电子测量第六章(1108)

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1、第6章　阻抗测量6.1概述6.2阻抗标准6.3阻抗的模拟测量法6.4利用变换器测量阻抗6.1概　　述6.1.1阻抗的定义及其表示方法阻抗是描述网络和系统的一个重要参量。对于图6.1-1所示的无源单口网络，阻抗定义为式中，　和　分别为端口电压和电流相量。在集中参数系统中，表明能量损耗的参量是电阻元件R，而表明系统储存能量及其变化的参量是电感元件L和电容元件C。在阻抗测量中，测量环境的变化、信号电压的大小及其工作频率的变化等都将直接影响测量的结果。例如，不同的温度和湿度将使阻抗表现为不同的值，过大的信号

2、可能使阻抗元件表现为非线性，特别是在不同的工作频率下，阻抗表现出的性质会截然相反，因此，在阻抗测量中，必须按实际工作条件(尤其是工作频率)进行。一般情况下，阻抗为复数，它可用直角坐标和极坐标表示，即式中，R和X分别为阻抗的电阻分量和电抗分量，

3、Z

4、和θz分别称为阻抗模和阻抗角。阻抗两种坐标形式的转换关系为和R=

5、Z

6、cosθzX=

7、Z

8、sinθz导纳Y是阻抗Z的倒数，即分别为导纳Y的电导分量和电纳分量。导纳的极坐标形式为:Y=G+jB=

9、Y

10、ejj式中，

11、Y

12、和j分别称为导纳模和导纳角。6.1.2电

13、阻器、电感器和电容器的电路模型一个实际的元件，如电阻器、电容器和电感器，都不可能是理想的，存在着寄生电容、寄生电感和损耗。也就是说，一个实际的R、L、C元件都含有三个参量：电阻、电感和电容。表6.1-1分别画出了电阻器、电感器和电容器在考虑各种因素时的等效模型和等效阻抗。其中，R0、R0′、L0和C0均表示等效分布参量。6.2阻抗标准一电阻标准1）标准概况电阻计量标准器具分为一等和二等两个等级一等电阻标准包括10-3Ω，10-2Ω，10-1Ω，1Ω，10Ω，102Ω，103Ω，104Ω，105Ω9个

14、标称值及一等电阻标准装置。二等电阻标准除上述9个标称值及电阻标准装置外，还有106Ω和107Ω及其相应装置。电阻工作计量器具有13个标称值,从10-4Ω到108Ω.每个标称值又有0.00005级到0.2级不等的7到9个准确度等级。电压端子2）标准电阻器水银罩电流端子插入温度表无感线圈的锰铜电阻线(a)构造电流端子电流端子电压端子(b)外观图6-8标准电阻器其电阻材料须具备三条件：电阻值稳定；电阻的温度系数小；对铜的热电动势小。采用锰铜材料无感线圈，装入圆筒容器。由于存在与引线接线的接触电阻等问题，把电

15、压和电流端子独立设置。其准确度为±5×10-5。二电容标准1）标准概况标准电容器分为三等。一等和二等标准电容量具采用标称值分别为1PF，10PF，100pF和1000PF的标准电容器。它们的差别在不确定度和年稳定度。三等标准电容量具采用标称值为10-4PF-1F的标准电容器。标准电容器电介质要求：频率和温度的变化不引起电容量变化；介电损耗小；绝缘良好，耐反压高。满足条件的有空气电容器和云母电容器。2）标准电容器端子1端子2接地端(b)外观水晶极板蔽罩端子1端子2接地端(a)构造无损耗型空气电容器三电感

16、标准1）标准概况采用标称值为1μH-10000H的标准电感器作为标准电感量具。标准电感量具分成0.01级、0.02级、0.05级、0.1级、0.2级、0.5级和1.0级，对应的级别指数a为0.01，0.02，0.05，0.1，0.2，0.5和1.0，对应的最大允许误差δ和年稳定度γ为a%。2)标准电感器1.511线圈大理石(a)构造面（剖面图）RLC(b)等效电路图6.3阻抗的模拟测量法只是在某些特定条件下，电阻器、电感器和电容器才能看成理想元件。一般情况下，它们都随所加的电流、电压、频率、温度等因素

17、而变化。因此，在测量阻抗时，必须使得测量条件尽可能与实际工作条件接近，否则，测得的结果将会有很大的误差，甚至是错误的结果。测量阻抗参数最常用的方法有伏安法、电桥法和谐振法。6.3.1伏安法伏安法是利用电压表和电流表分别测出元件的电压和电流值，从而计算出元件值。该方法一般只能用于频率较低的情况，把电阻器、电感器和电容器看成理想元件。两种测量方法都存在着误差。图(a)测得的电流包含了流过电压表的电流，它一般用于测量阻抗值较小的元件；图(b)测得的电压包含了电流表上的压降，它一般用于测量阻抗值较大的元件。图

18、6.1-3伏安法测量阻抗若被测元件为电感器，则由于ωL=U/I，有若被测元件为电容器，则由于1/ωC=U/I，有在低频情况下，若被测元件为电阻器，则其阻值为6.3.2电桥法测量阻抗电桥的基本形式由4个桥臂、1个激励源和1个零电位指示器组成。图中Z1、Z2、Z3和Z4为四个桥臂阻抗，Zs和Zg分别为激励源和指示器的内阻抗。1电桥平衡条件在图6.2-1所示的电桥电路中，当指示器两端电压相量BD=0时，流过指示器的电流相量=0，这时称电桥达到平衡。故Z1Z