长江大学感测技术PPT第三章 阻抗(电阻、电容、电感)的测量未完成

2020/1/301第3章阻抗(电阻、电容、电感)的测量电子信息学院杨友平2020/1/3023.1电桥法3.1.1惠斯顿电桥3412012341234////ZZZZZZZZZZZZZ...132414012341234ZZZZZZUUUZZZZZZZZ..00LLUIZZ..00LLLZUUZZ图3-1-1普通的惠斯顿电桥31314242XXRRXXRR31314242RXXRXRRX1、输出阻抗(或内阻)Z02、电桥开路()输出电压U0LZ3、负载电压为4、输出为0――平衡电桥交流电桥平衡必须同时满足两个条件：实部相等虚部相等说明：常用于电阻、电感、电容元件参数的测量。2020/1/3033.1.2平衡电桥法图3-1-2平衡电桥法测电阻132xRRRR一、测电阻2020/1/304图3-1-3测电容电桥324xRRRR423xRCCR22tan2xDfCR423xRCCR324xRRRR221tan2fCR二、测电容2020/1/305图3-1-4测电感的电桥23xLRRC23xRRRRQRC三、测电感2020/1/3063.1.3不平衡电桥法图3-1-5电阻传感器电桥的实例RRUUU400RRUUUe21000RRUUU200RRUUUe21000RRUU200RUUR0e0e一、直流不平衡电桥――常用于电阻传感器电桥2020/1/307结论：1、恒流源供电的优点：1°电桥从恒压源供电改为恒流源供电，可以减小和消除非线性。2°恒流源供电比恒压源供电更能消除温度变化的影响。2、差动电桥（差动式电阻传感器接在横跨电源的相邻两臂）优点：1°提高灵敏度2°消除非线性3°消除温度误差2020/1/308图3-1-6两种交流电桥2112212022ZZZZEEZZZEU211202RRRREU..210122LLEULL..120122CCEUCC二、交流不平衡电桥Z1=R1、Z2=R2时Z1=jωL1、Z2=jωL2时Z1＝１／jωC1，Z2＝1/jωC2时图R1=R2时2020/1/309图3-1-7有源电桥0122412ERERURRRRR02ERUR0RUER三、有源电桥图3-1-7（b）（a）（c）（d）2020/1/30103.2阻抗－电压转换法3.2.1欧姆法（恒流法）图3-2-1电阻－电压转换基本电路121xNxRUIRRxNxUIR（a）（b）2020/1/3011图3-2-2自举式R-U转换器0NxNEURRxNxNxxNxRRERRUURIUU0202020/1/3012图3-2-3恒流桥式R-U转换器5refxUIRR0510refxUIRRA3为同相放大器，增益为10，可由RP3调整。2020/1/3013图3-2-4反馈电阻式R-U转换器0xrefNRUUR2020/1/30143.2.2比例运算法图3-2-5比例运算法测量电路..00ExCUUC..00xECUUC（a）（b）（c）2020/1/30153.2.3差动脉冲调宽法图3-2-6差动脉冲调宽电路2020/1/3016图3-2-7脉冲调宽波形22112211212121210CRCRCRCRUUTTTTTTUTUTUUEEEEABC1和C2为差动电容传感器，通常取R1=R2，此时输出电压为R1和R2为电阻传感器，通常取C1、C2为固定电容，且C1=C2，此时21210RRRRUUE2020/1/3017图3-2-8差动电感脉冲调宽电路L1和L2为差动电感传感器的两个电感111/RL222/RLREEUUURLTln111REEUUURLTln222取R1=R22020/1/30183.3阻抗－频率转转换法3.3.1调频法图3-3-1调频电路0002fLfffL一、LC正弦振荡器适用于电感、电容式传感器)21(1,21000000LLfLLffCLf0002CCffff（电感）（电容）2020/1/3019图3-3-2差频电路二．差频电路)211(100001CCfCCff)211(100002CCfCCff0021CCffffd2020/1/30203.3.2积分法图3-3-3电阻－频率转换器67156()116RRARfTRRCR2020/1/3021RRRR432RRRxRRUUr4UAUatsacdtRUCU01756RRRUUrb0UrUbUaUcUcU||||bbUUbaUCTRU215||||bbUUbaUCTRU225,,的变化量T1期间正负T2期间负正21TTabUCRU52RRCRRRRCRUUTTTfba6576512116)(4211（a）（b）2020/1/30223.4阻抗－数字转换法3.4.1电阻－数字转换法图3-4-1单斜积分型baxNcUUNCRUTabxNUUCTRUCQNxabURCUUT)(2020/1/3023图3-4-2双斜积分型21xccNRTTNTTR——积分电容——用以消除运放A1A2失调电压的影响RN——标准电阻Rx——被测电阻CrCC,02020/1/3024积分器输出波形与双积分A/D相似，只是将Ux换成IRx，将UR换成IRN初始阶段，S1、S4、S5闭合，30eUE定时积分阶段（T1），S3闭合，对IRx积分，定压积分阶段（T2）,S2闭合，对IRN积分。RCTIRUUxEE1010212ENEEURCTIRUURCTIRRCTIRNx21xNRRTT122020/1/3025时间——数字转换图3-4-2电路中各开关由计数器逻辑电路控制。在定时积分阶段（T1）计数器对计时脉冲（周期为Tc）计数，从0计数到满度值，即。在定压积分阶段（T2），计数器从0开始对计时脉冲计数，当比较器输入电压又返回e3，比较器动作，计数器停止计数。此时的计数结果为cTNTmax1maxmax2/NRRRRNTTNNxNxc故电阻量化单位是max/NRN2020/1/30263.4.2电感、电容－数字转换法图3-4-3同步分离法测量阻抗原理图一、阻抗电压变换器2020/1/3027图3-4-4阻抗－电压变换器....xxxxxsssrjLrLUUUjURRR....xsssxxxxUURGjCURGjURC电感——电压变换器电容——电压变换器2020/1/3028二、相敏检波器1、组成原理tUuxxsin2)sin(2tUuyy)2cos(cos0tUkUukuuyxyxcos00yxUkUuU两输入信号同相（或）时，输出为两输入信号正交（）时，输出为0设0yxUKU22020/1/30292、输出电压RrKUUxsxr2xsxrGRKUU2RLKUUxsxx2xsxxcRKUU2测电感时测电容时相敏检波器I输出电压相敏检波器II输出电压三、A/D转换实部A/D转换Nr与rx（或Gx）成正比虚部A/D转换Nx与Lx（或cx）成正比rxrNUxxxNU