检测与转换技术：第三章 阻抗测量1

1、第3章 阻抗（电阻、电容、电感）测量 阻抗测量是一种信号变换电路。3、1 电桥法直流电桥,四个桥臂纯电阻组成,精度高。输出为直流信号。交流电桥,四个桥臂为电阻或阻抗,输出为交流信号。电阻式、电容式、电感式传感器的输出信号检测常用的是不平衡电桥，把阻抗变化转换为电压信号输出。惠斯顿电桥电桥平衡条件:Z1Z3=Z2Z4相对两桥臂阻抗乘积相等。(或相邻桥臂阻抗比值相等)当阻抗为复数时平衡条件令Zi =Ri +JXi利用平衡电桥，通过调节电桥使电桥平衡，可以测量电桥中任一臂的阻抗。当电桥不平衡，把被测阻抗转换为电压信号进行测量。3、1、2平衡电桥1、利用平衡电桥，通过调节电桥使电桥平衡，可以测量电桥中

2、任一臂的阻抗。R1R2R3是精密可调节电阻。电桥平衡时，A、B、点电位相等。称零位式测量或比较式测量。电桥平衡时:（b）图适合测量 损耗因数较大的电容器。2、电桥法测电容量（采用交流电桥，信号源用正弦波信号）可测量电容器容量和损耗因数。（a）图适合测量损耗因数小的电容器。电容器损耗因数意义对并联等效模型的电容器，对于串联的等效模型电容器电容器损耗因数是衡量电容器质量的指标,D值小,电容器质量好。3、电桥法测电感量（a）适合测量Q值低电感（b）适合测量Q值高电感电感器品质因数值意义衡量电感器的性能。定义：谐振回路振荡一周期内储存磁能或电能的最大值与一周期内消耗能量之比。对串联等效模型的电感器Q值

3、是电感器的质量指标。Q值高，电感器损耗小。3.1.3 不平衡电桥原理： 电路结构，不接检流计的电桥。 把阻抗式传感器接入电桥，初始状态让电桥平衡，输出电压为0，当被测非电量变化时，引起传感器阻抗参数变化，使电桥不平衡，输出电压不为0,被测非电量的变化转化成电桥输出电压的变化，测量电桥输出电压，就可测得作用于传感器上的非电量。一、直流不平衡电桥采用恒压直流电源供电，电桥四桥臂只能接入电阻。当负载无穷大时。（1）电桥单臂变化（单臂等臂电桥） 电桥的一臂接入传感器，其余三臂为固定电阻，电阻值相等为R，单臂电桥灵敏度最低。单臂电桥输出：单臂等臂电桥的输出 (2)电桥相对两臂同向变化 R1= R3=R+

4、R， R2=R4 =R，为固定电阻 。电阻增量正负号相同，可以使输出电压Uo成倍地增大。输出信号： (3)电桥相邻两臂反向变化（半差动等臂电桥） 电桥横跨电源的相邻两臂接入差动电阻传感器， R2、 R3为差动电阻传感器， R1、R4为固定电阻 。电阻增量正负号相反，可以使输出电压Uo成倍地增大。输出信号：(4)电桥四臂差动工作（全差动等臂电桥） 电桥每对相邻的两臂均接入差动电阻传感器，全桥四臂差动工作方式的灵敏度最高，采用全差动等臂电桥、半差动等臂电桥非线性误差为0。输出信号：二、交流不平衡电桥(a)电阻平衡臂交流电桥(b)变压器电桥当两桥臂为电阻式传感器：当两桥臂为电感式传感器：当两桥臂为电

5、容式传感器： 上式都包含两参数的差与两参数的和的比，适用于差动式阻抗传感器的测量。三、有源电桥特点，带放大器的电桥，有源电桥与单臂电桥相比，输出电压线性度高，灵敏度高，输出电阻低。输出比单臂电桥成倍提高，消除单臂电桥的非线性，（负反馈改善放大器性能） i3ixi3i3i2i2i1i1ix3、2 阻抗电压转换1、欧姆法（恒流法）（a）图适合测量小电阻，（b）图适合测量大电阻图3-2-2 自举式R-U转换器反馈电阻式R-U转换器2、比例运算法输出与被测电容成反比。输出与被测电容成正比。输出与被测电容的差成正比。常用于差动式电容传感器。差动脉冲调宽法3、差动脉冲调宽法使用在差动电容传感器UE输出脉冲幅值3、3 阻抗频率转换器1、调频法原理：把R、L、C传感器接入振荡电路，使振荡频率随R、L、C变化。输出具有严重非线性特性。或固定电感，改变电容。差动电容式