感测技术基础第三章 阻抗(电阻、电容、电感)的测量讲解
隔离-电阻-电容-电感测试原理
三：测试原理3.1隔离技术（GUARDING)隔离技术是ict有别于万用表，是ＩＣＴ特有的一种技术．因电路板上的元器件都是串并联在一起的，直接测试会因周边零件的影响而造成测试数值不准确，故在ICT里面有一种非常重要的技术，它就是隔离技术，通过隔离来屏蔽其他零件的影响。
如图所示：D 隔离是利用运算放大器的“虚断”和“虚短”原理使C点的电位保持和B点基本等同接地，电压为0V。
隔离一般为分二种：隔离ＶＣＣ与地。
一般电阻测试都是隔离ＶＣＣ，电容测试隔离地（ＧＮＤ）隔离点（Ｇ点）的设置一般在３个以下，三个以上的隔离点使用效果也不太。
3.2电阻测试原理3.2.1 电阻器的分类电阻器有不同的分类方法。
按材料分，有碳膜电阻、水泥电阻、金属膜电阻和线绕电阻等不同类型；按功率分，有 1/2W、 1/4W、 1/8W、1/16W 、1W、2W等额定功率的电阻；按电阻值的精确度分，有精确度为± 5%、± 10%、± 20%等的普通电阻，还有精确度为± 0.1%、± 0.2%、± 0.5%、± l%和± 2%等的精密电阻。
电阻的类别可以通过外观的标记识别。
电阻器的种类有很多，通常分为三大类：固定电阻，可变电阻，特种电阻。
在电子产品中，以固定电阻应用最多。
而固定电阻以其制造材料又可分为好多类，但常用、常见的有RT型碳膜电阻、RJ型金属膜电阻、RX型线绕电阻，还有近年来开始广泛应用的片状电阻。
型号命名很有规律，第一个字母R代表电阻；第二个字母的意义是：T－碳膜，J－金属，X－线绕，这些符号是汉语拼音的第一个字母。
在国产老式的电子产品中，常可以看到外表涂覆绿漆的电阻，那就是RT型的。
而红颜色的电阻，是RJ型的。
一般老式电子产品中，以绿色的电阻居多。
为什么呢？这涉及到产品成本的问题，因为金属膜电阻虽然精度高、温度特性好，但制造成本也高，而碳膜电阻特别价廉，而且能满足民用产品要求。
电阻电容电感基本知识及检测方法
电阻电容电感基本知识及检测⽅法常⽤电⼦元器件(电阻.电容,电感)检测⽅法与经验元器件的检测是家电维修的⼀项基本功，如何准确有效地检测元器件的相关参数，判断元器件的是否正常，不是⼀件千篇⼀律的事，必须根据不同的元器件采⽤不同的⽅法，从⽽判断元器件的正常与否。
特别对初学者来说，熟练掌握常⽤元器件的检测⽅法和经验很有必要，以下对常⽤电⼦元器件的检测经验和⽅法进⾏介绍供对考。
⼀、电阻器的检测⽅法与经验：1 固定电阻器的检测。
A 将两表笔(不分正负)分别与电阻的两端引脚相接即可测出实际电阻值。
为了提⾼测量精度，应根据被测电阻标称值的⼤⼩来选择量程。
由于欧姆挡刻度的⾮线性关系，它的中间⼀段分度较为精细，因此应使指针指⽰值尽可能落到刻度的中段位置，即全刻度起始的20％～80％弧度范围内，以使测量更准确。
根据电阻误差等级不同。
读数与标称阻值之间分别允许有±5％、±10％或±20％的误差。
如不相符，超出误差范围，则说明该电阻值变值了。
B 注意：测试时，特别是在测⼏⼗kΩ以上阻值的电阻时，⼿不要触及表笔和电阻的导电部分；被检测的电阻从电路中焊下来，⾄少要焊开⼀个头，以免电路中的其他元件对测试产⽣影响，造成测量误差；⾊环电阻的阻值虽然能以⾊环标志来确定，但在使⽤时最好还是⽤万⽤表测试⼀下其实际阻值。
2 ⽔泥电阻的检测。
检测⽔泥电阻的⽅法及注意事项与检测普通固定电阻完全相同。
3 熔断电阻器的检测。
在电路中，当熔断电阻器熔断开路后，可根据经验作出判断：若发现熔断电阻器表⾯发⿊或烧焦，可断定是其负荷过重，通过它的电流超过额定值很多倍所致；如果其表⾯⽆任何痕迹⽽开路，则表明流过的电流刚好等于或稍⼤于其额定熔断值。
对于表⾯⽆任何痕迹的熔断电阻器好坏的判断，可借助万⽤表R×1挡来测量，为保证测量准确，应将熔断电阻器⼀端从电路上焊下。
若测得的阻值为⽆穷⼤，则说明此熔断电阻器已失效开路，若测得的阻值与标称值相差甚远，表明电阻变值，也不宜再使⽤。
最实用的电阻电感和电容的电桥测量
R X R4 jL X R4 R2 R3 1 jC 4 R4 RX R2 R3 R4 L X R2 R3C 4
R X jL X R3 1 jC 4 R4 R2 R4
麦克斯韦电桥
③万用电桥QS18A
测量步骤： 1、将被测元件接在被测端钮 2、将测量选择开关旋至合适位置 3、估计被测量的大小，选择合适量程 4、选择倍率开关 5、反复调节读数盘和损耗平衡盘，并在调节过 程中逐步提高电表的灵敏度，直至电桥平衡 6、读数：被测量等于量程开关指示值乘以电桥 读数，被测品质因数或损耗因数等于损耗倍 率乘以损耗平衡盘示值
1、电阻：考虑寄生电感
2、电容：漏电阻和介质损耗 ①等效串联损耗电阻
RCS 损耗因数 D X C CRCS
②等效并联损耗电阻
Hale Waihona Puke 损耗因数XC 1 D RCP CRCP
3、电感
XL L Q RLS RLS
RLP RLP Q XL L
二、电桥法测量原理
1、直流电桥 用来测量电阻
电阻电感和电容的电桥测量
普通碳膜电阻
复习
1、电阻、电容和电感的认识 色环电阻、贴片电阻 电容的标注 2、二极管、三极管的认识与测量
贴片电阻
一、集中参数与分立参数
1、集中参数元件：流入的电流等于流出的 电流，两端电压为单值量。 2、分立参数元件：同一瞬间元件相邻两点 的电位和电流都不相同。
二、电阻、电感和电容的等效电路
RX R2 R4 R3 R4 RX R2 R3
检流计
比率臂
比较 臂
接线柱 面板图
2、交流电桥 万用电桥，可测量电阻、电感、电容以 及损耗因数、品质因数 当两相邻桥臂为纯电阻时，另两相邻桥 臂电抗性质相同；当两相对桥臂为纯电 阻时，另两相对桥臂电抗性质相反。
电容电感的阻抗
电容电感的阻抗
电容电感是电路中常见的两种元件，它们的阻抗是电路中十分重要的理论概念，本文将向读者介绍电容电感阻抗的概念和计算方法。
1. 电容的阻抗
在交流电路中，电容的阻抗大小与电容的容值C和电路所处的角频率ω有关，其阻抗Zc的计算公式为Zc=1/(jωC)，其中j为虚数单位。
可以看出，随着角频率的增大，电容的阻抗将逐渐减小。
这是因为在高频条件下，电容的存电量无法足够快地跟随电路中交变的电压并形成反向的电势差以抵消电源的电势差，从而显现出透过电流的特性。
2. 电感的阻抗
相比电容，电感在交流电路中表现出来的就不是简单的透过电流特性了，其阻抗ZL的计算公式为ZL=jωL，其中L为电感的电感值。
可以看出，电感的阻抗与角频率ω和电感的电感值L有关。
随着角频率增大，电感的阻抗将不断地增大。
这是因为在高频条件下，电流无法改变，电感内环流的磁通密度瞬间达到了最大值，从而形成反向的电势差以抵消电源的电势差，从而显现出阻止电流的特性。
3. 电容电感并联时的阻抗
在实际电路中，电容与电感也可能会同时存在，而它们的并联阻抗则需通过一些具体的数学计算得到。
根据电路理论，串联阻抗可以直接相加在一起，而并联阻抗则需用倒数和再取倒数计算得到。
经过计算发现，电容电感并联电路的阻抗为Z=1/(jωC+1/(jωL))。
在此公式中，ω、C和L的含义与前文中的相同。
综上所述，电容电感的阻抗是电路分析中必要的基础概念之一，其大小与电容、电感的参数以及角频率有关。
对于熟练掌握其计算的工程师来说，可以根据电路的实际需求设计合适的元件参数，从而实现电路的稳定工作。
电阻 电容 电感基本知识及检测方法
常用电子元器件(电阻.电容,电感)检测方法与经验元器件的检测是家电维修的一项基本功，如何准确有效地检测元器件的相关参数，判断元器件的是否正常，不是一件千篇一律的事，必须根据不同的元器件采用不同的方法，从而判断元器件的正常与否。
特别对初学者来说，熟练掌握常用元器件的检测方法和经验很有必要，以下对常用电子元器件的检测经验和方法进行介绍供对考。
一、电阻器的检测方法与经验：1 固定电阻器的检测。
A 将两表笔(不分正负)分别与电阻的两端引脚相接即可测出实际电阻值。
为了提高测量精度，应根据被测电阻标称值的大小来选择量程。
由于欧姆挡刻度的非线性关系，它的中间一段分度较为精细，因此应使指针指示值尽可能落到刻度的中段位置，即全刻度起始的20％～80％弧度范围内，以使测量更准确。
根据电阻误差等级不同。
读数与标称阻值之间分别允许有±5％、±10％或±20％的误差。
如不相符，超出误差范围，则说明该电阻值变值了。
B 注意：测试时，特别是在测几十kΩ以上阻值的电阻时，手不要触及表笔和电阻的导电部分；被检测的电阻从电路中焊下来，至少要焊开一个头，以免电路中的其他元件对测试产生影响，造成测量误差；色环电阻的阻值虽然能以色环标志来确定，但在使用时最好还是用万用表测试一下其实际阻值。
2 水泥电阻的检测。
检测水泥电阻的方法及注意事项与检测普通固定电阻完全相同。
3 熔断电阻器的检测。
在电路中，当熔断电阻器熔断开路后，可根据经验作出判断：若发现熔断电阻器表面发黑或烧焦，可断定是其负荷过重，通过它的电流超过额定值很多倍所致；如果其表面无任何痕迹而开路，则表明流过的电流刚好等于或稍大于其额定熔断值。
对于表面无任何痕迹的熔断电阻器好坏的判断，可借助万用表R×1挡来测量，为保证测量准确，应将熔断电阻器一端从电路上焊下。
若测得的阻值为无穷大，则说明此熔断电阻器已失效开路，若测得的阻值与标称值相差甚远，表明电阻变值，也不宜再使用。
电容测试法和电阻测试法
电容测试法和电阻测试法电容测试法和电阻测试法，说起来这两种方法其实就像是两种常见的“体检方式”，各自有各自的特点。
就像你去医院体检时，有时候得做个抽血检查，有时候得做个心电图，电容和电阻的测试也是类似。
你可能会想，电容和电阻是两种完全不一样的东西，它们测试起来的方式、步骤、看似也都天差地别，但其实呢，做个电容或电阻的“检查”，我们可以从一些细节上看出它们的共通之处，简直可以说是“同根生、不同命”。
先说电容测试法吧。
你就想象一下，电容就像是一个“储存小仓库”，专门储存电能的。
它可以储存电荷，但是不是什么时候都能储存进去的，得有特定的条件，比如电压得合适，电容得足够大。
这就好比你去超市买冰淇淋，冰淇淋桶的容量决定了你能装多少冰淇淋，而冰淇淋的“装载量”就类似电容储存的电能。
如果电容有问题了，那它就没法存这么多电了。
用电容表测试它的时候，实际上就是看它能不能在一定的时间内把电存满，存多了就是正常，存少了就是病了。
你想，电容的测试其实并不复杂，很多时候你只要把两根测试探头一端接触到电容的两个脚，电容表显示的数字会告诉你它的“健康状况”。
如果显示出来的数值过低，说明它的储电能力下降了，可能就像是那只已经漏气的冰淇淋桶，没法承载原本的量了。
没错，这就是“电容失效”的表现。
要是你还不知道该怎么办，那就得换新的了——就像那桶冰淇淋买不到了，再怎样忍也得换。
再来看看电阻测试法。
电阻呢，简单来说就像是你生活中的“阻力”源。
你想象一下，电流就像一个人在跑步，而电阻就是路上的坑坑洼洼。
电流跑得快不快、顺不顺，关键就在于路上有多少“坑”。
电阻高，电流跑得慢，电阻低，电流就跑得快。
也就是电阻越大，电流流动起来越困难，电阻越小，电流流动起来就越畅快。
所以，测试电阻就像是看你跑步的速度，有没有障碍，能不能跑得更快一些。
我们在测电阻的时候，测试仪器（就是万用表啦）会显示电阻值，这个值越大，说明“路上有的坑”越多，电流通过的时候就越难。
阻抗测量原理
阻抗测量原理
阻抗测量是一种用于测试电路或设备阻抗（即电阻、电感和电容）的方法。
阻抗测量的原理是基于交流电信号在电路中的传输和响应。
以下是阻抗测量的基本原理：
1. 交流电信号：阻抗测量通常使用交流电信号，以便能够测量电路或设备对不同频率的信号的响应。
交流电信号是由正弦波组成的，并且其频率可以根据需要进行调整。
2. 激励电压：在阻抗测量中，需要在被测电路或设备上施加一个已知的交流电压。
这个电压可以通过信号发生器或其他电源产生。
3. 测试电流：被测电路或设备对施加的交流电压会产生响应，导致电流流动。
在测量中，需要测量通过电路或设备的电流大小。
4. 相位差测量：除了测量电流大小外，还需要测量电流和施加电压之间的相位差。
相位差可以提供关于阻抗性质的额外信息。
5. 计算阻抗：通过测量电流和电压以及计算它们之间的相位差，可以计算出电路或设备的阻抗值。
不同阻抗元素（电阻、电感和电容）对交流电信号的响应不同，因此通过测量可以确定它们的存在和值。
阻抗测量的原理是基于交流电信号的传输特性和电路响应的分析。
通过测量电流、电压和相位差等参数，可以计算出电路或
设备的阻抗值，从而了解其性质和特征。
这种测量方法在电子工程、电力系统和通信领域等具有广泛的应用。
现代传感器技术-3-电阻、电容和电感的传感原理与参数测量-2016
不平衡电桥的非线性补偿法: 差动测量 为提高灵敏度和补偿非线性，常用如图所示差动电桥。 图a为半桥差动测量电路（R2＝R1，平衡即电阻变化为零 时 R1＝R2），输出电压为：
U o U cc ( R3 R1 R1 ) R1 R1 R2 R2 R3 R4 1 R1 / R1 R1 k 1 U cc ( ) U cc (1 k ) 1 k 1 k 1 k R1
特点：在x很小时，分压器法的测量效果受零位电压影响。
一般不适于测电阻变化范围很小(x<<1)的情况。
2018/7/4
10
3.2 电阻传感器与电阻参数的测量
3.2.2 电阻测量需要考虑的问题和方法
2）测量电阻的一般方法 电桥法：惠斯通电桥常用于测量小的阻值变化。 最简方法即平衡测量法(零示法)：利用电动或手动反馈调 节标准电阻大小，直到图中电桥平衡，即Uo=0，此时
传感器引线电阻的影响
2018/7/4 6
3.2 电阻传感器与电阻参数的测量
3.2.2 电阻测量需要考虑的问题和方法
2）测量电阻的一般方法 偏转法：用恒压源供电测电阻电流，或用恒流源供电测电阻 电压；两者是最简单的偏转法。 恒流激励电阻测量法：如图所示，给定参考电压Ur，参考电阻
Rr的电流Ir = Ur /Rr，传感电阻的端电压：U o I r R
2）测量电阻的一般方法 非线性问题的其他对策 对电阻式温、湿度及气体传感器，x可接近1或更大，如 Ptl00热电阻从0 ℃变到100 ℃时，阻值从100Ω变到140Ω。 对于k=1的电桥，非线性严重。(注: x<<k+1才有近似线性) 对策1： 牺牲灵敏度换线性，例如取k=10或更大，并提高供电电压以 提高灵敏度；受传感器自热限制，实际中宜采用小占空比的 矩形电压作激励信号。
阻抗测量专业知识讲座
3.1 引言 3.2 阻抗旳模拟测量法 3.3 阻抗旳数字测量法
2
第1页
3.1 引言
3.1.1集总参数元件特征表征
1. 阻抗定义及表达措施
电子测量原理
•
I
•
U
Z
阻抗定义图
•
Z
U
•
I
第2页
电子测量原理
阻抗两种坐标形式旳转换关系为：
+j
电 感
虚 轴
C
C R0
,
R0
L0
第5页
电子测量原理
C R0
➢ 电感器 理想电感
考虑导线损耗
考虑导线损耗 和分布电容
L
R0
L
R0
L
C0
电子测量原理
第6页
3.1.2 测试连接方式
电子测量原理
全部阻抗测试都涉及连接头旳问题.常用旳连接措 施有：
两端接线柱式
有极性旳同轴旳连接头 中性精密同轴连接头
三端连接头、四端连接头、五端连接头
ATT A/D
LC
Rr
放大器
振 荡
源电阻 HC
LP
Zx
电 流 电 压 缓冲器 转换器
本 振
器
00
900
积分器
Zx
Rr
Ux Us
-900
调制器
自动平衡电桥
功率放大器
HC-电流高端 LC-电流低端 Hp-电位高端 LP-电位低端
第29页
.
Z
U
.
x
R
jX
I
I Us Rs
,
Zx
Ux Us
电阻、电容与电感式传感器教学PPT课件
电阻、电容与电感式传感器
二、电容式传感器
2.测量原理 （2）直流极化电路
此电路又称为静压电容传感器电路，多用于电容传声器或压力传感器， 如图3-16所示。
图3-16 15
电阻、电容与电感式传感器
二、电容式传感器
2.测量原理 （3）谐振电路 图3-17为谐振电路原理及其工作特性。
二、电容式传感器
3.电容集成压力传感器 运用集成电路工艺可以把电容敏感元件电路制作在一起：构成电容集 成压力传感器。
图3-20b是一个检出电容变化并把它转换成电压输出的激光压力传感器的电路原理图。
图3-20 19
电阻、电容与电感式传感器
三、电感式传感器
1.自感型 （1） 可变阻式
图3-21 可变磁阻式电感传感器结构原理 20
几种实用例子如图3-10所示。
图3-10 8
电阻、电容与电感式传感器
一、电阻式传感器
2.电阻应变式传感器 （3）电阻应变式传感器的应用实例
2） 将应变片贴于弹性元件上，作为： 测量力、位移、压力、加速度等物理参数的传感器。 3. 固态压阻式传感器 固态压阻式传感器的工作原理与半导体应变片相同：都是利用半导体材 料的电阻效应。
25
图3-27
电阻、电容与电感式传感器
三、电感式传感器
1.自感型 （1）涡流式 下图表示的是涡流式传感器的工程应用实例。
26
电阻、电容与电感式传感器
三、电感式传感器
2.互感型—差动变压器式电感传感器 这种传感器利用了电磁感应中的互感现象。如下图所示。
27
电阻、电容与电感式传感器
三、电感式传感器
电阻、电容、电感及其阻抗、容抗、感抗概念回顾
电阻、电容、电感及其阻抗、容抗、感抗概念回顾(/yeqishi/article/details/5441820)[原创 ]作者不抬杠由于目前板卡中的固态电容被广泛的使用与普及，造成一些非专业网站和非专业人员常把电容和阻抗混淆在一起。
我们可以经常看到一些非专业网站的文章里谈到固态电容的阻抗或阻抗特性如何如何等，错误的认为“固态电容具有低阻抗特性”。
为使大家清楚的认识阻抗与电阻、电容、电感、感抗、容抗之间的关系，我来讲解一下这方面的专业知识。
电阻有阻碍电流通过的作用，这种阻碍作用叫作电阻，以字母R 或 r 表示，单位为欧姆Ω。
电容表示被介质分隔的二个任何形状的导体，在单位电压作用下，容储电场能量（电荷）能力的一个参数，以字母 C 表示，单位为法拉F。
电容在数值上等于导体所具有的电量与两导体电位差（电压）之比值，既：C=Q/U式中： C-- 电容， Q--电荷， U-- 电压电荷以字母Q 表示，单位为库仑。
一个电子的电荷是 1.6 ×10ˉ19库仑。
电感自感与互感的统称。
自感 ---当闭合回路中的电流发生变化时，回路本身的磁通也发生变化，因此在回路中会产生感应电动势，这种现象称为自感现象，这种感应电动势叫做自感电动势。
以字母L 表示，单位为亨H 。
互感 ---当两只线圈互相靠近，其中一只线圈中电流发生变化时，则其与第二只线圈环链的磁通也发生变化，在第二只线圈中产生感应电动势。
这种现象叫做互感现象，简称互感。
以字母M 表示，单位为亨H 。
感抗交流电流过具有电感的电路时，电感有阻碍交流电流过的作用，这种作用叫做感抗，以符号XL表示，单位为欧姆Ω。
感抗在数值上等于电感L 乘以频率? 的 2π倍，即：XL=2π fL容抗交流电流过具有电容的电路时，电容有阻碍交流电流过的作用，这种作用叫做容抗，以符号 XC 表示，单位为欧姆。
容抗在数值上等于 2π与电容 C ，频率 ? 乘积的倒数，即：XC=1/ （2π fC）阻抗交流电流过具有电阻、电感、电容的电路时，它们有阻碍交流电流过的作用，这种作用叫作阻抗，以字母 Z 表示，单位为欧姆Ω。
感测技术基础第三章 阻抗(电阻、电容、电感)的测量
(a)
.
U0
.
U
E
C0
Cx
(b)
.
U0
.
U
E
Cx
C0
(c)
U0
UE
C2 C1 C0
3.2.3 差动脉冲调宽法 也称脉冲调制电路，C1和C2为差动电容传感器的两个电 容。双稳态触发器两端分别输出高电平UE和低电平0。
uC1 U E (1 et / R1C1 )
T1
R1C1
ln
UE UE UR
T2
Z1 Z2 2 2 Z1 Z2
•
•
U0
E
R2
R1
2 R1 R2
.
.
U0
E
L2
L1
2 L1 L2
.
.
U0
E
C1
C2
2 C1 C2
此三个式子都包含两个参数的差与两参数 的和之比。故变压器电桥和电阻平衡臂电 桥都适合于差动式阻抗传感器
三、有源电桥
有源电桥输出电压线性度高、灵敏度高、且具有很低的输出阻抗，在测温电 路中得到了广泛应用。
缺点：为获得平衡状态，需要进行反复调节，不仅麻烦，而且测试速度 慢，不能适应大量、快速测量的需要，也不适合电阻传感器的变化电阻 的测量。
图3-1-3 测电容电桥
测量损 耗小的 电容器
Rx
R3 R4
R2
Cx
R4 R3
C2
图3-1-3 测电容电桥
0
UE
L1 L1
L2 L2
滤波器截止频率
方波基波频率
1
1
f0
T1 T2
(
1
2
)
ln
第三章阻抗电阻、电容、电感的测量未完成
X 2 R 4 R 2 X 4 R 1 X 3 X 1 R 3 2
3.1.2 平衡电桥法
一、测电阻
2019/9/10
图3-1-2 平衡电桥法测电阻
Rx
R1 R2
R3
3
二、测电容
Rx
R3 R4
R2
图3-1-3 测电容电桥
Cx
R4 R3
C2
2D 01x9/ 9/1t0an2fC 2R 2
图3-2-4 反馈电阻式R-U转换器
2019/9/10
U0
Uref
Rx RN
13
3.2.2 比例运算法
.
U0
.
U E
C0 Cx
（a）
.
U0
.
U E
Cx C0
（b）
（c）
2019/9/10 图3-2-5 比例运差动脉冲调宽法
图3-2-6 差动脉冲调宽电路
Cx
R4 R3
C2
Rx
R3 R4
R2
tan 1
2 fC2R2
4
三、测电感
Lx R2R3C
2019/9/10
图3-1-4 测电感的电桥
Rx
R2 R3 R
QRC
5
3.1.3 不平衡电桥法
一、直流不平衡电桥――常用于电阻传感器电桥
图3-1-5 电阻传感器电桥的实例
U0
U0
U0
EN RN
Rx
201U 9/90 /10 U xINR xU 0R 2 N U xR xR E NR x
11
图3-2-3 恒流桥式R-U转换器
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U0 10Iref Rx R5
反馈电阻式R-U转换器
图3-2-4 反馈电阻式R-U转换器
U0
Uref
Rx RN
例2 采用下图和一块量程1mA的电流表及一个10K欧电位 器构成一个电子欧姆表，画出电路图，说明使用前调整方 法，计算该欧姆表量程及电流表读数0.5mA时的Rx值。
21 3 45 6
3.2.2 比例运算法
图3-2-5 比例运算法测量电路
(a)
.
U0
.
U E
C0
Cx
(b)
.
U
0
.
U
E
Cx
C0
(c)
U 0
UE
C2 C1 C0
3.2.3 差动脉冲调宽法 也称脉冲调制电路，C1和C2为差动电容传感器的两个电 容。双稳态触发器两端分别输出高电平UE和低电平0。
uC1 U E (1 et / R1C1 )
fh
3
f0 ~5
3.3 阻抗－频率转换法
3.3.1 调频法 原理：把R、L、C参量接入RC或LC振荡回路，使振 荡电路频率随R、L、C变化。
图3-3-1 调频电路
• 调频电路具有严重的非线性关系，要求后续电路做适当的线性处理。 • 调频电路只有在f0较大的情况下才能达到较高的精度
fd
f
0
电容式三种阻抗式传感器。
分类：
直流不平衡电桥（恒压源供电、恒流源供电）
交流不平衡电桥
有源电桥
3.1.3 不平衡电桥法 一、直流不平衡电桥
电桥单 臂变化
R3
R2
电桥相对 两臂同向
变化
电桥相邻 两臂反向
变化
电桥四臂 差动工作
R1 R4
U0
U0
U 4
R R
e U0 U0 1 R U0 2 R
图3-4-1 单斜积分型
N
Ub Ua U N Tc
C
Rx
单积分型计数结果的推导： 由计数结果N即可得出被测电阻值
二、双斜积分型
A1用以增加积分器的输入阻抗，记忆电容C0和参考电容 Cr用以消 除偏移电压e1、e2、e3的影响。恒流源电流I一直不变。
N T2 T1 Rx Tc Tc RN
第3章 阻抗(电阻、电 容、电感)的测量
电桥法
阻
抗
阻抗—电压转换法
的
测
量
方
阻抗—频率转换法
法
阻抗—数字转换法
3.1 电桥法
3.1.1 惠斯顿电桥
图3-1-1 普通的惠斯顿电桥
戴维南定理：一个含有独立电压源、独立电流源 及电阻的线性网络的两端，就其外部型态而言， 在电性上可以用一个独立电压源V和一个二端网 络的串联电阻组合来等效。
2.差动电桥（差动式电阻传感器接在横跨电源的相邻两臂） 优点：
（1）提高灵敏度 （2）消除非线性
例1 为什么差动式电阻传 感器应接在横跨电源的相 邻两臂？
对比可见，差动式电阻传感器接在横跨电源的相邻两臂，可消除非线性。
二、交流不平衡电桥
图3-1-6 两种交流电桥
U 0 E
Z2
E E Z 2Z1
所以
T1
T2
2U b R5C Ua
f 1 1 U a (R6 R7 ) R T1 T2 2T1 4Ub R5C 16R5 R6C R
转换器输出信号频率f与ΔR成正比，具有线性关系
3.4 阻抗－数字转换法
3.4.1 电阻－数字转换法 一、单斜积分型（适合测高值电阻）
T1
R1C1
ln
UE UE UR
T2
R2C2
ln UE UE UR
图3-2-6 差动脉冲调宽电路
图3-2-7脉冲调宽波形
U0
U AB
T1U E T2U E T1 T2
T1 T1
T2 T2
U E
UE
R1C1 R2C2 R1C1 R2C2
R1=R2
U0
U AB
RC
RC
T2
T1 RN
Rx
T2仅与T1和RN有关，I的大小及偏移电压的影响均已消除，因而可实 现较高精度的电阻测量。也可采用脉冲计数法测出T2,从而得出Rx
3.4.2 电感、电容－数字转换法
图3-4-3 同步分离法测量阻抗原理图
图3-4-4 阻抗－电压变换器
.
Ux
.
U s
rx
j Lx
Z1 Z2 2 2 Z1 Z2
U0
E
R2
R1
2 R1 R2
.
.
U0
E
L2
L1
2 L1 L2
.
.
U0
E
C1
C2
2 C1 C2
此三个式子都包含两个参数的差与两参数 的和之比。故变压器电桥和电阻平衡臂电 桥都适合于差动式阻抗传感器
三、有源电桥
有源电桥输出电压线性度高、灵敏度高、且具有很低的输出阻抗，在测温电 路中得到了广泛应用。
平衡条件：
Z1 Z3 Z 2 Z 4 Z2 Z1 Z3 Z4
R2R4 X 2 X 4 R1R3 X1 X 3 X 2R4 R2 X 4 R1 X 3 X1R3
3.1.2 平衡电桥法
原理：利用电桥平衡时满足关系式：
Z1 Z3 Z2 Z4
在三个阻抗已知时，可以求出另一阻抗的值
• 4.恒流源供电与恒压源供电相比的主要优点有哪些？
• 5.交流不平衡电桥的主要类型及输出形式？
• 6 下列方法中，不能用来测量电容的是（ ）
A. 电阻平衡臂电桥 B. 欧姆法
C. 比例运算法
D. 差动脉冲调宽法
R
.
U s
rx R
.
jU s
Lx
R
.
.
.
.
U x U s R Gx jCx U s RGx jU s RCx
相敏检波器
本章复习
• 1.惠斯顿电桥输出电压怎么计算？
• 2.平衡电桥法和不平衡电桥法的适用领域？
• 3.在直流不平衡电桥中，差动电桥与普通电桥相比较 的优点？
UE
C1 C1
C2 C2
图3-2-8 差动电感脉冲调宽电路
U0
UE
L1 L1
L2 L2
滤波器截止频率
方波基波频率
1
1
f0
T1 T2
(
1
2
)
ln
U
UE E U
R
为使 U 0 U AB 保留直流分量（平均值），须滤除基波及谐波，
故滤波器应为低通滤波器，且截止频率应为
Cx
R4 R3
C2
图3-1-3 测电容电桥
Dx CxRx 2fC2R2
测量损 耗大的 电容器
Cx
R4 R3
C2
Rx
R3 R4
R2
Dx
1
Cx Rx
1
2fC 2 R2
测量低Q 值电感
测量高Q 图3-1-4值测电电感感的电桥
Lx R2R3C
Rx
R2 R3 R
Q RC
Rx
R1 R2
R3
图3-1-2 平衡电桥法测电阻
用途：常用在实验室作为精密测量的一种方法。
缺点：为获得平衡状态，需要进行反复调节，不仅麻烦，而且测试速度 慢，不能适应大量、快速测量的需要，也不适合电阻传感器的变化电阻 的测量。
图3-1-3 测电容电桥
测量损 耗小的 电容器Rx源自R3 R4 R2
图3-1-7 有源电桥
(a)
U0
E R 2 2R R
E 4
R R
1 1 R
2R
(b)、(c)
U0
E 2
R R
(d) U0
E
R R
与单臂电桥相比，有源电桥输出电压成倍提高，且消除了单臂电桥的非线性。
3.2 阻抗－电压转换法
3.2.1 欧姆法（恒流法）
--让已知的标准恒定电流通过被测阻抗，把被测阻抗转换为电压来测量。
1.初始阶段，S1、S4、S5闭合， U E0 e3
2. 定时积分阶段（T1），S3闭合，对IRx定时积分
U E1
UE0
IRx T1 RC
3.定压积分阶段（T2）, S2闭合，对IRN定值积分
UE2
U E1
IRN T2 RC
UE0
，
所以 IRx T1 IRNT2
图3-1-5 电阻传感器电桥的实例
U0
U0
U 2
R R
e U0 U0 1 R U0 2 R
U0
U 2
R R
e0
R U0 U R
e0
电桥恒压源供电和恒流源供电的对比
1.恒流源供电的优点：
（1）电桥从恒压源供电改为恒流源供电，可以减小和消除非线性。 （2）恒流源供电比恒压源供电更能消除温度变化的影响。
Z0
Z1
//
Z2 Z3
//
Z4