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          使用電橋法測量陶瓷電容的容量

          文章出處:東莞市瓷谷電子科技有限公司 所屬分類: 知識分享

              電容器的電容量(C)及報耗角正切(0)值是電容器的兩個最基本的參數,它們主要取關于介質材料的相對介電常數(e)和損耗角正切值。電容量可根據不同容量范圍、不同的工作條件不同環境要求選擇相應的方法進行測量,目前測量電容量的方法有電橋法諸振法等。介質的相對介電常數可根據所測得的電容量進行計算而求得。


              用電橋法測試容量的主要優點是測量電容的范圍廣、精度高。選用各工作頻率范圍的電橋,可對電容器容量進行不同頻率下的測量,以研究電容器的容量頻率特性。根據工作頻率不同,測量電容量的電橋可分為超低頻電橋、音頻電橋和雙T電橋等。超低頻電橋的頻率范圍是0.01 ~ 200Hz,音頻電橋一般在20Hz ~ 3MHz,雙T電橋一般在1MHz ~ 50MHz范圍,有的雙T電橋,使用頻率達到250MHz時,仍具有較好的測量精度。

              1)超低頻電橋
              工業自動化控制電路中所使用的電容器經常工作在極低頻情況下,對其性能的測試可采用圖2.7所示的基本電路。這種測量線路屬于平衡指示器不接地的電阻比例臂電橋,應用頻率范圍為0.1~10Hz。
             
              因為頻率很低,所以采取直接耦合,為了消除雜散因素的影響,除橋臂、指示器采用屏蔽外,還采用瓦格納保護電路。平衡指示器是用高輸人的直流放大器和指示器組合而成,指示器的輸人沒有接地端,橋臂選用阻值比較低的電阻R來抑制其受外界電場感應的影響。

              電容量測量采用替代法,在未接待測電容(Cx)下、電橋平衡時從CA讀出CB值,接人待測電容(Cx)后、橋平衡時讀出的CA值,通過式(2.13)算得。

          Cx=CA-CB

              2)西林電橋
              針對不同用途,西林電橋有高壓工頻西林電橋、低壓工頻西林電橋及低壓音頻西林電橋之分。它們除了工作電壓的高低和信號頻率的差別之外,其結構原理是。樣的。圖2.8為西林電橋的原理圖。

              圖中Rx、Cx為被測電容器的等值并聯電容及電阻,R3、R4為比例臂。Cs 為標準電容,C4為平衡由試樣損耗角正切引起的參數變化而設置的可變電容,電橋平衡時滿足圖

                ZxZ4 = ZsZ3
           

          1/Zx= 1/Rx+ jwCx;
          Zs= 1/jwCs;
          Z3= R3;
              1/Z4= 1/R4+ jwC4代人式(2.14)可得1/(1/Rx + jwCx)(1/R4 + jwC4) = R3/jwCs,由此可得tg0x= 1/wCxRx = wC4R4,
          Cx= CsR4/R3(1+g2δx)。當tgδx<0.1,則破測電容(Cx)值近似地由式2.15表示,此時誤差不超過1%。

                Cx = CsR4/R3 
           
          角頻率w和電阻R4均為已知,電橋平衡時,tgδc可由C4的對應量對其進行刻度,從而可直接讀數。通常R4的數值選擇為: R4 = 10000/π= 3183.22或1000/π = 318.320、100/131. 83202。 如在工頻下測量,即w= 2πf = 100,則損耗角正切(tgδ )值的讀數在R4取104/π和103/π時,分別為C4的容量值(單位μF)或它的10-1、10-2倍率值。

                3)雙T電橋
                雙T電橋是利用兩個并聯的T型網絡構成的四端網絡,其原理如圖2.9所示。圖中C1、C為電容器,R為無感電阻、L、C2為輔助線圈和標準可調電容器,Lb、C3為另一T型網絡的輔助線圈和標準可調日電容器。利用被測電容接入aa’端前后、電橋平衡時C2、C3的讀數變化,容易地對待測電容器(Cx)和損B耗角正切(g8x)進行測量。若電橋平衡后,待測電容器接于aa‘端,再將電橋調平衡時有 
            CXaa=C30-C31
            tgδX=1/wCxRx=wC2▲C3/C1▲C2
            式中▲C2=C20-C21;▲C3=C31-C30;C20、C30分別為未接待測電容且電橋平衡時C2、C3的值;C21、C31分別接入待測電容后,電橋重新平衡時C2、C3的值。若電容接在bb端,采用同樣的方法可以得出
           
            Cxbb=C20-C21
            tgδX=C1▲C2/wC2R▲C3
            雙T電橋的優點是信號源與檢測器有公共的接地點、可不用隔離變壓器,雜散電容不影響測試結果。另外結構上可以做得很對稱,以盡量消除各種不利影響。

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