檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)課件：第三章 阻抗測(cè)量11

1、第3章 阻抗（電阻、電容、電感）測(cè)量,阻抗測(cè)量是一種信號(hào)變換電路。,3、1 電橋法 直流電橋,四個(gè)橋臂純電阻組成,精度高。輸出為直流信號(hào)。 交流電橋,四個(gè)橋臂為電阻或阻抗,輸出為交流信號(hào)。 電阻式、電容式、電感式傳感器的輸出信號(hào)檢測(cè)常用的是不平衡電橋，把阻抗變化轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出。,惠斯頓電橋,電橋平衡條件:Z1Z3=Z2Z4 相對(duì)兩橋臂阻抗乘積 相等。(或相鄰橋臂阻抗 比值相等),當(dāng)阻抗為復(fù)數(shù)時(shí)平衡條件 令Zi =Ri +JXi,利用平衡電橋，通過調(diào)節(jié)電橋使電橋平衡，可以測(cè)量 電橋中任一臂的阻抗。 當(dāng)電橋不平衡，把被測(cè)阻抗轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。,3、1、2平衡電橋,1、利用平衡電橋，通過調(diào)

2、節(jié)電橋使電橋平衡，可以測(cè)量電橋中任一臂的阻抗。,R1R2R3是精密可調(diào)節(jié) 電阻。電橋平衡時(shí)， A、B、點(diǎn)電位相等。 稱零位式測(cè)量或比較式測(cè)量。,電橋平衡時(shí):,（b）圖適合測(cè)量 損耗因數(shù)較大的電容器。,2、電橋法測(cè)電容量（采用交流電橋，信號(hào)源用正弦波信號(hào)）可測(cè)量電容器容量和損耗因數(shù)。,（a）圖適合測(cè)量損耗因數(shù)小的電容器。,電容器損耗因數(shù)意義 對(duì)并聯(lián)等效模型的電容器， 對(duì)于串聯(lián)的等效模型電容器 電容器損耗因數(shù)是衡量電容器質(zhì)量的指標(biāo),D值小,電容器質(zhì)量好。,3、電橋法測(cè)電感量,（a）適合測(cè)量Q值低電感（b）適合測(cè)量Q值高電感,電感器品質(zhì)因數(shù)值意義 衡量電感器的性能。 定義：諧振回路振蕩一周期內(nèi)儲(chǔ)存磁

3、能或電能的最大值與一周期內(nèi)消耗能量之比。 對(duì)串聯(lián)等效模型的電感器,Q值是電感器的質(zhì)量指標(biāo)。Q值高，電感器損耗小。,3.1.3 不平衡電橋,原理： 電路結(jié)構(gòu)，不接檢流計(jì)的電橋。 把阻抗式傳感器接入電橋，初始狀態(tài)讓電橋平衡，輸出電壓為0，當(dāng)被測(cè)非電量變化時(shí)，引起傳感器阻抗參數(shù)變化，使電橋不平衡，輸出電壓不為0,被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)化成電橋輸出電壓的變化，測(cè)量電橋輸出電壓，就可測(cè)得作用于傳感器上的非電量。,一、直流不平衡電橋,采用恒壓直流電源供電，電橋四橋臂只能接入電阻。,當(dāng)負(fù)載無窮大時(shí)。,（1）電橋單臂變化（單臂等臂電橋）,電橋的一臂接入傳感器，其余三臂為固定電阻，電阻值相等為R，單臂電橋靈敏度最低

4、。,單臂電橋輸出：,單臂等臂電橋的輸出,(2)電橋相對(duì)兩臂同向變化,R1= R3=R+R， R2=R4 =R，為固定電阻 。電阻增量正 負(fù)號(hào)相同，可以使輸出電壓Uo成 倍地增大。,輸出信號(hào)：,(3)電橋相鄰兩臂反向變化（半差動(dòng)等臂電橋）,電橋橫跨電源的相鄰兩臂接入差動(dòng)電阻傳感器， R2、 R3為差動(dòng)電阻傳感器， R1、R4為固定電阻 。電阻增量正負(fù)號(hào)相反，可以使輸出電壓Uo成倍地增大。,輸出信號(hào)：,(4)電橋四臂差動(dòng)工作（全差動(dòng)等臂電橋）,電橋每對(duì)相鄰的兩臂均接入差動(dòng)電阻傳感器，全橋四臂差動(dòng)工作方式的靈敏度最高，采用全差動(dòng)等臂電橋、半差動(dòng)等臂電橋非線性誤差為0。,輸出信號(hào)：,二、交流不平衡電橋

5、,(a)電阻平衡臂交流電橋 (b)變壓器電橋,當(dāng)兩橋臂為電阻式傳感器：,當(dāng)兩橋臂為電感式傳感器：,當(dāng)兩橋臂為電容式傳感器：,上式都包含兩參數(shù)的差與兩參數(shù)的和的比，適用于差動(dòng)式阻抗 傳感器的測(cè)量。,三、有源電橋,特點(diǎn)，帶放大器的電橋， 有源電橋與單臂電橋相比，輸出電壓線性度高，靈敏度高，輸出電阻低。 輸出比單臂電橋成倍提高，消除單臂電橋的非線性，（負(fù)反饋改善放大器性能）,i3,ix,i3,i3,i2,i2,i1,i1,ix,3、2 阻抗電壓轉(zhuǎn)換,1、歐姆法（恒流法） （a）圖適合測(cè)量小電阻，（b）圖適合測(cè)量大電阻,圖3-2-2 自舉式R-U轉(zhuǎn)換器,反饋電阻式R-U轉(zhuǎn)換器,2、比例運(yùn)算法,輸出與被測(cè)電容 成反比。,輸出與被測(cè)電容 成正比。,輸出與被測(cè)電容 的差成正比。常 用于差動(dòng)式電容 傳感器。,差動(dòng)脈沖調(diào)寬法,3、差動(dòng)脈沖調(diào)寬法 使用在差動(dòng)電容傳感器,UE輸出脈沖幅值,3、3 阻抗頻率轉(zhuǎn)換器,1、調(diào)頻法 原理：把R、L、C傳感器接入振蕩電路，使振蕩頻率隨R、L、C變化。輸出具有嚴(yán)重非線性特性。,或固定電感，改變電容。,差動(dòng)電容式傳