如何檢驗和校準LCR數(shù)字電橋測試儀？

LCR測量儀又叫LCR數(shù)字電橋，較之以前的手動式平衡交流電橋有很大的差別。LCR測量儀采用的是自動平衡電路，使用起來非常簡單方便，應(yīng)用越來越廣泛。但如何校準LCR測量儀，沒有現(xiàn)行的依據(jù)。有些單位校準LCR測量儀參考的是JJG441—2008《交流電橋檢定規(guī)程》，但是該規(guī)程明確提出：本規(guī)程不適應(yīng)于高壓電橋、MR阻抗測量儀和自動平衡電橋的檢定。所以如何校準MR測量儀就成了緊迫的問題，建議有關(guān)部門盡快制定出相應(yīng)的儀器校準規(guī)范或檢定規(guī)程。
                                               
首先，分析一下LCR測量儀的測試原理。測量儀并不是直接測量￡、C、R的值，而是通過測量信號的變化(一個已知信號通過被測件，輸出信號將發(fā)生變化)來計算被測件的阻抗或?qū)Ъ{，然后通過選擇不同的測量模式，根據(jù)阻抗或?qū)Ъ{進一步算出相應(yīng)的￡、C、R的值。LCR測量儀有兩種測量模式，串聯(lián)模式和并聯(lián)模式。串聯(lián)模式以測量阻抗z(z=u／，)為基礎(chǔ)，并聯(lián)模式以測量導(dǎo)納l，(1，=，／U)為基礎(chǔ)。原理示意圖如圖l所示。
 
圖中Vs是儀器內(nèi)部正弦波標準信號源，凡為儀器內(nèi)部電阻。v儀器內(nèi)部數(shù)字電壓表，A為儀器內(nèi)部數(shù)字電流表。當被測件接到測量儀上后，數(shù)字電壓表就測出被測件兩端的電壓，數(shù)字電流表上測出流經(jīng)被測件的電流，鑒相器測出電壓與電流之間的夾角學。當儀器選擇了測量模式后，儀器根據(jù)u、J、口的值，就可以通過內(nèi)部計算機算出所要測的參數(shù)。
 
我們對LCR測量儀進行儀器校準時，使用的標準器是單個元件。但是單個電阻、電容、電感并不是理想的純電阻、電容、電感，要通過轉(zhuǎn)換為等效電路來具體分析。這就要求我們在對MR測量儀校準時，為了提高校準的準確度，必須對頻率、串、并聯(lián)做出正確的選擇。電容、電感的等效電路如圖2所示。
 
C、D是電容、電感的標稱值；凡是引線、線圈電阻；印是漏電阻。電阻等效電路如圖3所示。
 
R：電阻標稱值；IJs：線圈電感；Cp：旁路電容。校準參數(shù)的選擇(以1689M高精度數(shù)字電橋為例)。主參數(shù)：電容C、電感L、電阻R；副參數(shù)：損耗因數(shù)D和品質(zhì)因數(shù)Q(由于D與Q之間存在互為倒數(shù)的關(guān)系，只要計量D值)；其他參數(shù)：測試電壓、測試頻率。儀器校準前準備工作：
(1)測試地點應(yīng)盡量選擇電磁干擾小的房間。
(2)測量前先進行短路、開路校準。
(3)采用四端接線校準方法，注意電流端、電壓端不要接錯。用BNC線纜連接標準器和被檢儀器，最好不用魚線夾接頭，以免接頭暴露在空氣中，引入電磁干擾誤差。
(4)采用標準器的準確度等級應(yīng)比LCR測量儀高兩個等級，屏蔽端接地。
(5)測試頻率、串并聯(lián)的選擇，根據(jù)以下建議做相應(yīng)設(shè)置。并采用慢速測量。
(6)測量時應(yīng)重復(fù)測量三次，并取這三次的平均值作為最終示值。示值誤差應(yīng)小于儀器的最大允許誤差。
 
電阻：將LCR測量儀設(shè)置為R／Q測試模式。正常情況下Q的示值應(yīng)該是很小的(標準器近似理想值)，一般是不超過小數(shù)點后第三位，如0．卿(Y或0．00Dx。如果Q值較大，所測電阻值也不準確。此時應(yīng)檢查接線、串并聯(lián)方式、頻率的選擇，若都沒問題，應(yīng)該是弧測量儀不準確。lQ。1m，lk地串聯(lián)(SER)，選串聯(lián)模式減小被測件等效串聯(lián)電感的影響。另外，把被測電阻正、反向分別測試一個值，然后相加取平均值，這樣可以消除電阻不對稱造成的誤差?！?m，100比并聯(lián)(PAR)，選擇低頻減少交流影響；選擇“并聯(lián)”，因為測量過程中出現(xiàn)電抗部份，等效為被測件并聯(lián)—個電容呈現(xiàn)的高電抗，用并聯(lián)模式減小這種影響。
 
電容：電容的校準建議從100pF開始，太小的電容實際測量時容易受到多種干擾因素的影響，從而引起誤差較大。LCR測量儀設(shè)置C／D測試模式，正常情況下D的示值應(yīng)該是很小的(標準器近似理想值)，一般是不超過小數(shù)點后第三位，如0．00XY或0．000x。如果D值較大，所測電容值也不準確，應(yīng)檢查接線、串芳聯(lián)方式、頻率的選擇，若都沒問題，應(yīng)該是LCR測量儀不準確。100pF—lpF lkHz串聯(lián)(SER)≥1心 100Hz串聯(lián)(SER)選擇串聯(lián)還是并聯(lián)，應(yīng)根據(jù)元件的等效電路，設(shè)法減少損耗電阻R的影響，使損耗角盡量接近900，這樣測量儀計算起來會更準確些。而損耗電阻R的影響體現(xiàn)在測量時D值得大小。測量電感時Q值的大小也應(yīng)遵循此原則。
 
電感：電容的校準建議從10胛開始，然后依次10倍遞增。LCR測量儀設(shè)置L／Q測試模式，正常情況下Q的示值應(yīng)該是較大的(標準器近似理想值)，一般是至少是兩位數(shù)以上，如)(Y．00。如果Q值較小，所測電感也不準確，應(yīng)檢查接線、串并聯(lián)方式、頻率的選擇，若都沒問題應(yīng)該是LCR測量儀不準確。lp衄一1H電感≥1H電容損耗：1kHz串聯(lián)(SER)100Hz串聯(lián)(SER)損耗值的儀器校準建議從O．0001—1，根據(jù)需要選擇相應(yīng)的點。采用四線法測試，接線方式同上。LCR測量儀設(shè)置C／D測量模式，根據(jù)標準器的實際電路組成來選擇串聯(lián)或并聯(lián)。頻率選擇與損耗標準器標稱一致，如1kHz。
 
頻率特性：IJCR測量儀的測量頻率范圍在通常lOHz一200kHz?？梢杂猛ㄓ糜嫈?shù)器或數(shù)字頻率計來測量其頻率。頻率選擇為100Hz、120Hz、lk比、lOk№、100kHz等頻率點。采用開路測試，從電流高端把信號引至頻率計的輸入端。測量電壓：電壓幅度的測量可以用數(shù)字電壓表來檢測，并注明在該頻率下的電壓幅度的準確度。通常選擇頻率為：100Hz、1kHz、10kHz、100kHz。采用開路測試，電壓值選擇：常用的電壓如0．1v、1V等。
結(jié)束語：由于我們國家關(guān)于電容、電感的溯源傳遞只在1l此頻率下，所以我們在儀器校準比R測量儀采用的標準器也是在1kHz頻率下的值。如果要校準其他頻率下的值，則沒有溯源標準。這也是目前我們儀器校準中LCR測量儀局限性所在，希望有關(guān)部門能夠盡快完善這方面的標準。