LCR數(shù)字電橋原理及方法

L：電感（為了紀(jì)念物理學(xué)家Heinrich Lenz），C：電容(Capacitor)，R：電阻(Resistance)，數(shù)字電橋就是能夠測量電感，電容，電阻，阻抗的儀器，這是一個(gè)傳統(tǒng)習(xí)慣的說法，zui早的阻抗測量用的是真正的電橋方法

　　隨著現(xiàn)代模擬和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，早已經(jīng)淘汰了這種測量方法，但LCR電橋的叫法一直沿用至今。如果是使用了微處理器的LCR電橋則叫LCR數(shù)字電橋。一般用戶又稱這些為：LCR測試儀、LCR電橋、LCR表、LCR Meter等等。

數(shù)字電橋(卷名：電工)

digital bridge

采用數(shù)字技術(shù)測量阻抗參數(shù)的電橋。數(shù)字技術(shù)是將傳統(tǒng)的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算、傳遞和處理等。

1972年，上出現(xiàn)帶微處理器的數(shù)字電容電橋，它將模擬電路、數(shù)字電路與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，為阻抗測量儀器開辟了一條新路。

原理

數(shù)字電橋的測量對象為阻抗元件的參數(shù)，包括交流電阻R、電感L及其因數(shù)Q，電容C及其損耗因數(shù)D。因此，又常稱數(shù)字電橋?yàn)閿?shù)字式LCR測量儀。其測量用頻率自工頻到約100千赫。基本測量誤差為0.02%，一般均在0.1%左右。

數(shù)字電橋原理如圖所示。圖中DUT為被測件，其阻抗用Zx表示，Rr為標(biāo)準(zhǔn)電阻器。切換開關(guān)可分別測出兩者的電壓Ux與Ur，于是有下式：

平衡式電橋測試原理

Zx = Ux/Ix = Rr * Ux/Ur

此式為一相量關(guān)系式。如使用相敏檢波器(PSD)分別測出Ux和Ur對應(yīng)于某一參考相量的同相量分量和正交分量，然后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)器將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行復(fù)數(shù)運(yùn)算，即可得到組成被測阻抗Zx的電阻值與電抗值。[2]

從圖中的線路及工作原理可見，數(shù)字電橋只是繼承了電橋傳統(tǒng)的稱呼。實(shí)際上它已失去傳統(tǒng)經(jīng)典交流電橋的組成形式，而是在高的水平上回到以歐姆定律為基礎(chǔ)的測量阻抗的電流表、電壓表的線路和原理中。

數(shù)字電橋可用于計(jì)量測試部門對阻抗量具的檢定與傳遞，以及在一般部門中對阻抗元件的常規(guī)測量。很多數(shù)字電橋帶有標(biāo)準(zhǔn)接口，可根據(jù)被測值的準(zhǔn)確度對被測元件進(jìn)行自動(dòng)分檔；也可直接連接到自動(dòng)測試系統(tǒng)，用于元件生產(chǎn)線上對產(chǎn)品自動(dòng)檢驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制。80年代中期，通用的誤差低于0.1%的數(shù)字電橋有幾十種。數(shù)字電橋正向著高準(zhǔn)確度、多功能、高速、集成化以及智能化程度方面發(fā)展。

使用方法

1． 加電

首先將電源線帶IEC一端接到電橋左后方的IEC插座上，另一端插入合適的電源插座上，搬動(dòng)電橋左后方的船形開關(guān)，即使電橋通電。通電后，顯示器、量程及功能指示器隨之變亮。電橋可自動(dòng)置于電感、電容測量檔，并聯(lián)等效及1KHz頻率狀態(tài)。正常情況下，內(nèi)部電路加電幾秒鐘后即能穩(wěn)定，便可進(jìn)行測量。

2．被測元件的接入方法

⑴通常徑向引線的元件可直接插入組合測試夾夾板內(nèi)，而接入特殊柔性引線的元件時(shí)，應(yīng)借助夾板離合器進(jìn)行，該離合裝置位于測試夾的正下方。

⑵接入軸向引線元件時(shí)，為避免扭折引線，可采用軸向轉(zhuǎn)接頭，先把這兩個(gè)配件分別插入測試夾的兩端，再將其間距調(diào)正到適合元件測量的位置，然后便將軸向引線元件插入兩端的配件夾內(nèi)。

⑶在軸向轉(zhuǎn)接頭必需相當(dāng)牢固定的場合，如在測量大量的同類元件時(shí)，需采用支撐板。

安裝支撐板：首先把軸向轉(zhuǎn)接頭調(diào)整到適當(dāng)?shù)奈恢蒙?，然后將支撐板懸置于軸向轉(zhuǎn)接頭上方，讓每個(gè)軸向轉(zhuǎn)接頭穿過支撐板上的槽縫，放好支撐板，將固定螺釘對準(zhǔn)電橋面板上的螺孔，zui后上緊螺釘。注意：安裝時(shí)不易將螺釘擰得過緊。

注意：本電橋雖能夠?qū)Τ潆婋娙萁尤霚y試進(jìn)行防護(hù)，但應(yīng)將充電電容經(jīng)適當(dāng)電阻放電后才進(jìn)行測量。

3．使用中注意讀數(shù)及測量條件顯示

⑴儀器的6位顯示不一定全部是有效顯示，在某些測量中測量數(shù)據(jù)的未尾值可能跳動(dòng)較大，應(yīng)舍去這些跳動(dòng)數(shù)值，讀取其穩(wěn)定值。

(2)一般使用自動(dòng)量程進(jìn)行測量，以保證選擇到正確的量程，操作到手動(dòng)方式可以觀察實(shí)際工作量程。應(yīng)用于同批同種測量元件的批量測試時(shí)，可以選擇量程鎖定模式工作。

(3)串--并聯(lián)指示

雖然電橋具有顯示串聯(lián)或并聯(lián)等效值的選擇性，但在不利的Q值情況下，用上述兩種方式均不可能獲得基本準(zhǔn)確度。當(dāng)需要改動(dòng)某一顯示方式以便提高基本準(zhǔn)確度時(shí)，電橋通過下標(biāo)s表示串聯(lián)，下標(biāo)p表示并聯(lián)。

(4)頻率提示

200μF～2000μF的電容，200H～2000H的電感，測量頻率在100Hz只能獲得基本準(zhǔn)確度。同樣，200pF～2nF的電容和200μH～2mH的電感，只有在1KHz測量頻率上才能獲得基本準(zhǔn)確度，因此獲得*測試，應(yīng)選擇zui合適的測試頻率。

(5)測試電平顯示

高K陶瓷電容或高導(dǎo)磁磁性電感器等，對測試信號電平的大小較為敏感，不同的測試電平會(huì)產(chǎn)生相異的測量結(jié)果。同時(shí)，測試電平越低，測量穩(wěn)定性越差。

4． 建議采用的測量條件參考表

表 測量條件參考

元件名稱 測量頻率 串--并聯(lián)

電容<1μF 1KHz 并聯(lián)

電容≥1μF(非電解電容) 100Hz 并聯(lián)

電容≥1μF（電解電容） 100Hz 串聯(lián)（SER）

電感<1H 1KHz 串聯(lián)（SER）

電感≥1H 100Hz 串聯(lián)（SHR）

電阻<10KΩ 100Hz 串聯(lián)（SHR）

電阻≥10KΩ 100Hz 并聯(lián)

當(dāng)電橋在100Hz和1KHz頻率上，能同時(shí)提供串聯(lián)和并聯(lián)等效元件值時(shí)建議：一定型號和數(shù)值的元件應(yīng)采用一定的方式進(jìn)行測量。這樣做是為了獲得既于元件的結(jié)構(gòu)形式，又于元件常用的工作方式的測量。如大容量的電解電容器，常作為電源波濾元件，測量時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，1KHZ頻率上的電容值明顯低于100Hz頻率上的電容值。這種現(xiàn)象是由于這類元件的幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)諸因素所構(gòu)成。因此，電解電容在100Hz頻率上測量的電容值是zui有用的，電解電容的損耗項(xiàng)通常在串聯(lián)等效電阻（ESR）上顯示，因此，應(yīng)該測量其串聯(lián)電容和串聯(lián)電阻值。