实验七阻抗测量的研究

1、1 / 8实验七阻抗测量的研究、实验目的 、利用软件平台设计虚拟阻抗测试仪，掌握阻抗测量的基本方法；、通过对虚拟阻抗测试仪进行标定，掌握测量结果的评价方法。二、实验原理1、阻抗测量的基本原理阻抗测量一般是指电阻、电容、电感及相关的值、损耗角、电导等参数的 测量。阻抗的测量方法有很多，有电桥法、谐振法、伏安法、自动平衡电桥法 以及网络分析法等，这些方法各有优缺点，在这里主要介绍伏安法。伏安法又称为电压电流法，是阻抗测量最经典方法之一。根据欧姆定理， 可测量未知阻抗上的交流电压值和流过它的电流值计算出被测阻抗值：其中：Uz阻抗ZX两端压降Uz的有效值；IZ流过阻抗ZX电流的有效 值；z阻抗ZX的模

2、；ju压降Uz的初相角；ji电流i的初相角；jUz与i的相位差，伏安法阻抗测试原理图图中：为被测阻抗，为采样电阻。为幅值可调信号源（频率可调）UUs_ - _ZXR+ jX = ZeJUzejjujjiIze由图可知:zs2 / 8RJ+ ZxRs令被测阻抗Zx= Rx+ jx，则有:UUsRs+ Rx+ jxRs3 / 8Rx=电容为：C = 1/ xw所以只要测量出U、Us和相位差j，就可以计算出被测电容C。将这些值带入上述的有关计算式，即得到最终的测量结果。U、Us和j (= ju- jus)可以通过运算获得。具体方法是：对u(t)、us(t)进行同步采集，得到u(i)和us(i) (i

3、 = 1|N)序列分别进行运算，可得到二者的有效值U、Us与初相角j。将这些值带入式()和式()中，即得到阻抗中的电阻分量和电容分量 值得提出的是：对信号进行运算的前提条件是须对该信号在一个周期内均 匀采样，且采样点数为，否则运算结果出现误差。注意：以上仅介绍了含、分 量的复阻抗测试方法，但该方法同样适用于含、分量的阻抗的测量。2、实验箱面板图介绍图中：、分别接信号源的输出；第列是个标准电容的并联，第列是个开关，分别控制各电容的接通与断 开，其中最后个开关掷到“”位置表示没有电流从其它电容通道流过;T曰于是:Ux=UsRs* sinj=arctg = arctg1wRC阻抗测量装置面板如下图所

4、示4 / 8第列是个不同阻值的标准电阻，第、列是个开关，分别控制各标准电阻的 接通与断开，其中最后个开关掷到“”位置表示没有电流从其它电阻通道流过;第列是个不同阻值的采样电阻，第列是个开关，分别控制各采样电阻的接 通与断开；需要测量哪一路的电阻或电容，就要把开关掷向“”位置，否则开关掷向“”位置。在测量电容时，所有电容是并联的，按所测电容的大小拨开关。若 不测电容，把电容开关这一列除最后个掷向“”位置外，其它掷向“”位置。 标准电阻通道的选择也是同样的；、分别数据采集卡的通道、通道和地（已经在实验箱内接好）。三、实验内容1虚拟阻抗测试仪的设计（）设计总体要求：在给定的硬件平台上，设计虚拟阻抗测

5、试仪进行阻抗测量。（）虚拟阻抗测试仪的设计）编写双路输入信号的采集子程序编写基于凌华数据采集卡的双通道数据采集子程序，一路为信号源两端电 压值（），另一路为采样电阻两端的电压值（），同时将采集到的两路数据放入数组中。注意：信号源输出正弦交流信号的电压的峰峰值W。虚拟面板设计要求：输入控制型控件：采样速率设为V,采样总点数输出显示型控件：图形控件显示采集的双路波形。信号采集程序面板见下 图所示。）编写输入信 号 频 率 的 计算子程序要求：用过零法计算输入信号的每周期点数和频率，并将结果显示出来。虚拟面板设计要求：5 / 8信号频率计算的面板见图所示。信号频率计算的面板）编写双路采集信号的电压有

6、效值及相位差的计算程序要求：利用软件平台提供的库函数函数分别计算两个信号的有效值和相位， 将计算结果显示出来。注意：为减小实验结果的误差，必须保证每周期采样点数为，即采样频率 与输入信号的频率的比值要为。若信号频率为，一周期采样点数为点，则采样 速率为X=虚拟面板设计要求：在图所示面板的基础上增加输出显示型控件：分别显示双路信号的有效值1和相位及两路信号的相位差。I图所示计算双路信号相位差和有效值程序的面板。）根据公式计算阻抗并显示出来。虚拟面板设计要求：在图所示面板的基础上增加输出显示型控件： 显示计算出的阻抗 （包括电 容和电阻） 。）综合以上步骤整理成完整的虚拟阻抗测量仪将以上编写的子程序连接，即可完成虚拟阻抗测试仪的设计，面板如图所 示。在图所示面板每周期采样点数和信号频率。计算双路信号相位差和有效值程序面板6 / 8阻抗测试仪仪器面板2、利用设计好的虚拟阻抗测试仪测量个标准电阻。记录数据并填入表。3、利用电阻和电容的理论值对虚拟阻抗测试仪进行评价。记录数据并填入表。可自行多测几组数据，分析当输入信号频率、标准电容、标准电阻、采样电 阻为何值时，虚拟阻抗测量仪测量结果才