LCR数字电桥测量内容、工作原理以及使用方法
LCR数字电桥可提供稳定的6位测试分辨率,10Hz-300kHz的频率范围、0.01V-2.0V可编程信号电平、高达30次/秒的测量速度、9级精细量程、恒定的30Ω或100Ω源内阻及灵活人性的操作方式, 可满足生产线质量保证、进货检验及实验室.
一、LCR数字电桥测量内容
LCR数字电桥可用于计量测试部门对阻抗量具的检定与传递,以及在一般部门中对阻抗元件的常规测量.很多数字电桥带有标准接口,可根据被测值的准确度对被测元件进行自动分档;也可直接连接到自动测试系统,用于元件生产线上对产品自动检验,以实现生产过程的质量控制.80年代中期,通用的误差低于0.1%的数字电桥有几十种数字电桥正向着更高准确度、更多功能、高速、集成化以及智能化程度方面发展.
二、原理
数字电桥的测量对象为阻抗元件的参数,包括交流电阻R、电感L及其品质因数Q,电容C及其损耗因数D.因此,又常称数字电桥为数字式LCR测量仪.其测量用频率自工频到约100千赫.基本测量误差为0.02%,一般均在0.1%左右.
数字电桥原理如图所示.图中DUT为被测件,其阻抗用Zx表示,Rr为标准电阻器.切换开关可分别测出两者的电压Ux与Ur,于是有下式:
LCR电桥的原理及使用方法
Zx = Ux/Ix = Rr * Ux/Ur
此式为一相量关系式.如使用相敏检波器(PSD)分别测出Ux和Ur对应于某一参考相量的同相量分量和正交分量,然后经模数转换(A/D)器将其转化为数字量,再由计算机进行复数运算,即可得到组成被测阻抗Zx的电阻值与电抗值.
从图中的线路及工作原理可见,数字电桥只是继承了电桥传统的称呼.实际上它已失去传统经典交流电桥的组成形式,而是在更高的水平上回到以欧姆定律为基础的测量阻抗的电流表、电压表的线路和原理中.
数字电桥可用于计量测试部门对阻抗量具的检定与传递,以及在一般部门中对阻抗元件的常规测量.很多数字电桥带有标准接口,可根据被测值的准确度对被测元件进行自动分档;也可直接连接到自动测试系统,用于元件生产线上对产品自动检验,以实现生产过程的质量控制.80年代中期,通用的误差低于0.1%的数字电桥有几十种.数字电桥正向着更高准确度、更多功能、高速、集成化以及智能化程度方面发展.
三、使用方法
1、加电
首先将电源线带IEC一端接到电桥左后方的IEC插座上,另一端插入合适的电源插座上,搬动电桥左后方的船形开关,即使电桥通电.通电后,显示器、量程及功能指示器随之变亮.电桥可自动置于电感、电容测量档,并联等效及1KHz频率状态.正常情况下,内部电路加电几秒钟后即能稳定,便可进行测量.
2、被测元件的接入方法
⑴通常径向引线的元件可直接插入组合测试夹夹板内,而接入特殊柔性引线的元件时,应借助夹板离合器进行,该离合装置位于测试夹的正下方.
⑵接入轴向引线元件时,为避免扭折引线,可采用轴向转接头,先把这两个配件分别插入测试夹的两端,再将其间距调正到适合元件测量的位置,然后便将轴向引线元件插入两端的配件夹内.
⑶在轴向转接头必需相当牢固定的场合,如在测量大量的同类元件时,需采用支撑板.
安装支撑板:首先把轴向转接头调整到适当的位置上,然后将支撑板悬置于轴向转接头上方,让每个轴向转接头穿过支撑板上的槽缝,放好支撑板,将固定螺钉对准电桥面板上的螺孔,最后上紧螺钉.注意:安装时不易将螺钉拧得过紧.
注意:本电桥虽能够对充电电容接入测试进行防护,但最好应将充电电容经适当电阻放电后才进行测量.
3、使用中注意读数及测量条件显示
⑴仪器的6位显示不一定全部是有效显示,在某些测量中测量数据的未尾值可能跳动较大,应舍去这些跳动数值,读取其稳定值.
(2)一般使用自动量程进行测量,以保证选择到正确的量程,操作到手动方式可以观察实际工作量程.应用于同批同种测量元件的批量测试时,可以选择量程锁定模式工作.
(3)串--并联指示
虽然电桥具有显示串联或并联等效值的选择性,但在不利的Q值情况下,用上述两种方式均不可能获得基本准确度.当需要改动某一显示方式以便提高基本准确度时,电桥通过下标s表示串联,下标p表示并联.
(4)频率提示
200μF~2000μF的电容,200H~2000H的电感,测量频率在100Hz只能获得基本准确度.同样,200pF~2nF的电容和200μH~2mH的电感,只有在1KHz测量频率上才能获得基本准确度,因此获得最佳测试性能,应选择最合适的测试频率.
(5)测试电平显示
高K陶瓷电容或高导磁磁性电感器等,对测试信号电平的大小较为敏感,不同的测试电平会产生相异的测量结果.同时,测试电平越低,测量稳定性越差.
4、建议采用的测量条件参考表
表 测量条件参考
元件名称 测量频率 串--并联
电容<1μF 1KHz 并联
电容≥1μF(非电解电容) 100Hz 并联
电容≥1μF(电解电容) 100Hz 串联(SER)
电感<1H 1KHz 串联(SER)
电感≥1H 100Hz 串联(SHR)
电阻<10KΩ 100Hz 串联(SHR)
电阻≥10KΩ 100Hz 并联
当电桥在100Hz和1KHz频率上,能同时提供串联和并联等效元件值时建议:一定型号和数值的元件应采用一定的方式进行测量.这样做是为了获得既最适合于元件的结构形式,又最适合于元件常用的工作方式的测量.如大容量的电解电容器,常作为电源波滤元件,测量时会发现,1KHZ频率上的电容值明显低于100Hz频率上的电容值.这种现象是由于这类元件的几何结构有关诸因素所构成.因此,电解电容在100Hz频率上测量的电容值是最有用的,电解电容的损耗项通常在串联等效电阻(ESR)上显示,因此,应该测量其串联电容和串联电阻值.