电子测量 第6章 阻抗测量

1、第第6 6章章 阻抗测量阻抗测量 26.1 6.1 引言引言 6.2 6.2 阻抗标准阻抗标准 6.3 6.3 阻抗的模拟测量法阻抗的模拟测量法6.4 6.4 阻抗的数字测量法阻抗的数字测量法阻抗定义及表示方法 IUZIUZZ,RZ实轴+j-j电阻电感电容虚轴)sin(cosjZeZjXRIUZj电阻电阻电抗电抗理想电阻理想电阻考虑引线电感考虑引线电感考虑引线电感考虑引线电感和分布电容和分布电容RRRC0L0L0理想电容考虑泄漏、引考虑泄漏、引线电阻和电感线电阻和电感考虑泄漏、介考虑泄漏、介质损耗等质损耗等CCCR0R0L0R,0理想电感理想电感考虑导线损耗考虑导线损耗考虑导线损耗考虑导线损耗

2、和分布电容和分布电容LR0LC0LR0测量器件的寄生参数影响测量器件的寄生参数影响(1) 真值、有效值和指示值真值、有效值和指示值(2) 元件的影响因素元件的影响因素电阻器的频率响应电阻器的频率响应寄生电容C0R低阻值电阻低阻值电阻理想RR|z|高阻值电阻高阻值电阻理想RR|z|引线电感 RL0电感器的频率响应电感器的频率响应C0 LR0LC0R0C0的影响|z|理想 LR0理想 LC0的影响|z|R0普通电感普通电感磁心损耗高的电感磁心损耗高的电感电容器的频率响应电容器的频率响应L0的影响|z|R0理想 CR0CL0测试信号电平（测试信号电平（ACAC）的影响）的影响(AC)(AC)电平对铁

3、心电感器的影响电平对铁心电感器的影响(AC)(AC)电平对陶瓷电容器的影响电平对陶瓷电容器的影响测试电压测试电压(AC)高K值中K值低K值CoV测试电流测试电流(AC)LoI直流偏置电压对直流偏置电压对陶瓷电容器的影响陶瓷电容器的影响直流偏置电压直流偏置电流直流偏置电流对铁心电感器的影响对铁心电感器的影响直流偏置影响直流偏置影响高K值低K值CoV0直流偏置电流oLI0温度中K值高K值温度对温度对陶瓷电容的影响陶瓷电容的影响oC25温度的影响温度的影响时间老化对老化对陶瓷电容的影响陶瓷电容的影响Co1 10 102 103 10 4其他因素的影响其他因素的影响(1) (1) 电桥法电桥法321Z

4、ZZZxxZ2Z3Z1ZD图图6-2 电桥法电桥法QRXLXECOSC图图6-3 诣振法诣振法(3) 电压电流法 由测量的电压值和电流值计算被测阻抗由测量的电压值和电流值计算被测阻抗Z ZX X电流通过它所流经的电流通过它所流经的R RS S上的电压计算上的电压计算sxRVVIVZ211V1V2RSZXI图图6-4 电压电流法电压电流法(4) RF 电压电流法 (a)(a)低阻抗类型低阻抗类型 122212121121VVRRVRVVIIVIVZxRV1UV2RI1ZXIOSCRI2R(b) (b) 高阻抗类型高阻抗类型 RUV2V1ZXIOSCR 122/21221VVRRVVVIVZxR2

5、(5) 自动平衡电桥法 -+DUTDUTHLR虚地虚地V1II2I= I2V2= I2RZ =V1I=V1RV2V1I2=V2 图图6-6 自动平衡电桥法自动平衡电桥法(6) 网络分析法 输入信号输入信号反射信号反射信号定向耦合定向耦合器或电桥器或电桥OSCZXV1V2图图6-7 网络分析法网络分析法网络分析法网络分析法300KHz1101001K10K100K1M10M100M 1G10G10KHz70MHz10KHz110MHz1 MHz3GHzRF电压电流法电压电流法电压电压-电流法电流法法法谐振谐振法法0HZ300MHz电桥电桥法法20HZ110MHz自动平电桥自动平电桥法法 3. 3

6、. 测量连接测量连接头头常用的连接方法有：常用的连接方法有：u两端接线柱式（或香蕉插头）适用于两端接线柱式（或香蕉插头）适用于Q Q表等低表等低准确度谐振式阻抗仪器准确度谐振式阻抗仪器u有极性的同轴的连接头有极性的同轴的连接头u中性精密同轴连接头中性精密同轴连接头u三端连接头、四端连接头、五端连接头三端连接头、四端连接头、五端连接头 u四端对接头四端对接头 阻抗的连接图、示意图和测量范阻抗的连接图、示意图和测量范围围两端连接头两端连接头HpLCDUTLPHCH HC C 为电流高端为电流高端Hp Hp 为电位高端为电位高端L LP P 为电位低端为电位低端L LC C 为电流低端为电流低端连接

7、图连接图R0L0DUTVAR0L0C0示意图示意图三端连接头三端连接头HpLCDUTLPHC连接图连接图 示意图示意图R0L0DUTVAR0L0C0具有屏蔽的两端连接头具有屏蔽的两端连接头DUTVA四端连接头四端连接头HpLCDUTLPHCDUTVA1m 10m 100m 1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M1m 10m 100m 1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M4T4T(a)(a)连接图连接图(b)(b)示意图示意图)(c)(c)阻抗测量范围阻抗测量范围五端连接头五端连接头HpLCDUTLPHCDUTVA(a)(a)连接图连接图(b

8、)(b)示意图示意图DUTVA(c)(c)具有屏蔽的四端连接头具有屏蔽的四端连接头四端对连接头四端对连接头HpLCDUTLPHC(a) (a) 连接图连接图(b) (b) 示意图示意图DUTVA1m 10m 100m 1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M1m 10m 100m 1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M4TP4TP)(c) (c) 阻抗测量范围阻抗测量范围电阻计量标准器具分为一等和二等两个等级电阻计量标准器具分为一等和二等两个等级 一等电阻标准包括一等电阻标准包括1010-3-3，1010-2-2，1010-1-1，11，101

9、0，10102 2，10103 3，10104 4，10105 599个标称值及一个标称值及一等电阻标准装置。二等电阻标准除上述等电阻标准装置。二等电阻标准除上述9 9个标称值及个标称值及电阻标准装置外，还有电阻标准装置外，还有106106和和107107及其相应装置。及其相应装置。 电阻工作计量器具有电阻工作计量器具有1313个标称值个标称值, ,从从1010-4-4到到10108 8.每个标称值又有每个标称值又有0.000050.00005级到级到0.20.2级不等的级不等的7 7到到9 9个准个准确度等级。确度等级。 电压端子电压端子水水银银罩罩电流端子电流端子插入温度表插入温度表无感线

10、圈的无感线圈的锰铜电阻线锰铜电阻线(a) 构造构造电流端子电流端子电流端子电流端子电压端子电压端子(b) 外观外观图图6-8 6-8 标准电阻器标准电阻器标准电容器分为三等。一等和二等标准电容量具采标准电容器分为三等。一等和二等标准电容量具采用标称值分别为用标称值分别为1PF1PF，10PF10PF，100pF100pF和和1000PF1000PF的标准的标准电容器。它们的差别在不确定度和年稳定度。电容器。它们的差别在不确定度和年稳定度。三等标准电容量具采用标称值为三等标准电容量具采用标称值为1010-4-4PF-1FPF-1F的标准电的标准电容器。容器。端子端子1端子端子2接地端接地端(b)

11、外观外观水晶水晶极板极板蔽罩蔽罩端子端子1端子端子2接地端接地端(a)构造构造图图6-9 无损耗空气电容器无损耗空气电容器1.51.51 11 1线圈线圈大理石大理石(a)(a)构造面（剖面图构造面（剖面图 ）RLC(b)(b)等效电路图等效电路图图图6-10 6-10 标准电感器标准电感器jXRIUZ.xjYjBGZ1Y(6-8)(6-9)324xzzzz324xj3j2j4jxzzzz324x324xzzzzxZ2Z3Z4ZD交流电桥交流电桥(6-10)(6-11)(6-12)(6-13)图图6-11 6-11 精密万用电桥方框图精密万用电桥方框图平衡调节机构平衡调节机构测量桥路测量桥路平

12、衡指示电路平衡指示电路显示电路显示电路电源电源测量信号源测量信号源测量电阻测量电阻惠斯登电桥惠斯登电桥测量电容测量电容电容比较电桥电容比较电桥测量电感测量电感麦克斯韦麦克斯韦-韦恩电桥韦恩电桥海氏电桥海氏电桥s21xZwwZ电压比例臂构成的桥路电压比例臂构成的桥路xZSZ1W2W电流比例臂构成的桥路电流比例臂构成的桥路xZSZ1W2W1.I2.ID DD D图图6-12 6-12 谐振法测量原理图谐振法测量原理图CMVALLCCLCLXLC202000011011当回路达到谐振时当回路达到谐振时: :图图6-13 6-13 谐振法直接测电容谐振法直接测电容xCsC0f振振荡荡器器DML当当C

13、CX X较小时较小时 选择适当电感选择适当电感 L(L(不必为标准电感不必为标准电感) )，接入标准，接入标准可变电容可变电容C CS S（如虚线所示），调回路至谐振，然（如虚线所示），调回路至谐振，然后接入被测电容后接入被测电容C CX X21ssxCCC当当C CX X较大时较大时C CX X应和应和C CS S串联接入串联接入1221ssssxCCCCC并联替代法测量电感的原理图并联替代法测量电感的原理图信信号号源源sCLVxL12241sCfL222411sxCfLL)(411222ssxCCfLsCLVxL 串联替代法测电感串联替代法测电感 12241sCfL22241sxCfLL2

14、122214ssssxCCfCCL图图6-16 Q 6-16 Q 表的基本组成框图表的基本组成框图 xL高频振荡器sCxC2C1C1PV2PV1.U.2U1234jXRIUZ.xZsRsUxUUxZsRU.xUsU.接入标准接入标准阻抗阻抗R RS SssxxxssRUUIUZRUI,图图6-17 引入标准阻抗测试引入标准阻抗测试缓缓冲冲放放大大器器数字 显数字 显示器示器相敏检波相敏检波器器A/D转换器CPURAMROM相位参考基准相位参考基准xZsZ1S2S图图6-18 阻抗的数字测量法原理图阻抗的数字测量法原理图yxosy.U图图6-19 6-19 固定轴法矢量关系图固定轴法矢量关系图xxUxU.sUjXRIUZ.ssxxssRUUZRUI,sssUjUU0.sxysxxssxsxUUjUURUURZ.图图6-20 自由轴法矢量关系图自由轴法矢量关系图yxosyU.xxU.sxU.sUxyUxU2222.sysxsyxxsxxysysxsyxysxxxssysxxyxxssxsxUUUUUUjUUUUUURjUUjUURUURZxyxxxjUUU.sysxsjUUU.2 2 智能化智能化LCRLCR测量仪的测量仪的基本组成基本组成选择开关测试信号源可变衰减器相敏检波器放大器滤波器选择开关2积分器比较器单片微机