LCR數(shù)字電橋(qiáo)原(yuán)理(lǐ)及方法(fǎ)

L：電(diàn)感(gǎn)（為(wéi)了紀念物(wù)理學家(jiā)Heinrich Lenz），C：電容(róng)(Capacitor)，R：電阻(Resistance)，數字(zì)電(diàn)橋(qiáo)就(jiù)是能(néng)夠(gòu)測量電感，電容，電(diàn)阻(zǔ)，阻抗的儀器，這(zhè)是一個(gè)傳(chuán)統(tǒng)習(xí)慣(guàn)的(dí)說法，zui早的阻抗測(cè)量(liáng)用的是真(zhēn)正的(dí)電(diàn)橋(qiáo)方法

　　隨(suí)著(zhuó)現(xiàn)代(dài)模(mó)擬(nǐ)和(hé)數字(zì)技術(shù)的發(fā)展，早已經(jīng)淘(táo)汰(tài)了這種測量(liáng)方(fāng)法，但LCR電橋的(dí)叫(jiào)法(fǎ)一直(zhí)沿用至今。如果是(shì)使用了(liǎo)微(wēi)處理器(qì)的LCR電橋(qiáo)則叫(jiào)LCR數(shù)字電(diàn)橋。一般用戶又稱(chēng)這(zhè)些為：LCR測試(shì)儀(yí)，LCR電(diàn)橋(qiáo)，LCR表，LCR Meter等(děng)等。

數字電(diàn)橋(qiáo)(卷(juàn)名(míng)：電(diàn)工(gōng))

digital bridge

采用(yòng)數字技術測量(liáng)阻(zǔ)抗(kàng)參(cān)數(shù)的電橋。數(shù)字(zì)技術是將傳統(tǒng)的模擬量轉換為(wéi)數字(zì)量，再進(jìn)行數(shù)字運算，傳(chuán)遞和處理等(děng)。

1972年(nián)，上出現(xiàn)帶微(wēi)處理器(qì)的數字(zì)電容電(diàn)橋，它(tā)將(jiāng)模(mó)擬電路，數字電路與計算機(jī)技(jì)術結(jié)合在(zài)一起，為阻抗測(cè)量儀(yí)器(qì)開(kāi)辟(bì)了一條新(xīn)路。

原理(lǐ)

數字(zì)電(diàn)橋(qiáo)的測量對象(xiàng)為阻(zǔ)抗元(yuán)件(jiàn)的(dí)參數(shù)，包括(kuò)交流電阻R，電(diàn)感L及其(qí)因數Q，電(diàn)容C及其(qí)損耗(hào)因數(shù)D。因此，又常稱數(shù)字(zì)電橋為(wéi)數字(zì)式(shì)LCR測量儀(yí)。其(qí)測(cè)量(liáng)用頻率自工頻到約100千赫。基本(běn)測(cè)量誤差(chà)為0.02%，一(yī)般均(jūn)在0.1%左右。

數字電橋(qiáo)原理如圖所示(shì)。圖中DUT為被測件(jiàn)，其阻抗用Zx表示，Rr為(wéi)標準電阻器(qì)。切換開(kāi)關可分別(bié)測出(chū)兩(liǎng)者(zhě)的電壓Ux與Ur，於(yú)是(shì)有(yǒu)下(xià)式：

平衡式電(diàn)橋測(cè)試原理

Zx = Ux/Ix = Rr * Ux/Ur

此式(shì)為一相量(liáng)關(guān)係(xì)式。如使(shǐ)用(yòng)相敏檢(jiǎn)波器(PSD)分(fēn)別測(cè)出Ux和Ur對應於(yú)某一參考相量的同相(xiāng)量分量和(hé)正交分(fēn)量，然(rán)後經(jīng)模(mó)數轉換(A/D)器(qì)將(jiāng)其轉化為數字量，再(zài)由計算機進(jìn)行(háng)復數(shù)運算，即(jí)可(kě)得到組成被(bèi)測(cè)阻抗(kàng)Zx的電(diàn)阻(zǔ)值與電抗(kàng)值(zhí)。[2]

從(cóng)圖中的綫路(lù)及工作原理(lǐ)可(kě)見(jiàn)，數字(zì)電橋隻(zhī)是(shì)繼(jì)承(chéng)了電橋傳(chuán)統的稱呼。實際上(shàng)它已失去傳統經典(diǎn)交(jiāo)流(liú)電橋(qiáo)的(dí)組(zǔ)成(chéng)形式(shì)，而(ér)是在高(gāo)的(dí)水平(píng)上(shàng)回(huí)到以歐姆定(dìng)律(lǜ)為基礎的測(cè)量阻抗的電流表，電壓(yā)表的綫路和原(yuán)理(lǐ)中。

數字電(diàn)橋可用(yòng)於計量測(cè)試部(bù)門對阻抗量具的(dí)檢(jiǎn)定與(yǔ)傳(chuán)遞，以及在(zài)一般部(bù)門(mén)中對阻抗元(yuán)件的常(cháng)規測(cè)量。很多(duō)數字電橋帶有標(biāo)準(zhǔn)接口(kǒu)，可根據被(bèi)測(cè)值的準確度對(duì)被測元件進(jìn)行自動分檔；也(yě)可直接連(lián)接(jiē)到自(zì)動(dòng)測(cè)試係統(tǒng)，用於元(yuán)件生產綫上(shàng)對產(chǎn)品(pǐn)自(zì)動檢驗(yàn)，以(yǐ)實現生產過(guò)程的(dí)質(zhì)量(liáng)控製(zhì)。80年(nián)代(dài)中(zhōng)期，通(tōng)用的誤(wù)差(chà)低(dī)於(yú)0.1%的數(shù)字電橋有幾十種(zhǒng)。數(shù)字電橋正(zhèng)向著高準確(què)度，多功(gōng)能，高速，集成化以及智(zhì)能化(huà)程(chéng)度(dù)方麵(miàn)發(fā)展(zhǎn)。

使用方法

1． 加電

首(shǒu)先(xiān)將電(diàn)源綫(xiàn)帶IEC一(yī)端接到(dào)電(diàn)橋(qiáo)左(zuǒ)後方(fāng)的IEC插座上，另(lìng)一(yī)端插入(rù)合(hé)適(shì)的電源(yuán)插座上，搬動(dòng)電橋左後(hòu)方的(dí)船形開(kāi)關，即(jí)使電(diàn)橋通(tōng)電。通電(diàn)後，顯示器，量程及功(gōng)能(néng)指(zhǐ)示器隨(suí)之(zhī)變(biàn)亮。電橋可自(zì)動置於(yú)電感，電容測量檔(dàng)，並聯(lián)等(děng)效(xiào)及1KHz頻率(shuài)狀(zhuàng)態(tài)。正常情況下，內部電路(lù)加電幾秒(miǎo)鐘(zhōng)後即能穩定(dìng)，便可進行測量。

2．被測元件的接入方(fāng)法

⑴通常徑(jìng)向引綫的元(yuán)件可(kě)直接(jiē)插入組合測(cè)試夾夾板內(nèi)，而(ér)接(jiē)入(rù)特(tè)殊柔性引綫的(dí)元件時，應(yīng)借(jiè)助夾板離合(hé)器進行(háng)，該(gāi)離合裝置位於(yú)測試夾的正下方。

⑵接入軸向引綫(xiàn)元件(jiàn)時，為避免(miǎn)扭(niǔ)折引(yǐn)綫，可采(cǎi)用軸(zhóu)向轉接頭，先把這兩個(gè)配件(jiàn)分(fēn)別插入測試夾的(dí)兩端，再(zài)將其間距調正(zhèng)到適(shì)合元(yuán)件(jiàn)測(cè)量的位置，然(rán)後便將(jiāng)軸向引綫元(yuán)件插(chā)入兩端的(dí)配(pèi)件夾(jiā)內(nèi)。

⑶在軸向(xiàng)轉接頭必(bì)需(xū)相當牢固定的場(cháng)合(hé)，如在(zài)測(cè)量(liáng)大(dà)量的同類(lèi)元件時，需(xū)采用(yòng)支撐板(bǎn)。

安裝(zhuāng)支(zhī)撐(chēng)板：首先把(bǎ)軸(zhóu)向轉接(jiē)頭(tóu)調整(zhěng)到(dào)適當(dāng)的(dí)位置(zhì)上(shàng)，然後將(jiāng)支(zhī)撐板懸(xuán)置於軸向轉(zhuǎn)接頭(tóu)上(shàng)方，讓每個軸(zhóu)向轉接頭(tóu)穿過(guò)支(zhī)撐板(bǎn)上的槽(cáo)縫(féng)，放好(hǎo)支(zhī)撐(chēng)板，將(jiāng)固定螺釘對(duì)準(zhǔn)電橋(qiáo)麵(miàn)板(bǎn)上(shàng)的(dí)螺(luó)孔，zui後(hòu)上緊螺釘。注意(yì)：安(ān)裝(zhuāng)時不易(yì)將螺釘擰得過(guò)緊。

注(zhù)意：本(běn)電(diàn)橋(qiáo)雖(suī)能夠(gòu)對充電(diàn)電容(róng)接入測(cè)試進(jìn)行(háng)防(fáng)護(hù)，但應(yīng)將(jiāng)充電電容經適當電阻(zǔ)放(fàng)電(diàn)後(hòu)才進行(háng)測量。

3．使(shǐ)用中(zhōng)注意(yì)讀(dú)數(shù)及測量(liáng)條(tiáo)件顯(xiǎn)示(shì)

⑴儀(yí)器的6位顯(xiǎn)示(shì)不一(yī)定(dìng)全部是有(yǒu)效顯示，在(zài)某(mǒu)些測(cè)量中(zhōng)測量(liáng)數據(jù)的未尾值可能(néng)跳(tiào)動較(jiào)大，應(yīng)舍去這些跳(tiào)動數值，讀(dú)取其(qí)穩定值。

(2)一(yī)般使用自動量程(chéng)進行測量，以保證選(xuǎn)擇(zé)到(dào)正確的量(liáng)程，操(cāo)作(zuò)到手(shǒu)動方(fāng)式(shì)可以(yǐ)觀(guān)察實(shí)際(jì)工作量程。應用(yòng)於同批(pī)同種(zhǒng)測量元件的批量測試時，可以選擇(zé)量程(chéng)鎖定(dìng)模式工(gōng)作(zuò)。

(3)串(chuàn)--並(bìng)聯(lián)指示(shì)

雖然(rán)電橋具有(yǒu)顯(xiǎn)示串(chuàn)聯或並(bìng)聯(lián)等(děng)效(xiào)值(zhí)的(dí)選擇性(xìng)，但(dàn)在不利(lì)的Q值(zhí)情況下(xià)，用(yòng)上述(shù)兩種(zhǒng)方式均不可能(néng)獲得基本準確(què)度(dù)。當(dāng)需要改動(dòng)某(mǒu)一顯示(shì)方(fāng)式以(yǐ)便提高(gāo)基本準確(què)度(dù)時(shí)，電(diàn)橋通(tōng)過(guò)下(xià)標s表示串聯，下(xià)標p表示(shì)並聯(lián)。

(4)頻(pín)率(shuài)提示(shì)

200μF～2000μF的電容(róng)，200H～2000H的電(diàn)感(gǎn)，測量頻率(shuài)在100Hz隻能獲得(dé)基(jī)本準(zhǔn)確度。同(tóng)樣(yàng)，200pF～2nF的(dí)電(diàn)容和200μH～2mH的(dí)電感，隻有(yǒu)在1KHz測量頻(pín)率(shuài)上才(cái)能(néng)獲得基(jī)本準確度(dù)，因此獲得(dé)*測試(shì)，應選(xuǎn)擇(zé)zui合(hé)適(shì)的測試頻率。

(5)測試電(diàn)平顯示

高(gāo)K陶(táo)瓷(cí)電(diàn)容或(huò)高(gāo)導(dǎo)磁磁性(xìng)電(diàn)感(gǎn)器(qì)等(děng)，對測試信(xìn)號(hào)電平的大(dà)小較(jiào)為敏(mǐn)感，不同(tóng)的測試電平(píng)會(huì)產(chǎn)生相(xiāng)異的測量(liáng)結果。同時，測(cè)試電平越(yuè)低(dī)，測(cè)量(liáng)穩(wěn)定性越差(chà)。

4． 建議采(cǎi)用(yòng)的測量條(tiáo)件參(cān)考表

表 測量條件參考

元(yuán)件名稱 測量頻(pín)率(shuài) 串(chuàn)--並聯

電容(róng)<1μF 1KHz 並聯(lián)

電容(róng)≥1μF(非電(diàn)解電(diàn)容) 100Hz 並聯(lián)

電容(róng)≥1μF（電解(jiě)電容(róng)） 100Hz 串(chuàn)聯（SER）

電(diàn)感<1H 1KHz 串聯（SER）

電(diàn)感≥1H 100Hz 串聯(lián)（SHR）

電(diàn)阻<10KΩ 100Hz 串(chuàn)聯（SHR）

電(diàn)阻(zǔ)≥10KΩ 100Hz 並聯

當電橋在100Hz和(hé)1KHz頻(pín)率上，能(néng)同(tóng)時提供串(chuàn)聯(lián)和並聯等效元件值(zhí)時建(jiàn)議：一定型號(hào)和數(shù)值的元件(jiàn)應采用一(yī)定(dìng)的方(fāng)式(shì)進(jìn)行測量。這樣做是(shì)為(wéi)了獲(huò)得既於元(yuán)件的(dí)結構(gòu)形式，又於元件(jiàn)常用(yòng)的(dí)工作(zuò)方(fāng)式的測量。如大容量的電解電(diàn)容器(qì)，常(cháng)作為電源波濾元件，測量時(shí)會發(fā)現(xiàn)，1KHZ頻(pín)率上的電(diàn)容(róng)值(zhí)明(míng)顯低(dī)於(yú)100Hz頻(pín)率上的(dí)電(diàn)容(róng)值。這(zhè)種(zhǒng)現象是(shì)由於(yú)這(zhè)類(lèi)元件的幾何(hé)結構有關諸(zhū)因素(sù)所構成。因(yīn)此，電(diàn)解電容在100Hz頻率(shuài)上(shàng)測(cè)量(liáng)的電容值是zui有用的，電(diàn)解電容的損耗項通常在串聯(lián)等效電阻（ESR）上顯示，因此(cǐ)，應(yīng)該測(cè)量(liáng)其(qí)串(chuàn)聯電(diàn)容和串聯電阻值。