已知，则R可求。,以上方法在判读Uc是否最大时误差大，为提高测量Q值准确度，常采用改进后的：变频率法、变电容法。,（1）变频率法（L、C固定，调输入信号）,电流幅度：,又：,则：,0L=1/0C,当很
6、接近0时，+02 则：,则：,其中,调整外加信号源的频率，使在半功率点处的角频率为1和2，此时,将上式与下式联立方程,解得,故：在此方法中，通过调整外加信号源的频率，找到半功率点的f2和f1（容易找到且准确度较高），又因为f0已知，故Q值可求得，进而R可求。,（2）变电容法（输入信号固定，调C）,在此方法中，外加信号源固定，通过调整C从而调整固有谐振频率0，找到半功率点的f2和f1（容易找到且准确度较高），又因为f0已知，故Q值可求得，进而R可求。,二、Q表原理,1，Q表是基于LC串联回路谐振特性的测量仪器； 2，图中左侧的信号源，本身有内阻抗 Zs=Rs+jXs，此内阻抗会影响Q表精度：,与
7、非谐振状态相比，谐振时Xs和X为零，而XXs，造成Us内压降的比例提高，输出到回路的端电压降低。 谐振时回路端电压降低，又会导致谐振点处曲线更平坦，更不易判读谐振点。,为降低信号源Us本身内阻抗 Zs=Rs+jXs 的影响，通常将Us转接变换后，再接入谐振回路，构成Q表： 电阻耦合法 电感耦合法 电容耦合法（C参与谐振，故C的调节造成结果计算复杂，一般不采用）,1，电阻耦合法构成的Q表,小阻值（0.020.2）的热电偶，被加热后可输出一个直流电动势，因阻值小故认为该电动势基本不变。,待测感抗,读出谐振时的Uco,读出谐振时的Ui,谐振时有：,又：,（P256式8.3-7）,上两式中，在调节Us
8、频率时，Uc的最大读数即为Uco，此时Us频率为fo(0)；Ui也可读出，C为已知，则Lx、Rx可求出（即图中Lx、Rx）。,实际上采用1块电压表测量Uco和Ui：,2，电感耦合法构成的Q表,L1与L2的分压比已知，且L2为小电感值（10-1010-3H），因阻值小故认为L2端电压基本不变。,待测感抗,读出谐振时的Uco,读出谐振时的Ui（根据分压比）,最后，同电阻耦合法，Q值可求，进而Lx、Rx可求。,8.4 利用变换器测量阻抗,为便于实现自动化测量和数字显示，通常需将被测量转化为电压量，通过测量电压得到被测量。 此处即讨论：如何将阻抗变换为电压进行测量。,待测阻抗,标准电阻,可见，求得电压
9、比值即可求得Rx和Xx。,一、电阻电压变换,运放为理想器件，则Uo等于Rb端电压。,Rx的值变换为电压后，经A/D进行数字化测量。,二、阻抗电压变换,图中：R1R2，RbRx，RbXx，因此：,实部分量：,虚部分量：,ZxRxjXx,若能分别求得上述分量，则：,下面讨论如何分离u1的实部和虚部。,电阻,电感,电容,设：,则u1的实部电压u1r和虚部电压u1i为,则：,+：Zx=Rx+jXx，感性 -：Zx=Rx-jXx，容性,鉴相器1做乘法u1us：,经滤波后，剩余第一项，与A中U1r成正比，求得U1r。,A,B,鉴相器2做乘法u1(us移相/2)：,经滤波后，剩余第二项，与B中U1i成正比，求得U1i。,u1的实部电压u1r和虚部电压u1i为,则：,+：Zx=Rx+jXx，感性 -：Zx=Rx-jXx，容性,A,B,【EM08结束】,
