大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)-拓展提高篇 課件 實(shí)驗(yàn)1.11-交流電橋測(cè)電容、電感和電阻

1交流電橋測(cè)電容、電感和電阻第1節(jié)原理大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)——拓展提高篇交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—原理1、背景介紹2直流和交流的區(qū)別一般交流電用于家用、工礦企業(yè)、醫(yī)療、制造業(yè)等等；直流電一般用于一些特殊的行業(yè)如汽車(chē)焊接、金屬制品的電解和電鍍交流電大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化；直流電則方向不變交流電沒(méi)有正負(fù)極；直流電正負(fù)極不能互換交流電不能被儲(chǔ)存；直流電可以?xún)?chǔ)存DC-直流：I,UAC-交流：i(t),u(t)交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—原理電容器31、背景介紹電感器電容器是儲(chǔ)存電量和電能（電勢(shì)能）的元件。一個(gè)導(dǎo)體被另一個(gè)導(dǎo)體所包圍，或者由一個(gè)導(dǎo)體發(fā)出的電場(chǎng)線全部終止在另一個(gè)導(dǎo)體的導(dǎo)體系，稱(chēng)為電容器。電感器是能夠把電能轉(zhuǎn)化為磁能而存儲(chǔ)起來(lái)的元件。電感器的結(jié)構(gòu)類(lèi)似于變壓器，但只有一個(gè)繞組。沒(méi)有電流通過(guò)的狀態(tài)下，電路接通時(shí)它將試圖阻礙電流流過(guò)它；如果電感器在有電流通過(guò)的狀態(tài)下，電路斷開(kāi)時(shí)它將試圖維持電流不變。4掌握交流電橋的平衡條件和測(cè)量原理設(shè)計(jì)各種實(shí)際測(cè)量用的交流電橋驗(yàn)證交流電橋的平衡條件學(xué)會(huì)用交流電橋測(cè)定電容、電感和電阻2、目的交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—原理53、實(shí)驗(yàn)原理交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—原理I0~UsGabcdZ1Z2Z3Z4I1I2I3I4交流電橋電路圖（1）交流電橋平衡條件當(dāng)指零計(jì)

I0=0，電橋達(dá)到平衡已知三個(gè)臂上的阻抗參數(shù)，可通過(guò)平衡電橋得出第四臂的阻抗參數(shù)63、實(shí)驗(yàn)原理交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—原理（2）交流電橋平衡分析正弦交流電情況下，阻抗可用復(fù)數(shù)形式表示電橋平衡條件為或者1.相對(duì)橋臂上阻抗幅模的乘積相等2.相對(duì)橋臂上的阻抗幅角之和相等直流電橋平衡充要條件交流電橋平衡必要條件同時(shí)滿(mǎn)足1和2才是交流電橋平衡的充要條件73、實(shí)驗(yàn)原理交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—原理（3）交流電橋的設(shè)計(jì)1.選擇合適方式配置橋臂阻抗橋臂盡量不采用標(biāo)準(zhǔn)電感盡量使平衡條件與電源頻率無(wú)關(guān)反復(fù)調(diào)節(jié)使阻抗（幅模）和幅角同時(shí)滿(mǎn)足關(guān)系2.科學(xué)調(diào)節(jié)橋臂參數(shù)目標(biāo)：收斂性好83、實(shí)驗(yàn)原理交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—原理（4.a）常用交流電橋:電容電橋電容電橋：測(cè)量電容器電容及介電損耗角介電損耗角δ實(shí)際電容器存在介質(zhì)損耗，導(dǎo)致電容器兩端的電壓相位差不是90°而是比90°小一個(gè)δ角。介電損耗角正切D=tanδ介電損耗角正切表征每個(gè)周期內(nèi)介質(zhì)損耗的能量與其貯存能量之比。屬于材料的本身固有特性。93、實(shí)驗(yàn)原理交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—原理（4.a）常用交流電橋電容器等效電路I串聯(lián)RCURUCU等效電路圖UURUCIδ矢量圖103、實(shí)驗(yàn)原理交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—原理（4.a）常用交流電橋測(cè)量損耗小的電容電橋~GR'XR2=RbR3=Ra串聯(lián)電阻式電容電橋RnCnC'XCX電橋平衡條件電容器等效電路的應(yīng)用串聯(lián)113、實(shí)驗(yàn)原理交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—原理（4.a）常用交流電橋電容器等效電路并聯(lián)UICδ矢量圖IR'C'IRICU等效電路圖IIR當(dāng)介電損耗較小時(shí)，123、實(shí)驗(yàn)原理交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—原理（4.a）常用交流電橋測(cè)量損耗大的電容電橋~GR'XR2=RbR3=Ra并聯(lián)電阻式電容電橋RnCnC'XCX電橋平衡條件電容器等效電路的應(yīng)用并聯(lián)133、實(shí)驗(yàn)原理交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—原理（4.b）常用交流電橋:電感電橋電感電橋：測(cè)量電感器電感及品質(zhì)因數(shù)電感值L通常采用標(biāo)準(zhǔn)電容作為與被測(cè)電感相比較的標(biāo)準(zhǔn)元件。品質(zhì)因數(shù)

Q一般實(shí)際的電感線圈都不是純電感，除了電抗XL=ωL外，還有有效電阻R，兩者之比稱(chēng)為線圈的品質(zhì)因數(shù)Q=ωL/R。電感器Q值越高，其損耗越小，效率越高。143、實(shí)驗(yàn)原理交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—原理（4.b）常用交流電橋測(cè)量高Q值的電感電橋~GRXR2=RbR4=Ra測(cè)量高Q值的海氏電橋RnCnLX電橋平衡條件153、實(shí)驗(yàn)原理交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—原理（4.b）常用交流電橋測(cè)量低Q值的電感電橋~GRXR2=RbR4=Ra測(cè)量低Q值的麥克斯韋電橋RnCnLX電橋平衡條件163、實(shí)驗(yàn)原理交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—原理（4.c）常用交流電橋:電阻電橋測(cè)量純電阻電橋電橋平衡條件~UsGR1=RxR2=RbR4=RnR3=Ra交流電阻電橋橋路形式與直流單臂電橋相同,但是由于交流電橋測(cè)量時(shí)殘留電抗較大，不易平衡建議用直流電橋測(cè)純電阻17交流電橋測(cè)電容、電感和電阻第2節(jié)實(shí)驗(yàn)儀器大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)——拓展提高篇18DH4518型交流電橋?qū)嶒?yàn)儀交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—儀器19DH4518型交流電橋?qū)嶒?yàn)儀交流電源電源頻率調(diào)節(jié)交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—儀器20DH4518型交流電橋?qū)嶒?yàn)儀交流指零儀交流信號(hào)頻率靈敏度調(diào)節(jié)指零儀接口交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—儀器21DH4518型交流電橋?qū)嶒?yàn)儀被測(cè)元件交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—儀器22DH4518型交流電橋?qū)嶒?yàn)儀純電阻元件--Ra交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—儀器23DH4518型交流電橋?qū)嶒?yàn)儀標(biāo)準(zhǔn)元件交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—儀器24DH4518型交流電橋?qū)嶒?yàn)儀可調(diào)電阻元件--RN交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—儀器25DH4518型交流電橋?qū)嶒?yàn)儀可調(diào)電阻元件--Rb交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—儀器26交流電橋測(cè)電容、電感和電阻第3節(jié)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)——拓展提高篇271、串聯(lián)電阻式電橋測(cè)量損耗小的電容交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—內(nèi)容~GR'XR2=RbR3=Ra串聯(lián)電阻式電容電橋RnCnC'XCX(1)按右圖連線，選擇CX=0.01μF；(2)選擇Ra

=1kΩ，Cn

=0.01μF，預(yù)估Rb

≈1kΩ；(3)將靈敏度逆時(shí)針調(diào)小直到指針在表頭的刻度的60%左右，調(diào)節(jié)Rb和Rn使檢流計(jì)指示最小，再加大靈敏度直到指針在表頭的刻度的60%左右，再調(diào)節(jié)Rb和Rn

使檢流計(jì)指示最小，反復(fù)這個(gè)操作直至靈敏度最高，而指針指示最?。ㄒ话憧蛇_(dá)零刻度），這時(shí)電橋平衡281、串聯(lián)電阻式電橋測(cè)量損耗小的電容注意事項(xiàng)：等勢(shì)點(diǎn)之間用插頭線連接交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—內(nèi)容291、串聯(lián)電阻式電橋測(cè)量損耗小的電容注意事項(xiàng)：導(dǎo)線跨接需要接入的元件交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—內(nèi)容302、并聯(lián)電阻式電橋測(cè)量損耗大的電容(1)按右圖連線，選擇CX=0.1μF；(2)選擇Ra

=1kΩ，Cn

=0.1μF，預(yù)估Rb

≈1kΩ；(3)將靈敏度逆時(shí)針調(diào)小直到指針在表頭的刻度的60%左右，調(diào)節(jié)Rb和Rn使檢流計(jì)指示最小，再加大靈敏度直到指針在表頭的刻度的60%左右，再調(diào)節(jié)Rb和Rn

使檢流計(jì)指示最小，反復(fù)這個(gè)操作直至靈敏度最高，而指針指示最?。ㄒ话憧蛇_(dá)零刻度），這時(shí)電橋平衡~GR'XR2=RbR3=Ra并聯(lián)電阻式電容電橋RnCnC'XCX交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—內(nèi)容312、并聯(lián)電阻式電橋測(cè)量損耗大的電容交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—內(nèi)容323、串聯(lián)電阻式電橋測(cè)量高Q電感(1)按右圖連線，選擇LX=10mH；(2)選擇Ra

=100Ω，Cn

=0.1μF，預(yù)估Rb

≈1kΩ；(3)將靈敏度逆時(shí)針調(diào)小直到指針在表頭的刻度的60%左右，調(diào)節(jié)Rb和Rn使檢流計(jì)指示最小，再加大靈敏度直到指針在表頭的刻度的60%左右，再調(diào)節(jié)Rb和Rn

使檢流計(jì)指示最小，反復(fù)這個(gè)操作直至靈敏度最高，而指針指示最小，這時(shí)電橋平衡~GRXR2=RbR4=Ra測(cè)量高Q值的海氏電橋RnCnLX交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—內(nèi)容333、串聯(lián)電阻式電橋測(cè)量高Q電感交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—內(nèi)容344、并聯(lián)電阻式電橋測(cè)量低Q電感(1)按右圖連線，選擇LX=1mH；(2)選擇Ra

=100Ω，Cn

=0.01μF，預(yù)估Rb

≈1kΩ；(3)將靈敏度逆時(shí)針調(diào)小直到指針在表頭的刻度的60%左右，調(diào)節(jié)Rb和Rn使檢流計(jì)指示最小，再加大靈敏度直到指針在表頭的刻度的60%左右，再調(diào)節(jié)Rb和Rn

使檢流計(jì)指示最小，反復(fù)這個(gè)操作直至靈敏度最高，而指針指示最小，這時(shí)電橋平衡~GRXR2=RbR4=RaRnCnLX測(cè)量低Q值的麥克斯韋電橋交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—內(nèi)容354、并聯(lián)電阻式電橋測(cè)量低Q電感交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—內(nèi)容36交流電橋平衡時(shí)指針不能完全回到零位的原因分析1、測(cè)量電容和電感時(shí)，損耗平衡(Rn)的調(diào)節(jié)細(xì)度受限，尤其是低Q值的電感或高損耗的電容測(cè)量時(shí)更為明顯。另外，電感線圈極易感應(yīng)外界的干擾，也會(huì)影響電橋的平衡，這時(shí)可以試著變換電感的位置來(lái)減小這種影響。2、用不合適的橋路形式測(cè)量，也可能使指針不能完全回到零位。3、由于橋臂元件并非理想的電抗元件，也存在損耗，如果被測(cè)元件的損耗很小甚至小于橋臂元件的損耗，也會(huì)造成電橋難以完全平衡。4、選擇的測(cè)量量程不當(dāng)，以及被測(cè)元件的電抗值太小或太大，也會(huì)造成電橋難以平衡。5、在保證精度的情況下，靈敏度不要調(diào)的太高，靈敏度太高也會(huì)引入一定的干擾，形成一定的指針偏轉(zhuǎn)。交流電橋測(cè)電容、電感和電阻—內(nèi)容37數(shù)據(jù)處理要求

根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算對(duì)應(yīng)待測(cè)元件參數(shù)數(shù)據(jù)記錄和處理相關(guān)數(shù)據(jù)：ω，Ra，Rb，RN，CN38交流電橋測(cè)電容、電感和電阻第4節(jié)總結(jié)和擴(kuò)展大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)——拓展提高篇1.直流電路和交流電路的區(qū)別393.電容和電感的測(cè)試電橋設(shè)計(jì)和操作2.常用電子元件的特性1、總結(jié)4.實(shí)驗(yàn)分析和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)總結(jié)和擴(kuò)展40交流電橋的橋臂是否可以任意選擇不同性質(zhì)的阻抗元件組成？應(yīng)如何選擇？為什么在交流電橋中至少需要選擇兩個(gè)可調(diào)參數(shù)？怎樣調(diào)節(jié)才能使電橋趨于平衡？交流電橋?qū)κ褂玫碾娫从泻我?？交流電源?duì)測(cè)量結(jié)果有無(wú)影響？2、擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)總結(jié)和擴(kuò)展圖片資料來(lái)源41/item/%E4%BA%A4%E6%B5%81%E7%94%B5/1023508