基于傳感中低Q電感的測量

1 低Q電感測量的誤差分析

對實(shí)際傳感中低Q電感測量，經(jīng)常碰到一些電感，雖然直流電阻不大，但由于交流損耗電阻極大，而Q值極低，有的Q值在O.5以下。在測量時(shí)，由于電感線圈Q值很低，不易使電橋達(dá)到平衡的情況下，所測得的電感數(shù)值將發(fā)生較大的誤差。

(1) 常用測量電感電路一

圖1為L-tgδ電橋，調(diào)節(jié)電橋達(dá)到平衡：

等式兩邊實(shí)數(shù)和虛數(shù)項(xiàng)分別相等，則：

(2) 常用測量電感電路二

圖2為L-R電橋，當(dāng)電橋平衡時(shí)：

(3) 常用測量電感電路三

圖3是一種最為常見的L-C電橋電路，這種L-C電橋的低Q收斂性較差，在測量時(shí)可能得到虛假平衡。圖3 中，可調(diào)節(jié)R2和Rs,替調(diào)節(jié)R1時(shí)Rs使電橋平衡時(shí)：

他可直讀Lx和Qx而稱之為L-Q電橋，L-Q電橋低Q時(shí)收斂性較差。Q O.5時(shí)就無法平衡。這是因?yàn)檎{(diào)節(jié)Rs時(shí)只改變橋路不平衡電壓的實(shí)數(shù)部分，調(diào)節(jié)R2時(shí)則同時(shí)改變不平衡電壓的實(shí)數(shù)部分和虛數(shù)部分;但低Q時(shí)，調(diào)節(jié)R2則對虛數(shù)部分的改變作用極少，因此收斂性很差。當(dāng)Rs和R2的調(diào)節(jié)分辨率低時(shí)，可能給出虛假平衡而得到錯(cuò)誤讀數(shù)。

2 低

Q電感的測量方法

小電感(例如射頻線圈)在任何低頻電橋上進(jìn)行測量都很困難，因?yàn)樵跍y試頻率(比他們的工作頻率可能小數(shù)千倍)下，其值很低，這樣的電感在低頻時(shí)電阻成分占優(yōu)勢，因此需要更精確的測量步驟。

隨著被測元件Q值的降低，電橋平衡與損耗平衡調(diào)節(jié)之間的互依賴愈來愈顯著，也就是說電橋的收斂性愈來愈壞，因此測量頻率最好在10 kHz以下進(jìn)行。在這個(gè)頻率下線圈的Q值約為1 kHz的10倍。

對于最為常用的L-Q電橋測量傳感中的低Q值電感，采用下列辦法可解決低Q測量的困難。他能給出第一次近似平衡，其精度較高。

(1)對應(yīng)不同的Rs值，分別調(diào)節(jié)R2至不平衡電壓為最小，求得一系列讀數(shù)，取出其中對應(yīng)于各次獲得的最小不平衡電壓中的最低者的讀數(shù)，即為測試結(jié)果。

(2)可先調(diào)節(jié)Rs使不平衡電壓為最小，然后左右手同時(shí)調(diào)節(jié)R2和Rs(按同一方向調(diào)節(jié)，即使之間同時(shí)增大或同時(shí)減小)以繼續(xù)減小不平衡電壓，調(diào)節(jié)Rs，如此反復(fù)，直至不平衡電壓接近零，這樣有助于收斂。

(4) 可提高Rs和Rs調(diào)節(jié)分辨率，雖然Q值測量準(zhǔn)確度要求不高，因而相應(yīng)對Rs的讀數(shù)準(zhǔn)確度要求也低，但為了求得真正的平衡，對Rs調(diào)節(jié)分辨率的要求應(yīng)比其準(zhǔn)確度的要求高得多。

3 低Q電感測量橋路

下列幾種電路的低Q收斂性較好。

(1) 圖4中示出的為L-R電橋，交替調(diào)節(jié)Rs,Cs使電橋平衡：

調(diào)節(jié)Rs只改變實(shí)數(shù)部分，調(diào)節(jié)Cs只改變虛數(shù)部分，因此收斂性較好。

(2) 圖5示出的為R-Q電橋，圖5中，可調(diào)的為Rs，Cs使電橋平衡：

調(diào)Cs只改變虛數(shù)部分，調(diào)R2卻同時(shí)改變實(shí)數(shù)部分和虛數(shù)部分，但低Q時(shí)他對實(shí)數(shù)部分的作用大，因而低Q收斂性較好(但高Q收斂性則差)。缺點(diǎn)是不能直讀Lx。

(3) 圖6為采用電壓變量器作比率臂的電橋。

圖中T1為比率準(zhǔn)確度高的電壓變壓器，電壓源供給加在被測阻抗和標(biāo)準(zhǔn)阻抗。調(diào)節(jié)N2(或Cs)和N3(或Rs)使電橋平衡：

這種電橋由于可分別平衡，因而收斂性較好，但其缺點(diǎn)是：

① 不能直讀Lx;

② 作為平衡條件的Lx關(guān)系式中包含了ω2,因此測量誤差(相對誤差)至少為振蕩源給出的測試頻率相對誤差的2倍。

例如，頻率相對誤差為1%，Lx的測量誤差至少為2%。因而限制了Lx測量的準(zhǔn)確度。若采用晶體振蕩器，則可提高Lx的測量準(zhǔn)確度。

(4) 圖7示出了采用電流變量器的電橋，他適用于測量低Q值電感。

圖中T1為比率準(zhǔn)確度高的電流變量器;T1的初級繞組(左側(cè))為比率繞組。當(dāng)T1的比率繞組中的凈磁通為零時(shí)，則次級繞組(右側(cè))上感應(yīng)的磁通也為零，因此檢測器指示為零時(shí)表明電橋達(dá)到平衡。若(Rx+jωLx)和R2均為低阻抗(該電橋只適于測量低值電感)，則R1，和R2，Cs上的電壓可分別取決于(Rs+jωL)和R2的大小。根據(jù)T1比率繞組磁通為零的關(guān)系可列出如下的平衡條件：

可調(diào)節(jié)N2和N3，按10倍的因數(shù)改變N1或R1，可以實(shí)現(xiàn)量度的改變，這種電橋由于可實(shí)現(xiàn)分別平衡而收斂性較好，且可直讀電感，是一種很理想的低電感測量橋路。