電感參量的校準(zhǔn) - LCR阻抗測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)初探

　　校準(zhǔn)LCR阻抗測(cè)量?jī)x測(cè)量電感的范圍和準(zhǔn)確度方法同考核C、R一樣，但由于附加效應(yīng)的影響，使電感的精密測(cè)量比較困難，主要的原因是電磁場(chǎng)非線性因素，這是電感本身的材料引起的。一個(gè)通電線圈周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度可以確定，但其周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度是非線性的，尤其是磁性材料對(duì)不同的電壓幅度和不同頻率非線性響應(yīng)比較大，這些因素造成了電感測(cè)量的復(fù)雜性，選用的標(biāo)準(zhǔn)電感必須有頻響的測(cè)量數(shù)據(jù)，LCR阻抗測(cè)量?jī)x應(yīng)給出被測(cè)電感的等值電路，現(xiàn)代的自動(dòng)電橋用雙T網(wǎng)絡(luò)原理，選用元件匹配，能滿足較寬的頻率范圍測(cè)量電感。

　　電感測(cè)量受頻率影響較大，因此在考核LCR阻抗測(cè)量?jī)x測(cè)量電感性能時(shí)，要注意所選用的標(biāo)準(zhǔn)電感本身的諧振頻率，在這個(gè)頻率下電感測(cè)量準(zhǔn)確度最高。例如，一個(gè)高頻電感在100MHz下測(cè)量時(shí)，為3uH，Q為100，而在lkHz下測(cè)量電阻為18mΩ，Ω為0.1，因此100MHz下測(cè)量時(shí)的電感變成lkHz下的感性電阻了。

　　沙利文的標(biāo)準(zhǔn)電感(100uH—lH)在IkHz下可作為0.01%的標(biāo)準(zhǔn)電感考核LCR阻抗測(cè)量?jī)x，而在10kHz下準(zhǔn)確度就有較大的變化。在考核LCR阻抗測(cè)量?jī)x測(cè)量小電感性能時(shí)要采用四端測(cè)量法，為了得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，電壓端和電流端之間的耦合要盡可能小。

　　電感器不能加金屬屏蔽，因?yàn)闀?huì)引起渦流，使得電感器測(cè)量值隨工作電流和頻率的變化而改變。但是測(cè)量電感器的連接線應(yīng)該帶屏蔽，連接導(dǎo)線的長(zhǎng)度一般在80cm一100cm。無論電感器量值的大小，接至電感器的引線端都不能屏蔽，該引線端應(yīng)盡量短，其目的是為了減少分布電容的影響。還需要注意的是：

　　被測(cè)電感器的周圍不能有金屬、鐵磁物質(zhì)存在。電感器測(cè)量也必須做二次測(cè)量，扣除LCR阻抗測(cè)量?jī)x至被測(cè)電感器的引線電阻。先使測(cè)量端短路平衡，然后再做測(cè)量電感值的主測(cè)量，兩次測(cè)量值的增量即為被測(cè)電感器的實(shí)際值。

　　4 電容損耗因數(shù)的校準(zhǔn)

　　損耗因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)器由電容和電阻組合而成，有串聯(lián)等效電路和并聯(lián)等效電路兩類。取值范圍為(10-1~10-5)的十進(jìn)步進(jìn)式多盤損耗箱或1、2、5、8跳躍步進(jìn)式損耗箱。電容量值為100pF～1uF的單值標(biāo)準(zhǔn)電容器。電容損耗因數(shù)的校準(zhǔn)一般校準(zhǔn)范圍為(10-4～1)。

　　5 頻率特性考核。

　　交流阻抗測(cè)量的準(zhǔn)確度與頻率有關(guān)，阻抗測(cè)量的靈敏度和頻率是成比例的。每一交流阻抗都具有專用頻率，在其專用頻率下阻抗測(cè)量的靈敏度最高。因此LCR阻抗測(cè)量?jī)x的頻率范圍應(yīng)較寬，才能滿足各種交流阻抗的測(cè)量，目前LCR阻抗測(cè)量?jī)x的頻率在10Hz一10MHz之間，如美國(guó)GR公司生產(chǎn)的1689(M)，Quadtech公司的7600，HP和Agillent公司的4284。考核LCR阻抗測(cè)量?jī)x的頻率主要是通過數(shù)字頻率計(jì)直接測(cè)量LCR阻抗測(cè)量?jī)x的各個(gè)頻率，看其是否滿足其頻率指標(biāo)，如考核GRl689數(shù)字電橋的頻率，在測(cè)試夾“-”端與地之間用頻率計(jì)監(jiān)測(cè)，儀器編程可選擇測(cè)試頻率12Hz，100Hz，1kHz，10kHz，100kHz等，頻率測(cè)量之偏差應(yīng)小于儀器對(duì)頻率的指標(biāo)要求。

　　6 測(cè)量電壓考核

　　交流阻抗測(cè)量需要特殊的電壓幅度，像鐵芯電感、半導(dǎo)體電容都是非線性元件，在測(cè)量時(shí)電壓不能太小，在整個(gè)測(cè)量過程中交流信號(hào)在測(cè)量引線中引起的噪聲會(huì)增加失真度，另外被測(cè)阻抗的非線性也會(huì)引起諧波畸變。增加電壓幅度可以克服上述現(xiàn)象。因此，要求LCR阻抗測(cè)量?jī)x測(cè)量電壓在一定幅度內(nèi)可調(diào)。測(cè)量電壓一般在5mV～1.25V，有利于交流阻抗的測(cè)量，而測(cè)量電壓與頻率有關(guān)，因此考核測(cè)量電壓時(shí)必須注明測(cè)量時(shí)的頻率。具體方法是用直接測(cè)量法，LCR阻抗測(cè)量?jī)x不接被測(cè)，在測(cè)試夾具“-”端與地之間用數(shù)字電壓表監(jiān)測(cè)：儀器頻率可選12Hz，lkHz和100kHz三種情況下測(cè)量5mV~1.25V，電壓偏差應(yīng)滿足電橋測(cè)量電壓指標(biāo)要求;也可選擇在某一電壓下，以不同的頻率考核該一電壓的變化，其電壓偏差也應(yīng)滿足電壓指標(biāo)要求。

　　總之，一臺(tái)LCR阻抗測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)，除了要考核其測(cè)量頻率范圍、電壓幅度等性能外，更重要的是要考核其組合測(cè)量即測(cè)量L、C、R的性能。在校準(zhǔn)其測(cè)量L、C、R性能時(shí)，要注意測(cè)量頻率和聯(lián)接方式。當(dāng)一臺(tái)LCR阻抗測(cè)量?jī)x既可以進(jìn)行三端測(cè)量又可以進(jìn)行四端測(cè)量時(shí)，為了得到比較準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，選擇測(cè)量聯(lián)結(jié)方式按以下原則進(jìn)行：(1)阻抗低于10Q用四端測(cè)量;(2)阻抗高于10kΩ用三端測(cè)量;(3)在10Ω-10kΩ之間的阻抗必須消除開路電容和導(dǎo)線的串聯(lián)電阻影響，應(yīng)在四端測(cè)量上加上屏蔽接地，即采用五端測(cè)量法。