阻抗测量方法

阻抗测量在不少领域都有着广泛的应用,这几天做项目用到了LCR数字电桥来测量电机参数,正好来总结下阻抗测量的基本方法及技术。

基本概念

所谓的阻抗测量,就是通过仪器来得到待测元件的电阻(R)、电容(C)、电感(L)、品质因数(Q)、损耗因数(D)等信息,可以用一张图把这些关系简明的表示出来:

测量技术

阻抗测量有几种不同的技术和方法,是德科技在其文档“成功测量阻抗的8点提示”中简要介绍了各种方法及技术。

简而言之,从原理上来看,阻抗测量有三种方法:

  • 自动平衡电桥技术
  • IV和RF-IV技术
  • 传输/反射技术

从仪器种类上来看,阻抗测量可以通过三大类仪器来完成:

  • LCR表
  • 阻抗分析仪
  • 网络分析仪

LCR表与阻抗分析仪采用RF-IV/IV或自动平衡电桥技术;网络分析仪则是基于传输/反射技术。LCR表和阻抗分析仪的主要区别之一是它们对测量结果的显示方式。LCR表用数字显示测量结果,而阻抗分析仪既可以用数字也可以用图形显示测量结果。使用自动平衡电桥技术的LCR表又称为LCR数字电桥,这也是最便宜和简单的阻抗测试仪器。网络分析仪主要用于通信领域,其价格也是最为昂贵的。

关于网络分析仪,可参考NI的文档“网络分析基础”,下面主要讨论下LCR数字电桥的相关问题。

LCR数字电桥

LCR数字电桥的相关知识可以阅读IET Labs的”LCR Measurement Primer“,这份文档较为详细的介绍了LCR电桥各方面的知识,本文仅从使用的角度简要介绍下LCR数字电桥的基础知识。

LCR数字电桥的基本原理框图如图:

一言以蔽之,就是通过测量待测元件两端的电流与电压(同时记录相位信息),根据矢量形式的欧姆定律就可以计算得到各种所需参数。

绝大部分LCR数字电桥均有四个被测端,其名字不同厂家的仪器有所区别,国内厂家的仪器一般称之为HD、LD、HS、LS。这四个端口的含义为:

  • HD: 输出激励源正极
  • LD:输出激励源负极
  • HS: 检测信号输入正极
  • LS: 检测信号输入负极

大部分测量单个元件的时候,将HS与HS短接后接到元件正极上;LD与LS短接后接到元件负极上。如图所示:

图中IH即上文HD,IL即LD,PH即HS,PL即LS。

不过在某些情况下,需要使用其他的连接方式,比如是德科技在其文档“高效变压器/低频线圈测试”中就介绍了使用LCR数字电桥测量变压器互感的方法,如图所示:

此图是基于其4263B LCR表的,不过对于其他型号的LCR数字电桥应该也可以使用。

除此之外,还有所谓的三端连接法,如图所示:

关于此电路的分析,见”LCR Measurement Primer“第24页。

在测量前,一般需要将测试夹短接后执行清零操作,以去除测试夹本身的阻抗。

阻抗模型

最后,简要介绍一下串联模型与并联模型,如图所示:

图中等效模型是以电容为例,不过对于电感同样存在串联模型与并联模型。

文章目录
  1. 1. 基本概念
  2. 2. 测量技术
  3. 3. LCR数字电桥
  4. 4. 阻抗模型