基于傳感中低Q電感的測量

1 低Q電感測量的誤差分析

對實際傳感中低Q電感測量，經常碰到一些電感，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，由于電感線圈Q值很低，不易使電橋達到平衡的情況下，所測得的電感數值將發(fā)生較大的誤差。

(1) 常用測量電感電路一

圖1為L-tgδ電橋，調節(jié)電橋達到平衡：

等式兩邊實數和虛數項分別相等，則：

(2) 常用測量電感電路二

圖2為L-R電橋，當電橋平衡時：

(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，在測量時可能得到虛假平衡。圖3 中，可調節(jié)R2和Rs,替調節(jié)R1時Rs使電橋平衡時：

他可直讀Lx和Qx而稱之為L-Q電橋，L-Q電橋低Q時收斂性較差。Q O.5時就無法平衡。這是因為調節(jié)Rs時只改變橋路不平衡電壓的實數部分，調節(jié)R2時則同時改變不平衡電壓的實數部分和虛數部分;但低Q時，調節(jié)R2則對虛數部分的改變作用極少，因此收斂性很差。當Rs和R2的調節(jié)分辨率低時，可能給出虛假平衡而得到錯誤讀數。

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行測量都很困難，因為在測試頻率(比他們的工作頻率可能小數千倍)下，其值很低，這樣的電感在低頻時電阻成分占優(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以下進行。在這個頻率下線圈的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)對應不同的Rs值，分別調節(jié)R2至不平衡電壓為最小，求得一系列讀數，取出其中對應于各次獲得的最小不平衡電壓中的最低者的讀數，即為測試結果。

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

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

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，交替調節(jié)Rs,Cs使電橋平衡：

調節(jié)Rs只改變實數部分，調節(jié)Cs只改變虛數部分，因此收斂性較好。

(2) 圖5示出的為R-Q電橋，圖5中，可調的為Rs，Cs使電橋平衡：

調Cs只改變虛數部分，調R2卻同時改變實數部分和虛數部分，但低Q時他對實數部分的作用大，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為比率準確度高的電壓變壓器，電壓源供給加在被測阻抗和標準阻抗。調節(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，但其缺點是：

① 不能直讀Lx;

② 作為平衡條件的Lx關系式中包含了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測量的準確度。若采用晶體振蕩器，則可提高Lx的測量準確度。

(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為比率準確度高的電流變量器;T1的初級繞組(左側)為比率繞組。當T1的比率繞組中的凈磁通為零時，則次級繞組(右側)上感應的磁通也為零，因此檢測器指示為零時表明電橋達到平衡。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T1比率繞組磁通為零的關系可列出如下的平衡條件：

可調節(jié)N2和N3，按10倍的因數改變N1或R1，可以實現量度的改變，這種電橋由于可實現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。