用数字积分式冲击电流计测量电容及高阻(修).doc

　用数字积分式冲击电流计测量电容与高阻 冲击电流计常用于测量电量,而不是电流。例如,电路在短时间内脉冲电流所迁移的电量、静电电量等。本质上讲，是对脉冲电流的积分测量。因此冲击电流计还可间接地测量磁感应强度、电容、电阻等。 本实验采用新型的数字积分式冲击电流计进行测量。其原理是对输入的脉冲电流信号，用高速数字电路进行采集，计算其面积。这种方法相对于一般的电容积分峰值保持式测量电路，具有很大的优势，原因是干扰脉冲对整体面积的影响可以被很大程度上均和而抵消，但对于峰值保持式积分器，干扰脉冲将严重影响其测量结果。 本实验将通过电量的测量，学习电量与电流、电压、电容、电阻等物理量的关系。通过比较法测量电容和放电法测量高阻，拓展冲击电流计的应用，丰富了电磁学实验的内容。 【实验目的】 1、学习数字积分式冲击电流计的使用方法。 2、比较法测量电容。 3、掌握RC放电法测量高阻的原理，并测量高阻。 【实验仪器】 1、DQ-3数字积分式冲击电流计 2、DHDQ-3A冲击法电容与高阻测量仪，含标准电容、待测电容、高值电阻、直流电源、放电开关、同步计时秒表等。 【实验原理】 1、用冲击电流计测量电容的原理 在图1中，电源E用于给电容提供充电电源。要求其具有较高的电压稳定度，且其内阻要足够小。开关K1用于换向，需要时可以进行正反向测量，以提高测量准确度。开关K2用于选择充电与测量，K3用于选择标准与被测电容。对K2、K3开关的要求是绝缘电阻要高、断路间隙小、接触抖动小，否则抖动和漏电阻将可能会影响测量结果。 K3置于“标准”，K2置于“充电”，则电源E对标准电容CN充电。标准电容CN上所充电量为：Q=CNU。将K2置于“测量”挡，则CN向冲击电流计放电，并显示由于冲击电流计具有一定的内阻， 将K3置于“被测”，K2置于“充电”，则电源对电容CX充电。测电容CX上所充电量为：QX=CXU。将K2置于“测量”挡，则CX向冲击电流计Q放电。冲击电流计完成电量的测量，并显示。 漏电阻，CX时有 （1）由于CN为已知值，故可求得CX2、RC放电法测高阻 图 1 用冲击电流计测量电容 图 2 用冲击电流计测量高阻 高阻一般是指大于106Ω的电阻。用数字电阻表或伏安法测量高电阻时，因为数字表的输入电流或因电流非常小的原因，造成测量失准。借助于高性能的数字冲击电流计，用放电法测量高阻是一种较为准确的方法。将待测高阻与已知电容组成回路，在电容放电时测量电容上的电量（或电压）随时间的变化关系，确定其时间常数，在已知标准电容容量的情况下，可确定高阻的阻值。其如图2所示。 在图2中，开关K2、K3是一个双刀三位开关，其绝缘电阻高、断路间隙小、接触抖动小，测量工作过程如下： CN充电：K3置于标准，K2置于充电，很短时间完成充电。同时K2的另一组开关接通计时器S的“复位”端，计时表示值回零。 CN放电：K3置于高阻端，一组开关接至CN不变，另一组开关接至开始/停止端，准备进行计时。将K2置于放电端，RX就并联到CN两端，电容开始放电；同时，K2的另一组开关接通计时器S的开始/停止端，计时器开始计时。由于K2的两组开关是联动的，所以确保了放电与计时的同步性。由于K2、K3使用了高绝缘性能的开关，而且CN本身的绝缘电阻很高，所以实验中切换开关时，开关动作快慢并不会明显影响计时准确度，这降低了操作难度，并提高了测量准确性。 测量：放电一段时间后，将K2切换到测量端，CN向冲击电流计放电，并断开RX，以免在冲击电流计测量期间CN向RX放电。同时K2的另一组开关再次接通计时器S的开始/停止端停止计时；也由于K2的两组开关是联动的，所以确保了冲击电流计测量与计时停止的同步性。 在上述的测量过程中，设放电时间为t，则在t时刻电容C上的电量Q、电压U和RC回路中的电流I之间满足： ； 其中 其中负号表示随着放电时间的增加，电容器极板上的电荷Q随之减少。注意：Q、U、I三个量都是时间的函数。 设初始条件为：t=0时，Q=Q0，则电容上电量随时间的关系：。即 (2) 式中RC称为时间常数，一般用τ表示，其物理意义为：当t=τ=RC时，电容上的电量由t=0时的Q0下降到0.368Q0，它决定放电过程的快慢。τ时间常数越大，放电越慢；反之，τ越小，放电越快。 对应的放电曲线见图3 图3 Q～t曲线 图4 lnQ～t曲线 对(2)式取自然对数有： 　 　　　(3) 根据式（3）可知Q与t成线