电子测量技术基础(张永瑞)(第2版)第08章要点.ppt

　　当电桥平衡时， 指示器的指示为零， 要求变量器T2的总磁通必须为零。 因此， 绕组m1和m2上的感应电压为零， 电流 　　和　　分别为 (8.2-15) 对于变量器T1， 存在着下列关系： (8.2-16) 由式(8.2-14)~式(8.2-16)可解得 (8.2-17) 　　变量器电桥与一般四臂电桥相比较， 其变压比唯一地取决于匝数比。 匝数比可以做得很准确， 也不受温度、 老化等因素的影响； 其次， 其收敛性好， 对屏蔽的要求低。 因此， 变量器电桥广泛地用于高频阻抗测量。 8.2.4　电桥的电源和指示器 　　交流电桥的信号源应该是交流电源。 理想的交流电源应该是频率稳定的正弦波。 除了要求信号源有良好的波形外， 往往还应在指示器电路中加装选择性回路， 以便消除谐波成分。 　　交流电桥中的指示器通常为耳机、 放大器和示波器。一般只用于频率在1000 Hz以下的音频电桥。 　　当利用放大器作为电桥指示器时， 通常采用选频放大器， 以减少谐波和噪声的影响， 提高测量的精确度和灵敏度。 　　用示波器作为电桥的指示器， 可用于对阻抗参数的精密测量。 可以将示波器的垂直通道和水平通道分别加信号源电压和电桥输出电压。 一般情况下， 屏幕上可得到一个任意倾角的椭圆。 调节电桥平衡时， 可根据屏幕上椭圆的变化情况确定输出电压的幅度和相位变化情况。 当电桥平衡时， 示波器屏幕上为一条水平线。 8.2.5　电桥的屏蔽和防护 　一切实际元件的阻抗值都不可避免地会受到寄生电容的影响。 寄生电容的大小往往随着桥臂的调节以及环境的改变而变化。 从原理上讲， 要消除寄生电容是不可能的， 大多数防护措施是把这些电容固定下来， 或者把线路中某点接地， 以消除某些寄生电容的作用。 第一种方案是接地屏蔽。 这时屏蔽罩外的一切电磁干扰都将不会影响屏蔽的阻抗Z。 接地线使屏蔽罩与地之间的电容CP0被短路。 但Z本身对地的电容C1P和C2P将大为增加， 然而其值是不变的， 不受外界因素的影响。 屏蔽对消除和固定磁的或电的影响十分有效。 图8.2-7　一点接地屏蔽方式 　　第二种方案是所谓的单极屏蔽， 如图8.2-8(a)所示。 屏蔽罩P与被屏蔽的阻抗Z的一端2相连接。 这时Z与屏蔽罩之间只有电容C1P， 其值是固定的， 并与Z并联， 但屏蔽罩与地之间的电容CP0将会随屏蔽罩外部的变化而改变。 在此方案中， 若屏蔽罩能接地， 则可消除CP0的影响； 若不能接地， 则在外面再加一层接地屏蔽就可稳定CP0， 如图8.2-8(b)所示。 图8.2-8　单极屏蔽和双层屏蔽 　　消除干扰和分布参数的影响除了可以采用屏蔽以外， 还应正确地选择各种不同的电桥线路和测量方法。 例如选用华格纳接地和自动接地装置以消除指示器两端分布电容的影响。 　　【例1】　在图8.2-9(a)所示的直流电桥中， 指示器的电流灵敏度为10 mm/μA， 内阻为100 Ω。 计算由于BC臂有5 Ω不平衡量所引起的指示器偏转量。 图8.2-9　直流电桥电路 　　解： 若BC臂的电阻为2000 Ω， 则电桥平衡， 流过指示器的电流I=0。 当电桥不平衡时， 利用戴维南定理即可求出流过指示器的电流I。 　　断开指示器支路， 如图8.2-9(b)所示。 B、 D两端的开路电压为 　　在B、 D两端计算戴维宁等效电阻时， 5 V电压源必须短路， 如图8.2-9(c)所示。 由图8.2-9(c)可知： 画出戴维宁等效电路， 如图8.2-9(d)所示， 由该图求得： 指示器偏转量为 α=3.32 μA×10 mm/μA=33.2 mm 　　【例2】　某交流电桥如图所示。 当电桥平衡时，C1=0.5 μF，R2=2 kΩ, C2=0.047 μF, R3=1 kΩ, C3=0.47 μF， 信号源的频率为1 kHz, 求阻抗Z4的元件。 解： 由电桥平衡条件：Z2Z4=Z1Z3　 可得：Z4=Z1Z3Y2　　 (8.2-18) 得： 对上式化简后得： 把元件参数及角频率ω=2πf 代入上式， 解得： Z4=40.1－j191.0=R4－jXC4 故 R4=40.1 Ω 8.3　谐振法测量阻抗 8.3.1　谐振法测量阻抗的原理 　　谐振法是利用LC串联电路和并联电路的谐振特性来进行测量的方法。 图8.3-1(a)和(b)分别画出了LC串联谐振电路和并联谐振电路的基本形式， 图中的电流、 电压均用相量表示。 当外加信号源的角频率ω等于回路的固有角频率ω0， 即 ω=ω0= (8.3-1) 时， LC串联或并联谐振电路发生谐振， 这时 (8.3-2) (8.3-3) 　　对