LCR测试仪的原理与应用

简介：
LCR测试仪就是能够测量电感、电容、电阻、阻抗的仪器，是利用电桥原理制成的一种测量仪器，能进行比较精确的测量。它具有人性化操作界面，操作简单等特点。LCR测试仪又名LCR数字电桥、LCR测量仪、LCR表等等。它能以较低的预算来满足生产线质量保证、进货检验、电子维修业对器件的测试要求。
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主要功能：
1、测量的参数：L-Q,C-D,R-D和Z-Q
2、清零校正功能
3、显示方式：直接读数显示
4、量程保持功能：在批量测试具有相同标称值元件时，该功能可有效提高测量速度
5、等效方式：串联或者并联等效方式结果输出
6、数据保持：该功能能够将测试数据结果保持在屏幕上


工作原理：
LCR测试仪的测量对象为阻抗元件的参数，包括交流电阻R、电感L及其品质因数Q，电容C及其损耗因数D。因此，又常称LCR测试仪为LCR电桥。其测量用频率自工频到约100千赫。基本测量误差为0.02%，一般均在0.1%左右。
LCR测试仪原理如图所示。图中DUT为被测件，其阻抗用Zx表示，Rr为标准电阻器。切换开关可分别测出两者的电压Ux与Ur，于是有下式：
平衡式电桥测试原理
Zx = Ux/Ix = Rr * Ux/Ur
此式为一相量关系式。如使用相敏检波器(PSD)分别测出Ux和Ur对应于某一参考相量的同相量分量和正交分量，然后经模数转换(A/D)器将其转化为数字量，再由计算机进行复数运算，即可得到组成被测阻抗Zx的电阻值与电抗值。
从图中的线路及工作原理可见，LCR测试仪只是继承了电桥传统的称呼。实际上它已失去传统经典交流电桥的组成形式，而是在更高的水平上回到以欧姆定律为基础的测量阻抗的电流表、电压表的线路和原理中。
正确使用方法
用LCR测试仪来测量零部件时，与试样之间的“连接”容易成为引起测量误差的原因。以下是进行这种“连接”的方法、以及测量误差校正方法的要点。
LCR测试仪与试样的连接方法
用LCR测试仪来测量零部件的参数时，其关键问题在于测量误差。首先是LCR测试仪本身的内部误差，还存在各种各样的原因，而与试样的连接所引起的误差，就是其中之一。
由于LCR测试仪的型号不同，可能的连接方法也会有区别，以下是五种连接方法的各自特点。一般来说，连接方法越麻烦，越能准确地进行测量。
2端子法:虽然连接容易，但是由于接触电阻、连接电缆的串联阻抗（r）、连接电缆以及端子之间的杂散电容（Cs）会引起较大的误差，如果不是中等数量级的阻抗，那么测量误差就会比较大。
3端子法:对测试电缆和试样进行屏蔽，通过抑制杂散电容，减少对于高阻抗零部件的测量误差。主要可用于测量较小的电容量。
4端子法:设置独立的电压检测电缆，以消除由于测试电缆的串联阻抗所引起的电压降和接触电阻的影响等，是一种减少低阻抗零部件的测量误差的方法。需要考虑由于电缆之间的互电感（M）所产生的影响。
如果使用在一个夹子上有2个相互绝缘的电极的开耳芬夹子，那么用2个夹子可以容易地进行4个端子的连接。
5端子法:是一种减少测量阻抗误差的方法。
4端子对法:对于交流阻抗的测量，与直流测量不同，其特点是不会受到温差电动势的影响。但是，由于电流电缆与电压电缆之间的电磁感应，测量的频率越高，要想测量低阻抗就越困难。对于这个问题，可以利用电缆的屏蔽层，使电流的去路和归路相互重叠，以抑制磁通量的产生，由此来减少由于电磁感应所引起的残留阻抗。
对电流电压变换部分进行控制，由此使试样一端（Lp端子对）的电压接近于零。即使Lc端子对上的电压也接近于零，但是由于电流的去路与归路相互重叠，所以也能抑制电磁感应的影响。

校正误差
为了减少测量误差，LCR测试仪具有若干校正功能。校正值根据频率和阻抗的量程不同会有所不同，所以进行全范围的校正要花费很多时间。
零点校正:当LCR测试仪的零点漂移对于测量值不能忽略时，就需要进行零点校正。因为零点漂移会随着电缆和电极的物理配置不同而变化，所以进行开路和闭路的零点校正时，必须与连接零部件时的电缆布线、电极间隔等相同。
负荷校正:除了测量夹具等不同所引起的零点漂移以外，如果还有不能够忽略的测量误差，那么可以进行负荷校正，以提高测量精确度。即使对于没有负荷校正功能的LCR测试仪，也能够对各个阻抗量程和频率求取校正系数，自己进行校正。