感测技术基础第三章 阻抗(电阻、电容、电感)的测量课件.ppt

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1、第3章阻抗(电阻、电容、电感)的测量阻抗的测量方法电桥法阻抗—电压转换法阻抗—频率转换法阻抗—数字转换法3.1电桥法3.1.1惠斯顿电桥图3-1-1普通的惠斯顿电桥平衡条件：戴维南定理：一个含有独立电压源、独立电流源及电阻的线性网络的两端，就其外部型态而言，在电性上可以用一个独立电压源V和一个二端网络的串联电阻组合来等效。3.1.2平衡电桥法图3-1-2平衡电桥法测电阻用途：常用在实验室作为精密测量的一种方法。缺点：为获得平衡状态，需要进行反复调节，不仅麻烦，而且测试速度慢，不能适应大量、快速测量的需要，也不适合电阻传感器的变化电阻的测

2、量。原理：利用电桥平衡时满足关系式：在三个阻抗已知时，可以求出另一阻抗的值图3-1-3测电容电桥测量损耗小的电容器测量损耗大的电容器图3-1-3测电容电桥图3-1-4测电感的电桥测量低Q值电感测量高Q值电感3.1.3不平衡电桥法用途：用于阻抗参数随被测非电量变化的电阻式、电感式和电容式三种阻抗式传感器。分类：直流不平衡电桥（恒压源供电、恒流源供电）交流不平衡电桥有源电桥原理：将阻抗参数值随被测非电量变化的阻抗式传感器接入电桥，初始状态即被测非电量为0时，让电桥平衡即输出电压为0，当被测非电量变化而不为0时，引起阻抗值变化，使电桥不平衡即

3、输出电压不为0.这样就把被测非电量变化转换为电桥电压变化。测出电桥电压，就可求出非电量。3.1.3不平衡电桥法一、直流不平衡电桥图3-1-5电阻传感器电桥的实例电桥单臂变化电桥相对两臂同向变化电桥相邻两臂反向变化电桥四臂差动工作R4R3R2R1电桥恒压源供电和恒流源供电的对比1.恒流源供电的优点：（1）电桥从恒压源供电改为恒流源供电，可以减小和消除非线性。（2）恒流源供电比恒压源供电更能消除温度变化的影响。2.差动电桥（差动式电阻传感器接在横跨电源的相邻两臂）优点：（1）提高灵敏度（2）消除非线性例1为什么差动式电阻传感器应接在横跨电

4、源的相邻两臂？对比可见，差动式电阻传感器接在横跨电源的相邻两臂，可消除非线性。图3-1-6两种交流电桥二、交流不平衡电桥此三个式子都包含两个参数的差与两参数的和之比。故变压器电桥和电阻平衡臂电桥都适合于差动式阻抗传感器图3-1-7有源电桥三、有源电桥有源电桥输出电压线性度高、灵敏度高、且具有很低的输出阻抗，在测温电路中得到了广泛应用。与单臂电桥相比，有源电桥输出电压成倍提高，且消除了单臂电桥的非线性。(a)(b)、(c)(d)3.2阻抗－电压转换法3.2.1欧姆法（恒流法）--让已知的标准恒定电流通过被测阻抗，把被测阻抗转换为电压来测量

5、。图3-2-1电阻－电压转换基本电路适合测小电阻适合测大电阻图3-2-2自举式R-U转换器自举式R-U转换器图3-2-3恒流桥式R-U转换器恒流桥式R-U转换器图3-2-4反馈电阻式R-U转换器反馈电阻式R-U转换器例2采用下图和一块量程1mA的电流表及一个10K欧电位器构成一个电子欧姆表，画出电路图，说明使用前调整方法，计算该欧姆表量程及电流表读数0.5mA时的Rx值。1234563.2.2比例运算法图3-2-5比例运算法测量电路(a)(b)(c)3.2.3差动脉冲调宽法图3-2-6差动脉冲调宽电路也称脉冲调制电路，C1和C2为差动电

6、容传感器的两个电容。双稳态触发器两端分别输出高电平UE和低电平0。图3-2-7脉冲调宽波形R1=R2图3-2-8差动电感脉冲调宽电路滤波器截止频率方波基波频率为使保留直流分量（平均值），须滤除基波及谐波，故滤波器应为低通滤波器，且截止频率应为3.3阻抗－频率转换法3.3.1调频法图3-3-1调频电路原理：把R、L、C参量接入RC或LC振荡回路，使振荡电路频率随R、L、C变化。调频电路具有严重的非线性关系，要求后续电路做适当的线性处理。调频电路只有在f0较大的情况下才能达到较高的精度图3-3-2差频电路优点：灵敏度高，可测量0.01pF甚

7、至更小的变化量。缺点：振荡频率受温度和电缆电容影响大。3.3.2积分法图3-3-3电阻－频率转换器所以转换器输出信号频率f与ΔR成正比，具有线性关系3.4阻抗－数字转换法3.4.1电阻－数字转换法图3-4-1单斜积分型一、单斜积分型（适合测高值电阻）单积分型计数结果的推导：由计数结果N即可得出被测电阻值二、双斜积分型A1用以增加积分器的输入阻抗，记忆电容C0和参考电容Cr用以消除偏移电压e1、e2、e3的影响。恒流源电流I一直不变。1.初始阶段，S1、S4、S5闭合，2.定时积分阶段（T1），S3闭合，对IRx定时积分3.定压积分阶段（

8、T2）,S2闭合，对IRN定值积分所以，T2仅与T1和RN有关，I的大小及偏移电压的影响均已消除，因而可实现较高精度的电阻测量。也可采用脉冲计数法测出T2,从而得出Rx3.4.2电感、电容－数字转换法图3-