电子测量技术 教学课件 作者 文国电 电子测量技术教案《9》.ppt

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1、章节目录9.1电桥平衡条件9.2实际测量电路及测量误差9.3Q表9.4实训1第9章万用电桥和Q表本章要点直流电桥和交流电桥的平衡条件测量电阻、电容和电感的实际电路及测量误差Q表的组成及原理框图Q表的应用29.1电桥平衡条件9.1.1电阻器在测量电阻、电容和电感时，常常需要使用标准元件与之比，或者使用标准元件与被测元件一起组成谐振电路，使之与信号源谐振。实际电阻器除呈现电阻R外，由于电阻器的制造结构有分布电容C0和引线电感L0。3在低频率时，<<1，<<1，电阻器的阻抗为Z。Z=（9-1）令，由式(9-1)可见，分布电容C0和分布电感L0越小，则τ值就越小，电阻器的阻抗则越接近其标准电

2、阻。随着工作频率升高，电抗分量不可忽略，其复阻抗的特性会明显呈现出来。另外，工作在交流电路中的电阻器，由于集肤效应的存在，其交流等效电阻也会随频率升高而略上升，即直流电阻和交流电阻并不相等。4图9-1实际电阻器的等效电路5理想的电阻器不含电抗分量，流过它的电流与其两端的电压同相。实际的电阻器却总存在着一定的寄生电感。考虑了寄生电感L0之后，电阻器的等效电路如图9-1所示。在低频状态下，L0很小，故寄生电感L0的影响可以忽略；但在高频状态下，L0很大，故必须考虑L0的影响。69.1.2电容器实际的电容器并不是理想的纯电容，电容器的等效电路如图9-2所示。频率较低时，电容器呈现其静电电容

3、值；频率很高后，引线电感的影响大，阻抗特性愈加明显。如果忽略其损耗，等效电路可简化为图9-3，它可表示为：（9-2）式中C为等效电容；f0为电容器的固有频率；f为工作频率。7图9-2电容的一般等效电路图9-3高频等效电容89.1.3电感器实际的电感器也不是理想的纯电感，电感器的等效电路如图9-4所示。当工作频率较低时，电感器呈现固有电感值L0，随着频率升高，C0的影响增大。如果电感器的Q值很高，忽略其损耗时，它的等效电感(或称为有效电感)可表示为：（9-3）式中L为等效电感；f0为线圈的固有谐振频率；f为工作频率。当工作频率远低于线圈的固有频率时，其固有电容才不致影响有效电感的值。9

4、图9-4等效电感标准电感线圈的值一般在0.0001~1H的范围。10从上面分析电阻、电容、电感来看，一般电子元件的特性与工作频率直接相关。在选用元件时尽量要求其具有较高的标准性，电感器和电容器的损耗电阻愈小愈好。选择适当的工艺，减少分布参数，使电路的工作频率远离元件的固有谐振频率，这样才有利于提高设备的性能。测量电子元件时要在被测元件的实际工作条件下进行，使其能反映在工作条件下的真实参量值。119.1.4电桥的平衡条件在阻抗参数测量中，应用最广泛的是电桥法。电桥法又称指零法，它是利用指零电路来作测量指示器的，工作频段很宽。电桥法优点是能在很大程度上消除或削弱系统误差的影响，精度较高。

5、电路的基本形式由4个桥臂、一个信号源和一个零电位指示器三部分所组成的。12图9-5四臂电桥电路15页131．直流电桥的平衡条件四臂电桥电路如图9-5所示。当Z1、Z2、Z3、为纯电阻，其中Z1、Z2为固定电阻，Z3为可调电阻，US为直流电源时，A为电流计，这时电桥为直流电桥。在Z4位置上放置被测电阻，调节Z3当电桥平衡时，电流计指示为零，有下面的式子：I1Z1=I4Z4I2Z2=I3Z3I1=I2，I3=I4Z4Z2=Z1Z3（9-4）式（9-4）即为电桥平衡条件。142．交流电桥的平衡条件在测量电容、电感等元件参数时，如图9-5所示：Zl，Z2，Z3，Z4为复阻抗，US为纯正弦交流

6、信号源。指示器也是交流响应的。当流过指示器的电流为零时电桥达到平衡。电桥的平衡条件为：Z1Z3=Z2Z4或即（9-5）15交流电桥的平衡条件：一个是振幅平衡条件，一个是相位平衡条件。要使电桥完全平衡，两个条件就必须同时满足。实际电路中必须有两个可调节的元件。测量用的电桥，将一个臂接入被测阻抗，其余三个臂接入已知标称值的标准元件。为了使调节方便，一般只调整一个臂中的可调元件，而在其它两个臂安装固定值的标准元件。16臂比电桥：Z4为被测元件，选用Z1和Z2为已知值的标准元件，Zl／Z2为定值，调节Z3来使电桥达到平衡。臂比电桥适用于测量高阻抗元件，一般不用来测量电阻。如果Z1和Z2为纯电

7、阻，则φ1=φ2=0，电桥要平衡很明显有φ3=φ4，Z3和Z4必须是性质相同的电抗。臂乘电桥：Z1和Z3为已知值的标准元件，则Z1Z3的乘积为定值，调节Z2来使电桥达到平衡。臂乘电桥适用于测量低阻抗元件，一般不用来测量电阻。如果两相对臂Z1和Z3是电阻，则有φ1=φ3=0，应有φ2=-φ4。所以电桥的另外两个相对臂必须接入性质相反的电抗，电桥才能平衡。17电桥的指示器的灵敏度越高越好。灵敏度越高，就越能反映出被测元件值的差异。在电桥测量仪器的实际电路中，臂