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阻抗的测量

发布日期:2017-12-15 10:23:58 【关闭】
摘要:阻抗的测量是一个很复杂的问题。阻抗的大小、性质、工作频率、使用场合以及测量准确度要求的不同,测量方法大不一样。在电气测试中,阻抗元件一般工作在直流或不太高的频率下,但阻抗元件也并非纯理想元件,每个元件与测量线路也都可能或多或少地伴有寄生电容和损耗存在,其等效电路是相当复杂的。有些元件的阻抗常是非线性的,或者是可变的,这就给测量增加了困难。

   阻抗的测量是一个很复杂的问题。阻抗的大小、性质、工作频率、使用场合以及测量准确度要求的不同,测量方法大不一样。在电气测试中,阻抗元件一般工作在直流或不太高的频率下,但阻抗元件也并非纯理想元件,每个元件与测量线路也都可能或多或少地伴有寄生电容和损耗存在,其等效电路是相当复杂的。有些元件的阻抗常是非线性的,或者是可变的,这就给测量增加了困难。

    阻抗的测量除采用电气指示仪表测量外,还经常采用伏安法、电桥法。

   一、伏安法

   从欧姆定律可知,一个电阻R 上施加一恒定电压U,可以根据所通过电流I的大小得到R的数值(R =U/I)。也可以给电阻R 通一恒定电流I,而根据其两端电压U 的大小得到R 的数值(R =U/I)。这是一种最简单的方法,关键在于电路的设计要注意减小测量误差,施加的电流或电压的大小以不致改变电阻的热状态为限,测量的持续时间应该是越短越好。

 

gooxian-电极绕组电阻的一种测量电路

   在自动化测量中,特别是小电阻的测量中,多数采用在被测电阻上施加一恒定电流的方法,图6.16是这种方法的一个应用实例。图6.16是电机绕组的冷态和热态电阻的带电自动测量方法之一。计算机控制3个继电器J1,J2,J3,轮流接通恒流源(100mA),分别测量绕组 AB,B C,C A 的电压降,然后计算出各绕组的阻值。

   需要注意两个问题:一是各触点的接触电阻(变化的)不会给测量电路带来误差。在信号取出电路,因为程控放大器的输入阻抗很高,触点电阻相对很小,所以不会引起误差,测量准确度主要取决于恒流源的准确度。二是对于kW 级的电机来说,100mA 只相当于电机额定电流的几十分之一,不会改变电机的热状态。

   电感,电容的伏安测量法与此类似,但较复杂。

   二、电桥法

  在频率较低的情况下,应用电桥法可以比较精确地测量电阻、电容和电感的数值,但是需要采用多种精密可调的阻抗元件。

  电桥的类型很多,其主要分类有两种:① 根据供电电源的不同,有交流电桥和直流电桥之分,直流电桥测量电阻;交流电桥测量电感和电容。② 根据电桥的输出状态不同,有平衡电桥和不平衡电桥之分,平衡电桥测量固定不变的阻抗;不平衡电桥用来测量连续变化的阻抗。

  图6.17为四臂交流电桥,电桥的平衡条件为

 

gooxian-电桥平衡条件

   所以,要使交流电桥达到平衡,至少要有2个元件能够调节。

   只有四臂均为电阻,上式才可简化为

   R2R3 =R1R4

   的条件下,才有可能只调节一个元件使电桥达到平衡,这是一种特殊情况。由于每个桥臂的阻抗组合不同,可得到不同的电桥,也就有不同的平衡条件。

   不平衡电桥的准确度虽然相对来说低一些,但是在非电量电测中却经常得到应用。

   三、虚实部分离法测量阻抗

   由于微电子技术的发展,当前虚实部分离法测量阻抗的方法得到了广泛应用,而且特别适合于大批量元件的自动化测量。

  图6.18是这种方法的原理框图。图中Zx =Rx+jXx 为待测阻抗,Es 为电源电压  ,Rs为已知电阻,gooxian-已知电阻运算放大器增益为 K,其输出电压E0 与电源电压Es,均加到相敏整流器1(鉴相1)上,它们的瞬时值分别为

gooxian-瞬时值

gooxian-瞬时值1

 

gooxian-测量阻抗

  

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