第5章阻抗测量.ppt

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1、第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量第五章 阻抗测量5.1 概概 述述5.2 电阻的测量电阻的测量5.3 电感、电容的测量电感、电容的测量第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量5.1 概 述一、阻抗定义及其表示方法第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量 式中R和X分别为阻抗的电阻分量和电抗分量，和 。分别称为阻抗模和阻抗角。阻抗两种坐标形式的转换关系为和第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量导纳Y是阻抗Z的倒数，即其中第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量 分别为导纳Y的电导分量和电纳分量。导纳的极坐标形式为式中 和 分别称为导纳模和导纳角。第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量二、电阻器、电感器和电容器的基本特性 一个实际的

2、元件，如电阻器、电容器和电感器，都不可能是理想的，存在着寄生电容、寄生电感和损耗。也就是说，一个实际的R、L、C元件都含有三个参量：电阻、电感和电容。表511分别画出了电阻器、电感器和电容器在考虑各种因素时的等效模型和等效阻抗第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量将电感线圈接于直流电源并达到稳态时，则可视为电阻。如接于频率不高的交流电源时，则可视为理想电感L和损耗电阻rL的串联；当频率继续增高时，仍可将其视为L和rL的串联，但因Cf的作用，等效的rL和L将随频率而变；当频率很高时，Cf的作用显著，可视为电感和电容的并联。1电感线圈第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量固有角频率第第5 5章章 阻抗测量阻抗

3、测量当 时，Ldx为正值，这时电感线圈呈感抗；当ff0L时，Ldx为负值，这时呈容抗；当f=f0L(严格地说，f f0L)时，Ldx=0，这时为一纯电阻 由于Cf及rL均很小，故为高阻。当ff0L时，由式(5.4)可知，Rdx及Ldx均随频率的增高而增高。第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量2电容器a)电容器的等效电路 b)低频等效电路 c)高频等效电路图5.3 电容器的等效电路介质损耗电阻Rj由引线、接头、高频趋肤效应等产生的损耗电阻R电流作用下因磁通引起的电感L0。第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量当频率较低时，R和L0的影响可以忽略，电容器的等效电路可以简化为如图53(b)所示的电路，当频率很

4、高时，Rj的影响比R的影响小得多，L0的影响不可忽略，这时的等效电路如图5.3(c)所示，相当于一个LC串联谐振电路。如令 为固有谐振频率，当ff0C时，电容器呈感抗。第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量 一个实际的电阻器，在高频情况下，既要考虑其引线电感，同时又必须考虑其分布电容，故其模型如图所示。其等效阻抗为3电阻器 第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量令 为其固有谐振频率 当ff0R时，等效电路呈容性。第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量表5.11第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量 通常用品质因数Q来衡量电

5、感器、电容器以及谐振电路的质量，其定义为 对电感器而言，若只考虑导线的损耗，电感器的模型如表5.11中的22所示，其品质因数4Q值式中I和T分别为正弦电流的有效值和周期。第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量 对电容器而言，若仅考虑介质损耗及泄漏等因数，其等效模型如表5.1l中的32所示。其等效导纳为 ，品质因数为第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量 上式中的U和T分别为电容器两端正弦电压的有效值和周期。在实际应用中，常用损耗角 和损耗因数D来衡量 其质量。损耗因数定义为把导纳Y画在复平面上，如图5-5所示，图中 画出了损耗角 ，其正切为第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量a)并联等效电路 b)串联等效电路

6、 c)图a)所示电路的矢量图 d)图b)所示电路的矢量图图5.5 有损耗电容器的等效电路及矢量图对于无损耗理想电容器，而有损耗时则q 90。损耗角d=90-q，电容器的损耗越大，则d也越大，其值由介质的特性所决定。一般d l，故tandd。的相位差为q=90 第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量 从上述讨论中可以看出，只是在某些特定条件下，电阻器、电感器和电容器才能看成理想元件。一般情况下，它们都随所加的电流、电压、频率、温度等因素而变化。因此，在测量阻抗时，必须使得测量条件尽可能与实际工作条件接近，否则，测得的结果将会有很大的误差，甚至是错误的结果。三、阻抗的测量特点和方法阻抗的测量特点和方法

7、第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量1保证测量条件与工作条件尽量一致2了解R、L、C的自身特性过强的信号可能使阻抗元件表现出非线性，不同的温湿度会使阻抗表现出不同的值，尤其是在不同频率下，阻抗的变化可能很大，甚至其性能完全相反(例如，当频率高于电感线圈的固有谐振频率时，阻抗变为容性)。因此，测量时所加的电流、电压、频率、环境条件等必须尽可能地接近被测元件的实际工作条件，否则，测量结果很可能无多大价值。在选用R、L、C元件时，就要了解各种类型元件的自身特性。例如，线绕电阻只能用于低频状态，电解电容的引线电感较大，铁心电感要防止大电流引起的饱和。因此在测量时，要注意到各种类型元件的自身特性，选择合适的

8、测量方法和仪器。第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量 阻抗的测量方法众多，但常用的基本方法有4种，即伏安法、电桥法、谐振法(Q表法)和现代数字化仪器法。在直流或低频时使用的元件，用伏安法最简单，但准确度稍差；在音频范围内时，选用电桥法准确度较高；在高频范同内通常利用揩振法，这种方法准确度并不高，但比较接近元件的实际使用条件，故测量值比较符合实际情况。第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量52 电阻的测量电阻的测量一、伏安法一、伏安法a)第一种方案 b)第二种方案图5.6 伏安法测量直流电阻第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量二、三用表中的电阻档二、三用表中的电阻档1模拟式指针三用表中的欧姆挡当Rx=RT时，

9、I=Im/2，指针将处于表盘中央。故将RT称为中值电阻，可以证明这时是测量误差最小的情况第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量调零 极性 量程 第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量2数字多用表中的电阻挡表 图5.9中各量程电流，电压值第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量3微小电阻值的测量第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量4高值电阻的测量第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量由于高值电阻Rx很大，进行实际测量时要求：缓冲放大器必须有极高的输入阻抗。仪器的直流输入缓冲器采用级联型场效应对管作为高输入阻抗级。电路绝缘良好。为减少缓冲放大器、印制电路板等泄漏，对印制板材料、工艺、防潮等方面要采取措施。采用误差修正技术，修正

10、原理如图5.11(b)所示。其方法是V1导通，DVM对Ur进行测量。V2导通，对Rr和Z(等效泄漏电阻)的分压影响进行测量。S吸合，Rx接入分压电路后进行测量。最后通过计算，消去分压误差第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量三、电桥法三、电桥法 Zx Z4=Z2 Z3 Z4Z3Z2ZxUGiGi4i3ixi2ab第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量53 电感、电容的测量电感、电容的测量a 电桥法组成原理电桥法组成原理 1 电桥法电桥法 第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量b 电桥法测电容 第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量c 电桥法测电感 第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量2 谐振法谐振法(Q表表)回路总阻抗为

11、零 测量回路与振荡源之间采用弱耦合 第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量a谐振法测电感测量小电感量的电感时，用串联替代法 第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量测量较大的电感常采用并联替代法 第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量b.谐振法测量电容 1）直接法测电容 直接法测量电容的误差包含：分布电容(线圈和接线分布电容)引起的误差；当频率过高时，引线电感引起的误差；当回路Q值较低时，谐振曲线很平坦，不容易准确找出谐振点(电压表指示值最大)，产生的误差。第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量2）替代法测电容 Cx=C1-C2。用替代法测电容，可以消除由于分布电容引起的测量误差 并联替代法测小电容 串联接法测大电容

12、第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量3Q表的工作原理第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量3 数字化方法数字化方法1便携式数字万用表中的L、C测量t=RC t=L/R 第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量振荡周期T=0.011s 脉冲占空比q1100 第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量2台式数字万用表中的L、C测量1)电感电压(LU)变换器设标准正弦信号为ur=Ursinwt 第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量(1)Rx的测量(2)Lx的测量(3)Q值的测量U2N1=U1N2 第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量2)电容-电压(C-U)变换器设标准正弦信号为ur=Ursinwt 第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量3智能化LCR测量仪第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量自由轴法的测量原理方框图 第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量当前参数可测范围及准确度如下：电阻R：0.01m1018，准确度0.001。电容C：10-1920F准确度10-6。电感L：0.01nH20mH，准确度0.05%。第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量当前国内外几种典型产品的性能参数对比 第第5 5章章 阻抗测量阻抗测量本章讨论的各种阻抗测量仪器的分类、采用的方法、优缺点及频率覆盖范围等