LCR数字电桥原理及方法

                LCR数字电桥原理及方法

L：电感（为了纪念物理学家Heinrich Lenz），C：电容(Capacitor)，R：电阻(Resistance)，数字电桥就是能够测量电感，电容，电阻，阻抗的仪器，这是一个传统习惯的说法，zui早的阻抗测量用的是真正的电桥方法

　　随着现代模拟和数字技术的发展，早已经淘汰了这种测量方法，但LCR电桥的叫法一直沿用至今。如果是使用了微处理器的LCR电桥则叫LCR数字电桥。一般用户又称这些为：LCR测试仪、LCR电桥、LCR表、LCR Meter等等。

数字电桥(卷名：电工)

digital bridge

采用数字技术测量阻抗参数的电桥。数字技术是将传统的模拟量转换为数字量，再进行数字运算、传递和处理等。

1972年，上出现带微处理器的数字电容电桥，它将模拟电路、数字电路与计算机技术结合在一起，为阻抗测量仪器开辟了一条新路。

原理

数字电桥的测量对象为阻抗元件的参数，包括交流电阻R、电感L及其因数Q，电容C及其损耗因数D。因此，又常称数字电桥为数字式LCR测量仪。其测量用频率自工频到约100千赫。基本测量误差为0.02%，一般均在0.1%左右。

数字电桥原理如图所示。图中DUT为被测件，其阻抗用Zx表示，Rr为标准电阻器。切换开关可分别测出两者的电压Ux与Ur，于是有下式：

平衡式电桥测试原理

Zx = Ux/Ix = Rr * Ux/Ur

此式为一相量关系式。如使用相敏检波器(PSD)分别测出Ux和Ur对应于某一参考相量的同相量分量和正交分量，然后经模数转换(A/D)器将其转化为数字量，再由计算机进行复数运算，即可得到组成被测阻抗Zx的电阻值与电抗值。[2]

从图中的线路及工作原理可见，数字电桥只是继承了电桥传统的称呼。实际上它已失去传统经典交流电桥的组成形式，而是在高的水平上回到以欧姆定律为基础的测量阻抗的电流表、电压表的线路和原理中。

数字电桥可用于计量测试部门对阻抗量具的检定与传递，以及在一般部门中对阻抗元件的常规测量。很多数字电桥带有标准接口，可根据被测值的准确度对被测元件进行自动分档；也可直接连接到自动测试系统，用于元件生产线上对产品自动检验，以实现生产过程的质量控制。80年代中期，通用的误差低于0.1%的数字电桥有几十种。数字电桥正向着高准确度、多功能、高速、集成化以及智能化程度方面发展。

使用方法

1． 加电

首先将电源线带IEC一端接到电桥左后方的IEC插座上，另一端插入合适的电源插座上，搬动电桥左后方的船形开关，即使电桥通电。通电后，显示器、量程及功能指示器随之变亮。电桥可自动置于电感、电容测量档，并联等效及1KHz频率状态。正常情况下，内部电路加电几秒钟后即能稳定，便可进行测量。

2．被测元件的接入方法

⑴通常径向引线的元件可直接插入组合测试夹夹板内，而接入特殊柔性引线的元件时，应借助夹板离合器进行，该离合装置位于测试夹的正下方。

⑵接入轴向引线元件时，为避免扭折引线，可采用轴向转接头，先把这两个配件分别插入测试夹的两端，再将其间距调正到适合元件测量的位置，然后便将轴向引线元件插入两端的配件夹内。

⑶在轴向转接头必需相当牢固定的场合，如在测量大量的同类元件时，需采用支撑板。

安装支撑板：首先把轴向转接头调整到适当的位置上，然后将支撑板悬置于轴向转接头上方，让每个轴向转接头穿过支撑板上的槽缝，放好支撑板，将固定螺钉对准电桥面板上的螺孔，zui后上紧螺钉。注意：安装时不易将螺钉拧得过紧。

注意：本电桥虽能够对充电电容接入测试进行防护，但应将充电电容经适当电阻放电后才进行测量。

3．使用中注意读数及测量条件显示

⑴仪器的6位显示不一定全部是有效显示，在某些测量中测量数据的未尾值可能跳动较大，应舍去这些跳动数值，读取其稳定值。

(2)一般使用自动量程进行测量，以保证选择到正确的量程，操作到手动方式可以观察实际工作量程。应用于同批同种测量元件的批量测试时，可以选择量程锁定模式工作。

(3)串--并联指示

虽然电桥具有显示串联或并联等效值的选择性，但在不利的Q值情况下，用上述两种方式均不可能获得基本准确度。当需要改动某一显示方式以便提高基本准确度时，电桥通过下标s表示串联，下标p表示并联。

(4)频率提示

200μF～2000μF的电容，200H～2000H的电感，测量频率在100Hz只能获得基本准确度。同样，200pF～2nF的电容和200μH～2mH的电感，只有在1KHz测量频率上才能获得基本准确度，因此获得*测试，应选择zui合适的测试频率。

(5)测试电平显示

高K陶瓷电容或高导磁磁性电感器等，对测试信号电平的大小较为敏感，不同的测试电平会产生相异的测量结果。同时，测试电平越低，测量稳定性越差。

4． 建议采用的测量条件参考表

表 测量条件参考

元件名称 测量频率 串--并联

电容<1μF 1KHz 并联

电容≥1μF(非电解电容) 100Hz 并联

电容≥1μF（电解电容） 100Hz 串联（SER）

电感<1H 1KHz 串联（SER）

电感≥1H 100Hz 串联（SHR）

电阻<10KΩ 100Hz 串联（SHR）

电阻≥10KΩ 100Hz 并联

当电桥在100Hz和1KHz频率上，能同时提供串联和并联等效元件值时建议：一定型号和数值的元件应采用一定的方式进行测量。这样做是为了获得既于元件的结构形式，又于元件常用的工作方式的测量。如大容量的电解电容器，常作为电源波滤元件，测量时会发现，1KHZ频率上的电容值明显低于100Hz频率上的电容值。这种现象是由于这类元件的几何结构有关诸因素所构成。因此，电解电容在100Hz频率上测量的电容值是zui有用的，电解电容的损耗项通常在串联等效电阻（ESR）上显示，因此，应该测量其串联电容和串联电阻值。