LCR數字電橋原理及方法

                LCR數字電橋原理及方法

L：電感（為了紀念物理學家Heinrich Lenz），C：電容(Capacitor)，R：電阻(Resistance)，數字電橋就是能夠測量電感，電容，電阻，阻抗的儀器，這是一個傳統習慣的說法，zui早的阻抗測量用的是真正的電橋方法

　　隨著現代模擬和數字技術的發展，早已經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。

數字電橋(卷名：電工)

digital bridge

采用數字技術測量阻抗參數的電橋。數字技術是將傳統的模擬量轉換為數字量，再進行數字運算、傳遞和處理等。

1972年，上出現帶微處理器的數字電容電橋，它將模擬電路、數字電路與計算機技術結合在一起，為阻抗測量儀器開辟了一條新路。

原理

數字電橋的測量對象為阻抗元件的參數，包括交流電阻R、電感L及其因數Q，電容C及其損耗因數D。因此，又常稱數字電橋為數字式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為標準電阻器。切換開關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

此式為一相量關系式。如使用相敏檢波器(PSD)分別測出Ux和Ur對應于某一參考相量的同相量分量和正交分量，然后經模數轉換(A/D)器將其轉化為數字量，再由計算機進行復數運算，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，數字電橋只是繼承了電橋傳統的稱呼。實際上它已失去傳統經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的測量阻抗的電流表、電壓表的線路和原理中。

數字電橋可用于計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測量。很多數字電橋帶有標準接口，可根據被測值的準確度對被測元件進行自動分檔；也可直接連接到自動測試系統，用于元件生產線上對產品自動檢驗，以實現生產過程的質量控制。80年代中期，通用的誤差低于0.1%的數字電橋有幾十種。數字電橋正向著高準確度、多功能、高速、集成化以及智能化程度方面發展。

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，搬動電橋左后方的船形開關，即使電橋通電。通電后，顯示器、量程及功能指示器隨之變亮。電橋可自動置于電感、電容測量檔，并聯等效及1KHz頻率狀態。正常情況下，內部電路加電幾秒鐘后即能穩定，便可進行測量。

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，而接入特殊柔性引線的元件時，應借助夾板離合器進行，該離合裝置位于測試夾的正下方。

⑵接入軸向引線元件時，為避免扭折引線，可采用軸向轉接頭，先把這兩個配件分別插入測試夾的兩端，再將其間距調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。

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

安裝支撐板：首先把軸向轉接頭調整到適當的位置上，然后將支撐板懸置于軸向轉接頭上方，讓每個軸向轉接頭穿過支撐板上的槽縫，放好支撐板，將固定螺釘對準電橋面板上的螺孔，zui后上緊螺釘。注意：安裝時不易將螺釘擰得過緊。

注意：本電橋雖能夠對充電電容接入測試進行防護，但應將充電電容經適當電阻放電后才進行測量。

3．使用中注意讀數及測量條件顯示

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據的未尾值可能跳動較大，應舍去這些跳動數值，讀取其穩定值。

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

(3)串--并聯指示

雖然電橋具有顯示串聯或并聯等效值的選擇性，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確度。當需要改動某一顯示方式以便提高基本準確度時，電橋通過下標s表示串聯，下標p表示并聯。

(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確度，因此獲得*測試，應選擇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，不同的測試電平會產生相異的測量結果。同時，測試電平越低，測量穩定性越差。

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

電容<1μF 1KHz 并聯

電容≥1μF(非電解電容) 100Hz 并聯

電容≥1μF（電解電容） 100Hz 串聯（SER）

電感<1H 1KHz 串聯（SER）

電感≥1H 100Hz 串聯（SHR）

電阻<10KΩ 100Hz 串聯（SHR）

電阻≥10KΩ 100Hz 并聯

當電橋在100Hz和1KHz頻率上，能同時提供串聯和并聯等效元件值時建議：一定型號和數值的元件應采用一定的方式進行測量。這樣做是為了獲得既于元件的結構形式，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，測量時會發現，1KHZ頻率上的電容值明顯低于100Hz頻率上的電容值。這種現象是由于這類元件的幾何結構有關諸因素所構成。因此，電解電容在100Hz頻率上測量的電容值是zui有用的，電解電容的損耗項通常在串聯等效電阻（ESR）上顯示，因此，應該測量其串聯電容和串聯電阻值。