LCR阻抗测量仪校准初探

0 引言

　　在目前的生产制造业中，与传统的手动交流电桥相比，数字LCR阻抗测量仪因其测量性能稳定可靠，无需进行反复的、复杂的手动平衡，还可以减少测量误差和结果计算，故已被越来越多地被应用于交流阻抗参数的测量。要保证LCR阻抗测量仪测量准确度，对其性能的考核就显得尤为重要。本文对LCR阻抗测量仪电容、电感、电阻和损耗参数在lkHz频率下的校准作一初步探讨。

　　1 原理性能概述

　　带微处理器的LCR阻抗测量仪为多测量功能、宽频率、宽测量范围的数字计量仪器，主要应用于测量电感器、电容器、电阻器和损耗、Q值等主副参量的测量。其工作原理是以内附的标准为基础，在1kHz下溯源于电容基准。它采用自动平衡等电流条件下测量被测元件与内附标准量程电阻的相(矢)量电压比例的方法给出被测元件的量值。一般说来，由正弦交流激励电源、比较器、相量电压比检测器、数字控制和显示电路几部分组成。

　　在实际工作中，测量标准和被测量是用同一线路，而且相隔时间很短(大约仅为0.01s)，测量线路几乎没有什么变化。标准的比例，被测的量值和相位都是经过微处理器内部精密计算后迅速显示出来的。

　　还可显示测量电路的联接方式、同时显示L、Q、C、D值，克服了传统的手动交流电桥繁琐的平衡及困难的计算。

　　此外，由于LCR阻抗测量仪可以方便地进行三端或四端测量，通过开路调零和短路调零消除了开路电容和短路电感的影响;还可以消除被测端没有屏蔽的接线端的影响，这些影响可以通过LCR测量仪的非线性自动调整，使变化的电磁波中非线性部分得到控制。桥体的偏置电压也可由内部或外部提供。

　　2 主参量的校准

　　2.1电容参量的校准

　　选择比被校LCR阻抗测量仪高二个等级(或高二个等级的标准阻抗测量仪和过渡量具)的标准电容器作为被测，主要考核电容示值的基本误差。但标准电容器性能较为复杂，在音频范围内稳定性最好的电容器应选择石英电容器和三端钮空气电容器，其值可以准确的计算出来。在精密测量中，一般选择三端钮电容器作为标准器使用，并采用等电位屏蔽，即：使低电位端与屏蔽等电位，但不直接相连接。电桥测量时，让标准电容器和被测电容器流过相同的电流。由于三端钮电容器的测量是在等电位屏蔽的基础上进行，屏蔽消除了寄生泄漏的影响，准确度较高，如果排除其他干扰，可以选择10pF-1uF的容量作为标准电容考核电容示值基本误差。但考核luF以上的电容示值量程，用大电容作标准时一定要注意测量频率，如果测量频率高于音频范围时，测量结果将会发生很大的变化，这时必须作频率影响修正。如果选择云母电容器作为考核标准，温度系数较小但损耗较差，因此只能考核准确度较低的LCR阻抗测量仪。三端钮电容器采用两次测量法：首先将电容器接入LCR阻抗测量仪测量，然后断开高电位端测量开路电容量，两次测量值的增量即为被测电容器的实际值。

　　2.2电阻参量的校准

　　采用比被校LCR阻抗测量仪高二个等级(或高二个等级的标准阻抗测量仪和过渡量具)的精密交流电阻作标准，主要考核被校LCR阻抗测量仪测量电阻的性能，考核时必须注意了解所用的标准电阻的稳定性。仪器显示值与实际值的偏差应满足被校LCR阻抗测量仪测量电阻的指标。此外，交流电阻的测量可采用二端钮、三端钮、四端钮、五端钮接线法，具体的测量接线视其阻值大小而定。选用不同量值的标准电阻作标准，对LCR阻抗测量仪的不同量程考核时要注意标准电阻的测量状态。ZX100Ω时，连接导线两端钮之间的并联路电容影响可忽略不计，被测仪器一般采用串联电路;测量高电阻(Zx>1kΩ)时，被测仪器采用并联电路，连接导线端钮之间的并联电容影响较大，如果不接屏蔽，其交流电阻值和时间常数与周围的电磁场有关，变化的电磁能会使交流电阻的交流特性发生明显的变化，因此精密交流电阻器应带屏蔽，测量需要按三端钮接线进行。考核电桥小电阻量程时，要注意串联电感影响测量，可用四端钮或五端钮接线。低于10Ω的交流电阻器可采用五端钮接线法，屏蔽接地的目的是为了消除引线导纳的影响。