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1、戚凤梅:交流电桥的误差因素分析17交流电桥的误差因素分析AnalysetheErrorFactoroftheExchangingBridge戚凤梅(泰州市计量测试技术研究所,江苏泰州225300)摘要:交流电桥是由电阻、电容或电感等元件组成的桥式电路,交流电桥路的平衡还与电桥交流电源的频率有关,因此影响交流电桥的测量误差因数较多。关键词:直角误差;检测器不灵敏区;引线阻抗;寄生导纳;电源频率交流电桥在无线电仪器设备以及自动控制电路中有L1=R2R4C3广泛应用,如交流电桥可以测交流电阻、电感、电容;电容C3R1=R2(1)器的介质损耗,线圈间的互感系数和耦合系数等
2、,但它与C4直流电桥相比,除了有与直流电桥类似的误差,还有交流Q1=C4R4电桥特有的误差。下面就与直流电桥不同点,进行讨论。考虑各残余分量后,除被测的第一臂外,其余三臂各1直角误差元件均应改记为阻抗,此时电桥平衡方程式成为:实际中不能得到理想的电路元件,每种实际元件都(R1+jL1)(1+jtg3)=jC3[R4(1+j4)+含有一定残余分量,即电阻中的残余电抗(常用时间常数1(1+jtg4)]∀[(R2(1+j2)](2)来表征)、电容中的泄漏电阻(用损耗角正切tg表征)jC4和电感中的直流电阻(用品质因数Q表征)。这时每个L∃2式中:2###R2的时间常数
3、2=;元件实际都是一个复数阻抗,而我们在表观上只把它们R2作为某个单一参量的元件,这时便会引起误差,由于残余tg3###C3的损耗因数tg3=C3R∃3;参量与表观参量成90角,故通常称为直角误差。为了tg4###C4的损耗因数tg4=C4R∃4求出直角误差,须将各残余正交分量全部代入平衡方程L∃44###R4的时间常数4=式求解。R4例!串联欧文电桥的直角误差各表达式中带%∃&号的参量为残余分量串联欧文电桥电路如图1所示,它常用于电感的准解(2)式,并且考虑到(1)式,在求R1时,应用了L1确测量,未考虑直角误差时的平衡方程为:∋R2R4C3;在求L1
4、时,应用了R1∋R2C3/C4。解得1)JCC3R4X4R1+jL1=R2(R4+3RJC41=R2[1-(2-tg3+4+2tg4)]C4X4R4X4R42L1=R2R4C3[1+(2-tg3+tg4-24)]R4X4(3)为有残余正交分量时的被测量表达式。比较(3)和(1)式可见,式中第二项为误差项,显然各元件残余分量值影响此误差的大小,此外还应注意,误差还和复数臂的两个表观分量(R4和X4)的比例有关,而且这个比例的改变若使其中一个被测分量的误差减小,图1串联欧文电桥另一被测分量的误差便增大。这一特点具有普遍性。按道理说,上述比例究竟怎样选择应视哪个是主
5、要可求得第一臂各参量被测分量而定。但实际由于受其它一些因素制约,这一点往往不能做到。就以串联欧电桥为例,考虑到(1)式,上述比例18)计量与测试技术∗2008年第35卷第5期R4同时,死角!还不是一个常数,因为检测器的鉴幅=C4R4∋Q1X4电压UD是一定的,随着被测cd的减小,!就逐渐增即被测电感的品质因数,因此测L1和R1时的直角大,如图2中的!1就大于!。实际上,由于图2可见有:误差,决定于被测元件本身的Q值而不能由人为地配置UDsin!∋(4)复数臂参数来减小。从这个意义上说,测高Q电感时电UCD感测量误差小,但这时需要高值的标准电阻R4,可是阻Ucd的减
6、小使sin!增大,当调节到第j次,!角增大值太高的电阻准确度低,并且泄漏影响也增大。因而实到!j而与收敛角∀相等时,检测器已分辨不出调节和没际只用这种电桥测空心标准电感,Q值也就不会太高,调节的差别,如图3,则这时的不平衡电压便是输出电压这时测L1的误差项系数1/Q便上升。Ucd的最小值:要减小直角误差,只有减小元件的残余正交分量,但永远不能得到真正完全无残余分量的理想元件。一般地说,电阻的时间常数可以做得很小,在精密测量领域中都-8-9可以在10~10或者更小,相对来说影响较小,而电-4-5容的损耗因数却很难小于10~10,相对影响就比较大。2检测器不灵敏区(死区)的影响电桥
7、输出的不平衡电压小到一定数值时,检测器受图3其灵敏度阈的限制将不能反应。与直流电桥不同,交流电桥需要被检测器检出的是一个电压相量Ucd,如图2UDUD所示,若检测器为鉴幅型,它能分辨的最小电压值为
8、UCD
9、min=sin!max∋sin#(5)UD,则Ucd,变至Ucd或Ucd,检测器所能反映的都和Ucd收敛角越大,
10、UCD
11、min越小,最好情况是收敛角为一样,即分辨不出它们三者在幅值上和相位上的差别。90。进一步说,Ucd相量端点在以UD为半径的圆
