元器件参数测试ppt课件

2.3阻抗的测量电阻R、电感L和电容C是电路的3种基本元件，在测量技术中，许多传感器如电阻式、电感式和电容式传感器是将被测量转换为电阻、电感和电容输出的。本节研究R、L、C元件的阻抗及这三种元件参数的测量方法。,1,2.3.1概述1.阻抗定义阻抗是描述一个元、器件或电路网络中电压、电流关系的特征参量，其定义为：(2-50)理想的电阻只有电阻分量，没有电抗分量；而理想电感和理想电容则只有电抗分量。电感电抗和电容电抗分别简称为感抗XL和容抗XC，表示为：(2-51),2,2.电阻、电感和电容的等效电路实际的电阻、电感和电容元件，不可能是理想的，存在着寄生电容、寄生电感和损耗。下图是考虑了各种因素后，实际电阻R、电感L、电容C元件的等效电路：图2-17电阻R、电感L、电容C元件的等效电路,3,2.3.2直流电阻测量从测量角度出发将电阻分为小电阻-如接触电阻、导线电阻等中值电阻大电阻，如绝缘材料电阻。电阻的测量方法很多，按原理可分为：1.直接测量法2.比较测量法3.间接测量法也可分为电表法电桥法谐振法利用变换器测量电阻等方法。,4,1.电表法电表法测量电阻的原理建立在欧姆定律之上，有如下三种方法伏特-安培表法(简称伏-安法)欧姆表法三表法,5,2.电桥法测量直流电阻最常用的是电桥法。电桥分为直流电桥和交流电桥两大类，直流电桥主要用于测量电阻。直流电桥由四个桥臂、检流计和电源组成，其原理电路如图2-21所示。,6,直流电阻电桥,7,3.直流小电阻的测量测量小电阻时，因为被测电阻本身阻值很小，在接入仪表时的接线电阻、接触电阻不可忽略，必须采取措施减少或消除这些因素对测量结果的影响。(1)直流双电桥(2)数字微欧计(3)脉冲电流测量法,8,4.直流大电阻的测量常用的大电阻测量方法有冲击电流计法、高阻电桥法，兆欧表法等。大阻值电阻测量时要注意防护(安全防护和测量防护)。(1)冲击电流计法冲击电流计法测量原理如图2-23所示。图中Rx为被测电阻。当开关S倒向“1”时，电容C被充电t秒，其上的电压和电荷量分别为：(2-63),9,图2-23冲击法测量大电阻原理,10,取Qc的级数展开式的前两项，故有：(2-64)由此得(2-65)t秒后，开关S由“1”倒向“2”，冲击电流计测出Qc为：(2-66)式中CQ为冲击电流计的冲击常数，为电流计的最大偏转角。于是有：(2-67),11,(2)高阻电桥法高阻电桥法利用如图2-24所示的六臂电桥，通过电路变换并结合四臂电桥的基本平衡条件就可推得关系式为：(2-68)高阻电桥测量范围为。被测电阻值小于时，测量误差为0.03，被测电阻值为时误差为0.1。这种电桥的供电电压在501000V范围。,12,图2-24高阻电桥测量原理,13,2.3.3交流阻抗及L、C的测量如2.3.1节中分析，在交流条件下，R、L、C元件必须考虑损耗、引线电阻、分布电感和分布电容的影响，R、L、C元件的实际阻抗随环境以及工作频率的变化而变。测量交流阻抗和L、C参数的方法有传统的交流电桥，也可以用变量器电桥和数字式阻抗测量仪等仪器来测量。,14,1.交流阻抗电桥图2-25是交流阻抗电桥原理图。由4个桥臂阻抗Z1、Z2、Z3和Z4，1个激励源U和1个零电位指示器G组成。,图2-25交流四臂电桥,15,电桥平衡条件调节各桥臂参数，使零电位指示器读数IG=0，则电桥处于平衡，可得：(2-69)设Z1为被测阻抗Zx，则电桥平衡后Zx可从其他三个桥臂阻抗求得。根据复数相等的定义，上式必须同时满足：(2-70),16,因此，在交流情况下，电桥四个桥臂阻抗的大小和性质必须按一定条件配置，否则可能不能实现电桥平衡。交流电桥至少应有两个可调节的标准元件，通常是用一个可变电阻和一个可变电抗，大多采用标准电容器作为标准电抗器。需反复调节可调标准元件，以使(2-70)式成立，调节交流电桥平衡要比调节直流电桥平衡麻烦得多。,17,(2)电桥电路及元件参数的测量交流阻抗电桥有多种配置形式，各有特点和适用范围。此处仅以串联电容电桥为例说明。图2-25中，若Z1和Z2为串联电容，Z3和Z4为纯电阻，则构成串联电容电桥或称维恩电桥。根据电桥平衡条件得：上式两边必须同时满足实部相等和虚部相等条件，因此可以解得：(2-71),18,2.变量器电桥交流四臂电桥适用于在低频时测量交流电阻、电感、电容等，且使用不太方便。变量器电桥可用于高频时的阻抗测量。变量器电桥有变压式、变流式和双边式三种结构，双边式是前两种结构形式的组合。,图2-26双边式变量器电桥,19,3.数字式阻抗测量仪传统的阻抗测量仪是模拟式的。主要采用电桥法、谐振法和伏安法进行测量，缺点较多。测量技术的发展，要求对阻抗的测量既精确又快速，并实现自动测量和数字显示。近年来，由于高性能微处理器的使用使得现在的阻抗测量仪向数字化、智能化方向发展。,20,图2-27阻抗测量原理,矢量阻抗测量原理目前带有微处理器的数字式阻抗测量仪多采用矢量阻抗测量法，根据被测阻抗元件两端的电压矢量和流过它的电流矢量计算出其矢量值。,21,如图2-27(a)所示，若已知被测阻抗的端电压和流过被测阻抗的电流矢量，则可精确求得被测阻抗：(2-75)若在图2-27(a)中，将被测阻抗Zx与一标准阻抗Zb串联，如图2-27(b)所示，则可得：(2-76)可见，这样就将对阻抗Zx的测量变成了测量两个矢量电压的比。,22,被测阻抗Zx两端电压x与标准阻抗Zb两端电压b的矢量关系如图2-28所示。图中，(2-77)若(2-76)式中Zb用标准电阻Rb代替，则(2-78),23,图2-28矢量关系图,可见，只要知道两个电压矢量在直角坐标轴上的投影，则经过标量运算，就可求出被测阻