交流電橋?qū)嶒瀳蟾?.

1、交流電橋?qū)嶒災(zāi)茉磁c動力工程151班張陸學(xué)號：5902615015交流電橋是測量交流元件阻抗的一種常用電橋，主要用來精確測量電器的電容量和線圈 的電感量，也用于測量頻率、損耗等電參量及一些可轉(zhuǎn)換為電參數(shù)的非電量。交流元件的電 參數(shù)主要有電阻、電感、電容等。實驗?zāi)康?、了解交流橋路的特點和調(diào)節(jié)平衡的方法。2、使用交流電橋測量電容及其損耗。3、使用交流電橋測量電感及其品質(zhì)因數(shù)。實驗原理1 、交流電橋平衡條件交流電橋是對比直流電橋的結(jié)構(gòu)而發(fā)展出來的，它在測量電路組成上與惠斯通電橋相似，電橋的四個臂ab間接交流電源乙，乙，乙通常是復(fù)阻抗（可以是電阻、電容、電感或它們的組合）,E，cd間接交流平衡指示器D

2、 （毫伏表或示波器等）電橋平衡時,C、d兩點等電位，由此得到交流電橋的平衡條件:乙乙=Z2乙的過程一般來說，Zx包含二個未知分量，實際上按復(fù)阻抗形式給出的平衡條件相當(dāng)于兩ZX，電橋各臂阻抗參（即電橋的兩個可調(diào)參數(shù)個實數(shù)平衡條件，電橋平衡時它們應(yīng)同時得到滿足，這意味著要測量 數(shù)至少要有兩個可調(diào)，而且各臂必須按電橋的兩個平衡條件作適當(dāng)配置.2 、橋臂配置和可調(diào)參數(shù)選取的基本原則在多數(shù)交流電橋中，為了使線路結(jié)構(gòu)簡單和實現(xiàn)"分別讀數(shù)”分別只與被測阻抗的一個分量有單值的函數(shù)關(guān)系），常把電橋的兩個臂設(shè)計成純電阻（統(tǒng)稱為輔助臂），這樣，除被測 Zx外只剩一個臂具有復(fù)阻抗性質(zhì)，此臂由標準電抗元件（標

3、準電感或標準電容）與一個可調(diào)電阻適當(dāng)組合而成 （稱為比較臂），在這樣的條件下，由交流電橋的平衡條件得到橋臂配置和可調(diào)參數(shù)選取的基本原則.（1）當(dāng)比較臂與被測臂阻抗性質(zhì)相同（指同為電感性或電容性），二者應(yīng)放在相鄰的橋臂位置上；反之，應(yīng)放在相對的橋臂位置上.（2）若取比較臂的兩個阻抗分量作可調(diào)參數(shù)，則當(dāng)比較臂阻抗分量的聯(lián)接方式（指串聯(lián)或并聯(lián)）與被測臂等效電路的聯(lián)接方式一致時，二者應(yīng)放在相鄰的橋臂位置；反之，就放在相對的橋臂位置.（3）當(dāng)缺乏可調(diào)標準電抗元件或需要采用高精度固定電抗元件作為標準量具時，則選取輔助臂和比較臂所含電阻中的兩個作為可調(diào)參數(shù)使電橋趨于平衡.（此時一般不能分別讀電橋達到平衡。3

4、.常用的交流電橋（1）電容電橋電容電橋主要用來測量電容器的電容量及損耗角，利用已知電容測量未知電容。電容器的損耗因數(shù)等效串聯(lián)電路中的 C和R與等效并聯(lián)電路中的 C/ R/是不相等的。在一般情況下,當(dāng)電容器介質(zhì)損耗不大時，應(yīng)當(dāng)有Cy/ ,R/。所以，如果用 R或R/來表示實際電容器的損耗時，還必須說明它對于哪一種等效電路而言。因此為了表示方便起見，通常用電容器的損耗角5的正切tan 3來表示它的介質(zhì)損耗特性，并用符號D表示，通常稱它為損耗因數(shù)。在串聯(lián)等效電路中，損耗因數(shù)表示為D =ta n6 =土UcIR=r"CR在等效的并聯(lián)電路中，損耗因數(shù)表示為UR''C'U

5、 12R'應(yīng)當(dāng)指出，兩種等效電路都是適合的， 所以不管用哪種等效電路， 求出的損耗因數(shù)是一致的。串聯(lián)電阻式電容電橋 測量小損耗電容的電容電橋（串聯(lián)電阻式電容電橋）電容電橋適合用來測量損耗小的電容，被測電容Cx接到電橋的第一臂，等效為電容Cx' 和串聯(lián)電阻Rx ,其中Rx表示它的損耗；與被測電容相比較的標準電容 Cn接入相鄰的第四 臂，同時與Cn串聯(lián)一個可變電阻 Rn，橋的另外兩臂為純電阻 Rb及Ra,當(dāng)電橋調(diào)到平衡時,1 1(R'xKRa=(Rn+才式（15）的實數(shù)部分和虛數(shù)部分分別相等，即RxRa = Rn Rb RaRb"CnCTR'xrC'

6、;xCnRb由此可知，要使電橋達到平衡，必須同時滿足式兩個條件，因此至少調(diào)節(jié)兩個參數(shù)。電容的 損耗因數(shù)D為D =ta=BC'x R'x "CnRn 測量大損耗電容的電容電橋（并聯(lián)電阻式電容電橋）并聯(lián)電阻式電容電橋假如被測電容的損耗大， 則用上述電橋測量時， 與標準電容相串聯(lián)的電阻 Rn必須很大,這將會降低電橋的靈敏度。因此，當(dāng)被測電容的損耗大時， 宜采用另一種電容電橋的線路來進行測量，它的特點是標準電容Cn與電阻Rx是彼此并聯(lián)的，則根據(jù)電橋的平衡條件可以寫整理后可得1 +j®C'xR'xRa =1RnjCnRbR'C'xRac

7、Rb電容的損耗因數(shù)D為D = ta n 6 =©C'xR'x®CnRn(3 )電感電橋電感電橋是用已知電感或電容來測量未知電感的電橋。電感電橋有多種線路， 通常采用標準電容作為與被測電感相比較的標準元件,從前面的分析可知， 這時，標準電容一定要安置在與被測電感相對的橋臂中。根據(jù)實際的需要，也可采用標準電感作為標準元件，這時,標準電感一定要安置在與被測電感相鄰的橋臂中。電感器的品質(zhì)因數(shù)般實際的電感線圈都不是純電感，除了電抗X=«L外，還有有效電阻 R,兩者之比稱為 電感線圈的品質(zhì)因數(shù) Q,即_ cLQ =R 測量高Q值電感的電感電橋這一常用的電橋電路

8、又稱為海氏電橋。電橋平衡時，根據(jù)平衡條件可得(Rx+jMx)(Rn簡化和整理后可得Lx_Ra RbCn"l+ RnCn)2R _ Ra R3RnCn)"1+ RnCn)2海氏電橋的平衡條件與頻率有關(guān)。因此，在應(yīng)用成品電橋時， 若改用外接電源供電，必 須注意要使電源的頻率與該電橋說明書上規(guī)定的電源頻率相符，而且電源波形必須是正弦 波，否則，諧波頻率就會影響測量的精度。被測電感的品質(zhì)因數(shù) Q值為Q =竺=£_Rx BCnRn 測量低Q值電感的電感電橋這一常用的電橋電路又稱為麥克斯韋一維恩電橋。這種電橋與測量高Q值電感的海氏電橋所不同的是，標準電容的橋臂中的Cn和可變電

9、阻Rn是并聯(lián)的。在電橋平衡時，根據(jù)平衡條件有1(Rx + j ® Lx )( ) = Ra Rb+ j«CnRn簡化和整理后可得Lx = Ra RbCnRx 半 RaRn被測電感的品質(zhì)因數(shù) Q為oLxQnc"CnRn麥克斯韋一維恩電橋的平衡條件式表明，它的平衡是與頻率無關(guān)的，即在電源為任何頻率或非正弦的情況下，電橋都能平衡，且其實際可測量的Q值范圍也較大，所以這一電橋的應(yīng)用范圍較廣。但是實際上,由于電橋內(nèi)各元件間的相互影響，所以交流電橋的測量頻率對測量精度仍有一定的影響。4.交流電橋平衡的調(diào)節(jié)根據(jù)交流電橋的基本原理，衡條件，平衡指示器 D示零.各橋臂的參量中至少要

10、有二個可調(diào)，只有兩參量同時滿足平在實際中，并不是兩參量同時調(diào)整，而是先調(diào)其中一個，使指示值達到盡可能小，繼而調(diào)另一個，使指示器值再次減小， 經(jīng)過反復(fù)調(diào)節(jié)使指示器指零 （或某一無法再小的值）.因此，交流電橋的平衡是逐次逼近的.為了調(diào)整方便、迅速.并保證結(jié)果有足夠的精度，常使用下列方法：（1）根據(jù)實驗條件選定可調(diào)參數(shù)，將反映被測量Cx（或Lx）的作為主可調(diào)參數(shù)，反映元件損耗Q（或tg 5 x）的作為次可調(diào)參數(shù).（2）根據(jù)待測元件的粗測值（或估計值），將各臂參量預(yù)置于某一數(shù)值. 件，應(yīng)按其精度等級可能提供的最多有效數(shù)字的位數(shù)來選擇可用的盤數(shù).作為主可調(diào)的標準然后，在最大讀數(shù)盤置一合適值，作為次可調(diào)的

11、元件在第一次調(diào)整中，其作用可以忽略.若此可調(diào)元件所在橋臂聯(lián)接方式是串聯(lián)，可置零值；若是并聯(lián)，則可置最大值.對于二固定參數(shù)，可根據(jù)Cx(或Lx）的測定公式，由被測量的粗測值和主調(diào)參數(shù)的數(shù)量級初步確定其比值 取合適值.（或乘積值）后，再（3）分步調(diào)節(jié)主可調(diào)參數(shù)和次可調(diào)參數(shù)，反復(fù)多次.調(diào)整開始時，電源電壓應(yīng)較小，指 示器量程應(yīng)足夠大，在電橋趨于平衡的過程中，逐漸提高電壓，減小指示器量程，直至可調(diào)參數(shù)的改變不能使指示器示數(shù)減小為止.但提高電壓注意各橋臂的額定功率.(4)當(dāng)電橋處在平衡態(tài)時，若要測某直接量的靈敏度誤差，可改變該量的大小，直到指示器有可分辨的示值， 則此改變量即是所測的誤差.交流電橋也能用

12、“高位定低位”的方法 檢定橋路是否達到平衡，這是很實用的測量技巧.交流電橋的系統(tǒng)誤差也能用交換元件位置、 元件代替以及改變橋臂位置等組合測量的方法來減小或消除.實驗內(nèi)容與數(shù)據(jù)處理1、電容電橋按下表在實驗儀器上接好串聯(lián)電阻式電容電橋線路，調(diào)節(jié)平衡，完成表格。Cn/uFRa/ QRn/ QRb/ Q110000.11000.0110計算出電容損耗因數(shù) Db2.電感電橋按下表在試驗儀器上麥克斯韋電橋線路，調(diào)節(jié)平衡，完成表格。Cn/uFRa/QRn/QRb/Q110.1100.01100計算出電感的品質(zhì)因數(shù) Q。數(shù)據(jù)處理訕Z I R五 I AbSjo I «BF4 "a/cxFRJ

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