电容与介质损耗角正切的测量(下)教案资料.ppt

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1、电容与介质损耗角正切的测量(下)高频下相对介电系数和介质损耗角正切的测量频率增高电阻臂电感、电容桥臂间杂散电容影响严重普通电桥测试误差加大甚至不能测试特殊电桥谐振法集中参数谐振(一般高频)分布参数谐振(特高频)双T电桥一、双T电桥1.原理2.能用于高频测量的原因一、双T电桥1.双T电桥的原理两个并联的T型网络TT平衡条件：I0+I0’=0即C，D等电位，因此电路可等效如图：I0I0’四端网络一、双T电桥回路总电流并联支路电压I0同样可得：所以：一、双T电桥因此，可以根据上式，在Z2(或Z2’)上并联被测电容，用替代法两次测量可以确定被测电容容值和损耗角正切值。Z2或

2、Z2’并联被测电容一、双T电桥Z1，Z3为电容CZ2为辅助线圈和标准可调电容C2Z1’为电容C1Z3’为无感电阻RZ2’为辅助线圈和标准可调电容C3被测试样接入aa’端时，利用替代法两次测量，利用两次平衡方程实部和虚部相等可以推导aa’端作为测量端，有：同理，bb’端作为测试端，有：一、双T电桥C21、C31——接试样时，电桥重新平衡时的C2、C3。C20、C30——不接试样时，电桥平衡时的C2、C3；一、双T电桥2.双T电桥用于高频测试且能获得高精度的原因：(1).分布电容影响较小B，D接地，不存在对地分布电容A，C两点对地电容：与电源和指示器并联AE、EC、AF

3、、FC间的杂散电容对电容测量无影响，对损耗角的影响可以估计出来。E，F分布电容采用替代法可以减弱aa’端作为测量端，有：(2).结构上可以作得很对称，可以抵消一些影响。2.双T电桥用于高频测试且能获得高精度的原因：(3).仪器结构紧凑，连接导线短，接头采用同轴型连接器等，使这种电桥不需要特殊屏蔽措施。适用的频率范围可达到250MHz二、谐振法1.谐振法的基本原理2.四种常见的谐振法：变电阻法、变电导法、变Q值法、变电纳法（或失谐法）1.谐振法的基本原理串联谐振电路等效电抗：某一频率使得此时为串联谐振。串联谐振角频率串联谐振频率串联谐振时，电路的特殊现象：电流值最大，

4、且与电压同相。电感及电容两端电压模值相等二者大小相等，方向相反激励源电压全部加于电阻上。若：则：谐振时电感电压有效值和电容电压有效值都将远大于激励电压的有效值阻抗的模最小串联谐振电路激励供给电路的能量全转化为电阻发热。为了维持振荡，激励必须不断供给能量补偿电阻的发热消耗，与电路中总的电磁场能量相比每振荡一次电路消耗的能量越少，电路的品质越好。谐振时，电感电压与电容电压等值异号，即电感电容吸收等值异号的无功功率，使电路吸收的无功功率为0；3.电场能量和磁场能量都在不断变化，但此增彼减，互相补偿，这部分能量在电场和磁场之间振荡，全电路电磁场能量总和不变；串联谐振时，电路

5、的特殊现象：串联谐振电路谐振时，电磁场总能量不变，应等于电场（或磁场）能量的最大值：定义谐振电路的品质因数为：回路的Q值可达几十到几百。谐振时电感线圈和电容两端的电压可以比信号源电压大几十到几百倍，所以又叫电压谐振。1.谐振法的基本原理基于回路谐振特性而建立的测试方法。理论上讲，其准确度不如交流电桥。测试电路简单，不需特殊屏蔽、保护，使用方便。由于其使用方便，在高频测量中最常采用。集中参数谐振电路通常采用电感、电容组成谐振回路；与高频信号作松耦合进行测试；试样电容与调谐电容器并联；谐振指示器用（伏特计）与试样电容并联。1.谐振法的基本原理1.变电阻法2.变电导法4.

6、变电纳法(失谐法)5.变Q值法(谐振升高法)3.变频法测tgδ由于具体方法和线路不同分为五种：替代法测电容：不接试样，调电容使电路发生谐振，电容读数为C1，接试样，调电容使电路发生谐振，电容读数为C2，2、谐振法——变电阻法2.接入试样。1.闭合开关，可变电阻短路。3.改变C使谐振。谐振电流：基本特点：谐振回路中串联一可变的标准电阻。步骤：1.接入试样，闭合开关，调C使电路谐振。谐振发生时，电流表的读数最大。谐振法——变电阻法损耗较小2.取出试样，打开开关，调C使电路谐振，此时电容为C2，同时调节R使回路电流仍为I0’，此时电阻为R。简单数学推导得：变电阻法误差的来

7、源由于串联电阻的存在，使线圈L和标准调谐电容器C不能同时接地，因而杂散电容将并联于R和安培计上。随着频率的增加，误差也随之增加，此法适合于较低的频率场合。谐振法——变电导法与调谐电容并联的电导代替回路中串联的电阻其测量方法与变电阻法完全相同1.接入试样，打开开关，调C使电路谐振。2.取出试样，闭合开关，调C使电路谐振，此时电容为C2，同时调节R使回路电流仍为I0’，此时电阻为R。谐振法——Q表法变Q值法（谐振升高法或Q表法）（1）变Q值法的电路原理高频信号源：产生一定频率信号，且连续可调指示部分：谐振电压伏特计和回路电流安培计测量回路：标准电感和可变电容组成谐振