用数字积分式冲击电流计测量电容与高阻.doc

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1、用数字积分式冲击电流计测量电容与高阻冲击电流计常用于测量电量,而不是电流。例如,电路在短时间内脉冲电流所迁移的电量、静电电量等。本质上讲，是对脉冲电流的积分测量。因此冲击电流计还可间接地测量磁感应强度、电容、电阻等。本实验采用新型的数字积分式冲击电流计进行测量。其原理是对输入的脉冲电流信号，用高速数字电路进行采集，计算其面积。这种方法相对于一般的电容积分峰值保持式测量电路，具有很大的优势，原因是干扰脉冲对整体面积的影响可以被很大程度上均和而抵消，但对于峰值保持式积分器，干扰脉冲将严重影响其测量结果。本实验

2、将通过电量的测量，学习电量与电流、电压、电容、电阻等物理量的关系。通过比较法测量电容和放电法测量高阻，拓展冲击电流计的应用，丰富了电磁学实验的内容。【实验目的】1、学习数字积分式冲击电流计的使用方法。2、比较法测量电容。3、掌握RC放电法测量高阻的原理，并测量高阻。【实验仪器】1、DQ-3数字积分式冲击电流计2、DHDQ-3A冲击法电容与高阻测量仪，含标准电容、待测电容、高值电阻、直流电源、放电开关、同步计时秒表等。【实验原理】1、用冲击电流计测量电容的原理在图1中，电源E用于给电容提供充电电源。要求其具

3、有较高的电压稳定度，且其内阻要足够小。开关K1用于换向，需要时可以进行正反向测量，以提高测量准确度。开关K2用于选择充电与测量，K3用于选择标准与被测电容。对K2、K3开关的要求是绝缘电阻要高、断路间隙小、接触抖动小，否则抖动和漏电阻将可能会影响测量结果。K3置于“标准”，K2置于“充电”，则电源E对标准电容CN充电。标准电容CN上所充电量为：Q0=CNU。将K2置于“测量”挡，则CN向冲击电流计Q放电，由于冲击电流计具有一定的内阻，故而在一定的时间内完成放电。冲击电流计完成电量的测量，并显示。将K3置于

4、“被测”，K2置于“充电”，则电源E对标准电容CX充电。被测电容CX上所充电量为：QX=CXU。将K2置于“测量”挡，则CX向冲击电流计Q放电。冲击电流计完成电量的测量，并显示。忽略漏电阻和电源E的变化，则有Q0/QX=CN/CX。由于CN为已知值，故可求得：（1）2、RC放电法测高阻图1用冲击电流计测量电容图2用冲击电流计测量高阻高阻一般是指大于106Ω4的电阻。用数字电阻表或伏安法测量高电阻时，因为数字表的输入电流或因电流非常小的原因，造成测量失准。借助于高性能的数字冲击电流计，用放电法测量高阻是一种

5、较为准确的方法。将待测高阻与已知电容组成回路，在电容放电时测量电容上的电量（或电压）随时间的变化关系，确定其时间常数，在已知标准电容容量的情况下，可确定高阻的阻值。其原理如图2所示。在图2中，开关K2、K3是一个双刀三位开关，其绝缘电阻高、断路间隙小、接触抖动小，测量工作过程如下：CN充电：K3置于“标准”，K2置于“充电”，假设E的内阻为5欧，标准电容的值为1uF，则时间常数为5us，在30～50us内，电容充电完成。所以只要将K2置于“充电”位置很短时间，就可认为充电完成。同时K2的另一组开关接通计时

6、器S的“复位”端，计时表示值回零。CN放电：K3置于“高阻”端，一组开关接至CN不变，另一组开关接至“开始/停止”端，准备进行计时。将K2置于“放电”端，RX就并联到CN两端，电容开始放电；同时，K2的另一组开关接通计时器S的“开始/停止”端，计时器开始计时。由于K2的两组开关是联动的，所以确保了放电与计时的同步性。由于K2、K3使用了高绝缘性能的开关，而且CN本身的绝缘电阻很高，所以实验中切换开关时，开关动作快慢并不会明显影响计时准确度，这降低了操作难度，并提高了测量准确性。测量：放电一段时间后，将K2

7、切换到“测量”端，CN向冲击电流计放电，并断开RX，以免在冲击电流计测量期间CN向RX放电。同时K2的另一组开关再次接通计时器S的“开始/停止”端停止计时；也由于K2的两组开关是联动的，所以确保了冲击电流计测量与计时停止的同步性。在上述的测量过程中，设放电时间为t，则在t时刻电容C上的电量Q、电压U和RC回路中的电流I之间满足：；其中其中负号表示随着放电时间的增加，电容器极板上的电荷Q随之减少。注意：Q、U、I三个量都是时间的函数。设初始条件为：t=0时，Q=Q0，则电容上电量随时间的关系：。即(2)式中

8、RC称为时间常数，一般用τ表示，其物理意义为：当t=τ=RC时，电容上的电量由t=0时的Q0下降到0.368Q0，它决定放电过程的快慢。τ时间常数越大，放电越慢；反之，τ越小，放电越快。对应的放电曲线见图3QlnQQQ00.368图3Q～t曲线图4lnQ～t曲线对(2)式取自然对数有：　　　　(3)根据式（3）可知Q与t成线性关系，见图4。其直线斜率就是，根据已知标准电容值就可以求得R的大小。【实验内容】1、用冲击电流计测量电