维普资讯 http://www.cqvip.com 1 4 L R 量仪的工作原理和使用技巧 C测 L R测量仪的工作原理和使用技巧 C 汪 源 浚 ( 中国工程物理研究院工学院,四川绵阳,6 10 ) 2 90 摘 要 文章介绍 了 L R测量仪的工作 原理 和使用技巧 ,并列举 了使用时应注意的 问题 。 C 关键 词 L R测量仪 :阻抗 :导纳;相位角 ;数字 电流表 ;数字 电压表 ;鉴相器 C 为适应 电阻、电感、 电容及其组合器件生产厂家的检测需要,生产 电子仪器的各公司推出了多种 , 型号 的测量 仪器 。例如 惠普 公司 的 lP4 6 B型 L R 测量 仪 、致茂 公司 的 3 5/2 2型 自动变 压器 测 i 23 C 2 03 5 试 系统 和 S e hnHwa 司 的 L Z型测 量 仪等 都属 于 此类 仪器 。这 些仪 器具 有检 测速度 快 、测量 精确 度 公 C 高和测量过程 的自动化等忧点,非常适合对产品批量生产 的监测。也能用于新产品的开发和科研工作 中。 下面以惠普公司的 H 23 P4 6B型 L R测量仪为例来介绍一下这类电子仪器的工作原理、使用技巧 C 和应 注 意 的 问题 。 1 L R测量 仪检 测元器件 的原理 C 根据待检测元器件实际使用的条件和组合上的差别,L R测量仪设有两种检测模式:串联模式和 C 并联模式。串联模式 以检测元器件的阻抗 z为基础,其基本原理如 图 l 所示;并联模式以检测元器件 的导纳 Y 为 基础 ,其 基本 原理 如 图 2所 示 。 图 1串联模式原理 图 图 2 并联模式原理图 图 l 图 2中的 V 为仪器 内部的正弦波信号源 ,R 为信号源 的内阻,V 为数字电压表 ,A数字 和 s s 电流表。除此之外仪器 内部还装有在 图中未画 出的数字鉴相器。当用户将待测元器件接到仪器上之后, 数字 电流表将测 出流过待测元器件的电流 I 数字 电压表将测出待测元器件两端的电压 V , ,数字鉴相器 将测 出电压 v与 电流 I 之间的相位角0 。检测结果被存储在仪器 内部微型计算机的三个存储单元中。 有了 v、I K三个数据,仪器 内部微型计算机就会 自 、o 动地算 出用户所要检测 的参数。 收稿 日期 :2 0 .1 9 0 7 1- 2 维普资讯 http://www.cqvip.com 20 0 8年 3月 第1 期 教 学 与 科 技 1 5 2 仪器能够检测 的参数 在仪 器使 用 说 明书 中 ,列有 如表 1所 示 的测 量参 数选 择表 。表 中 P may为主 参 数栏 ,Scn a i r r eodr y 为次 参数 栏 。表 中的 z 为阻抗 ,Y 为导 纳 ,R 为 电阻 ,G 为 电导 ,C p为 并联 电容 ,Cs 串联 电容 , 为 L p为并 联 电感 ,L 为 串联 电感 ,0 电压 相 对 于 电流 的相位 角 ,x 为 电抗 ,B为 电纳 ,D 为损 失 因素 , s 为 Q 为 品质 因数 ,Rp为 并联 电阻 , 为 串联 电阻 。 在用 户对 元 器件 或 两 个元 器件 的组合 件 作检 测 之前 ,必须 根据 它们 的持 点 ,从主 参 数栏 中选 择 一 个 待测 的主参 数 ,从 次参 数栏 中选择 一个 待测 的次参 数 。一 个 主参 数搭 配一 个 次参 数 ,共有 2 0个组合 方案可供选择 。一次测量完成后 ,仪器 的液 晶屏上将示 R G 印 出测得的主参数和次参数的数值和单位 。 表 1 供 用户选择的测量参数表 : P ma y i r r S c n ay e o d r e e X B D,Q,G D,Q,R 5 D,Q, G,R p D,Q,R 5 3 微型计算机用 V、I 数据计算 用户选定参数 的方法 、e 在 仪器 内部 的微 型 计算机 中 ,存 有 按表 1所 列 的 2 0 组合 方案 预先 编 好 的 2 0个 计 算程 序 。用户 选 择 一个 组合 方案 就等 于从 微机 中调 出 了相 应 的计 算程 序 。例 如 ,用 户 拟 检测 图 3所 示 R L串联 电路 中 的电感 L和 电阻 R,就 应 选择 L- s组合 参 数 。选 定后 ,仪 器 自动 将 计算 L- s sR sR 组合 参数 的程 序 调入 内存 ,并开 始运 行 。 L- s 序采 用 的是 图 1 sR 程 所示 串联模 式 。程 序 首先 用 图 3 检测 R L串联 电路的原理图 R 5 V 测得的串联 电路两端的电压 V作分子,用测得 的流过 串联 电路的电流 I 作分母进行 除法运算。得到的 商 就是 串联 电路 复 阻抗 z的模 量 : I =w I z 程序 再 利用 式 ( )和测 得 的相 位角 O 1 ,写 出复 阻抗 z的实 数和虚 数 部分 : () 1 Z = I cs I oO+ i z Ii z s e I n 另外, 由欧姆定理可得到 R L串联 电路阻抗 的表达式: Z = R + iI s s (L ) () 2 () 3 比较 式 ( )和 式 ( ) 2 3 ,得 到 : R s=I c s I oO z L s= I s e (= I s 02Ⅱf Ii /I Ii / z n ) z n () 4 () 5 式 ( )中 的 f 5 是信 号源 的频 率 。最 后程 序将 式 ( )中 的阻值 和式 ( )中 L 4 5 s的感 值 显示 在仪 维普资讯 http://www.cqvip.com 1 6 L R测量 仪的工作原理和使用技巧 C 器 的液 晶屏 上 。 表2 列出了用户检测其它组合参数时采用的计算模式和微机完成的计算任务。 表2 :各种组合参数 的计算模式 和计 算 内容 4 用户选择 组合参数应 注意 的事项 用户 选择 的组 合参 数必须 与被 检测 的元件 或 元件 的组合 电路相 一致 。 例如 检测 R C或 R L串联 电路 时 ,只 能选择 CsR - s或 L- s组合 参 数 ,不 能 选用 C _ p或 L - p组合 参数 ,否 则 仪器 测 出并显 示 sR pR pl R 在液 晶屏 上 的 电感 、电阻 、电容将 与它们 的实 际值 相 差甚 远。 Rs V —。 ’ ‘ I ‘—‘ ’‘ 例如, 待测 组合件 为 10p 00F与 l Q的 R 串联 电路 。 k C 检 测 者本应 选择 C - s组合 参数 的 ,但却误 选 成 C - p sR pR 组 合 参数 ( 图 4 。检 测 者选定 C 见 ) p 合参 数后 ,调 组 入 到微 机 内存 的是计 算 C - p组合 参数 的程序 。程序 将 图 4 串联 电路被当作并联 电路检测 的示意 图 pR 按 照计 算 RC并联 电路 的方法 进行计 算 。 程序 先用 测到 的 串联电路两端的电压 V和流过 串联电路的电流 I 算出串联电路电路复导纳 Y的模量 I : I Y I I , =I, Y 、 再 利用 式 ( )和 测 得 的相 位 角0 6 ,算 出复 导纳 Y 的实数和 虚 数部 分 : Y=I I oO+ Y Ii0 s jI s Y c n 再 由式 ( )得 到 : 7 () 7 () 6 R =1 f cs p / IoO Y C =f s O =I s O Ⅱ p Ii / Ii / f Y n Y n 2 () 8 () 9 维普资讯 http://www.cqvip.com 20 0 8年 3月 第 1 期 教 学 与 科 技 l 7 最 后程 序将 式 ( )和 式 ( ) 中 R 8 9 p的阻 值和 C p的 电容量 显示 在 仪器 的液 晶屏 上 。 但 是从 电路 原 理知 道 ,R 串联 电路 的导 纳 Y 的表 达式 应 该是 : C w 1 1 工 c +I() ) ) J oC2 2 +(C 。 o R (0 1) j) o C 程序 根 据测 得 的串联 电路 的 I 、v和 0 出 的式 ( )应 该与式 (0一致 , 即有 等式 : 算 7 1) I cs : l I o0 Y +( C) ‘ ; (1 1) (2 1) I s 0: — Ii Y n l C) +( ‘ 将式 ( 1、式 (2 1) 1 )相 应地 代入 到 式 ( ) 8、式 ( )中得 到显 示 的 C 、R 9 p p与 串联 电路 中 C 、R的 关系 式 : cP 1c ) 南 +R 2 (C o 3 Rp 罟 + + ( 5) 1 ( 6) 1 由此 可见 ,不 能把 C p当作 图 4中 的 C 也不 能不 能把 I 当作 图 4中的 R。图 4中的 C , 、R与液 晶屏上显示的 c 、I 之间的关系 由式 (4 p 1 )和式 (5 1 )决定。 在 C 10 p ,R= k = 0 0F l Q,仪器 的检 测 信号 频 率 f 0k =10Hz的情 况下 ,液 晶屏上 显示 的 C 、I 为 : p Cp=07 7 . 1 C=71 p 7F Rp=35 3 =3 3 .3 R 5 3Q 如果用户把 R p当作图 4的 R ,把 c p当作图 4的 c ,那误差就大了。可见不能用并联模型来检测 串联路 。 5 检 测单个元件时选择组合参数的方法 ? ? } _ _ ] 感。 } _ _ ] 感容的质面蔷线茎电 十 L} 。内电和有 釜嚣感 I 电部介表漏引 詈C } ; ‘ 阻 也阻 导 , 有; 电 I 『 1 | 线 层 它 线 之 也 漏 , 圈 身 有 阻 因 , R0 涂 和 的 圈 间 有 阻 线 本 也 电 。 此 s 可 近 似地把 一个 电容 或一 个 电感等 效成 图 4 所示 的 电路 。图 中 的 C和 L是 理想 的纯 电容和 纯 电感 ,I 为 它们 的漏 阻 , 为 图 5 单个电容和电感的等效电路 R0 s 它们 引线或 线 圈 的 电阻 。 用户在检测单个 电容或电感时,除了能测 出电容或电感本身外,还可以选测一个寄生参数 R p或 。 用户应根据 电容或 电感的实际使用条件选择组合参数和计算模型。 例 如 ,待 检测 的元件 是个 容量特 别 大 的 电容 。在 电路 中 ,大 电容呈 现 的容抗 很 小 。在 容抗 很小 的 元 件旁 边 并联 一个 阻值 很大漏 阻 R ,对 流 过 电容 电流 的分 流作用 极 小 ,完 全可 以忽 略 。相反 ,由电容 p 引线形成的串联 电阻 的作用倒是应该引起用户 的注意,因为电容本身的容抗很小,即使 比较小 也 可 能与容 抗 同属 一个 量 级 。 用一个例子来说 明。设 C AG =1 ,工作频率 f 10H ,漏电流 电阻 R =1 Q,引线 电阻 LR E 0 =0k z p M R s=01 .Q,则 电容 呈现 的容 抗 z c为 : 维普资讯 http://www.cqvip.com 1 8 L R测量仪的工作原理和使用技巧 C Zc= xCL R E ^G 2 zxfxCL 】 E = 0 1 9Q ^ G .5 t (7 1) 在Z c=O19 .5 Q电阻旁边 并联 一个 R p=1 O的 电阻 ,对 z M c的分 流作 用 ,小于 百 万分 之二 ,完全 可 以忽 略它 。 但是 ,给 Z =O19Q串联一 个 R =O1 c . 5 s .Q,其 Z c将 由 O19 . 5 Q增加 到 029Q,增 加量近 6 %. .5 3 因此 ,用户在选用容量特别大的电容时,应选择 C 和 组合参数 ,采用 串联模型。 s 类似的讨论可得到用户在检测容量特小的电容、感值特大或特 小的电感等单个元时应选择的组合 参数和计算模型 。表 3 出了检测单个元件应选择的组合参数和计算模型。 列 表3 :检测单个 元件应选择 的组合参数和计 算模 型 Th o y a d Op r t n l a tm a s i f h e r n e a i a o Cr fs n h p o eLCR e e t M tr WagYu jn n n a u ( CAEPIsi t fT c n lg , in a gSc u n 6 9 0) t ueo e h oo y M a y n ih a , 21 0 n t Ab t a t T i p p r ito u e h e r d o e a in lc a tma s i f t e L sr c h s a e n r d c s t e t o y a p r t a r f h n o s n h p o CR ee , a d h m t r n e u rtst eis e en t e so eain n meae u s ob oi di i p rt . h s t c n t o Ke r L y wo d CR ee ; mp d c ; d i a c ; g eo p a e d g t l mp e tr d g t l ot ee ; m tr i e a e a m t n e a l f h s ; i i n t n a a e me e ; i i l t r av m r Ph s i r iao a eds i n tr cm