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      有關(guān)儀器儀表內(nèi)阻測量的分析與探討

      2012-07-12 05:06:48邯鄲市計(jì)量測試所趙曉冬溫戰(zhàn)龍馬靜芳
      電子世界 2012年15期
      關(guān)鍵詞:多用表儀器儀表內(nèi)阻

      邯鄲市計(jì)量測試所 趙曉冬 溫戰(zhàn)龍 馬靜芳

      有關(guān)儀器儀表內(nèi)阻測量的分析與探討

      邯鄲市計(jì)量測試所 趙曉冬 溫戰(zhàn)龍 馬靜芳

      內(nèi)阻測量直接對儀器儀表的測量值和輸出值造成影響,與儀器儀表的測量結(jié)果的準(zhǔn)確性息息相關(guān)。因此在進(jìn)行儀器儀表進(jìn)行測量時(shí),應(yīng)認(rèn)識到內(nèi)阻測量的重要作用。本文根據(jù)幾種典型的計(jì)量儀器的特征,設(shè)計(jì)了內(nèi)阻測量的方案,并詳細(xì)分析探討了測量數(shù)據(jù),對內(nèi)阻可能引起測量結(jié)果與實(shí)際出現(xiàn)偏差或者結(jié)論錯(cuò)誤的原因進(jìn)行分析,并提出具體解決措施。

      儀器儀表;內(nèi)阻;測量分析;數(shù)字多用表

      內(nèi)阻是每個(gè)儀器儀表都具有的特征,對測量值與輸出值的準(zhǔn)確性起著直接的影響作用。因此,對內(nèi)阻的含義以及測量方法正確認(rèn)識和理解,解決在檢定過程中出現(xiàn)的由于內(nèi)阻造成的問題十分必要。

      在檢定過程中,常常出現(xiàn)的疑惑如為什么高內(nèi)阻是進(jìn)行數(shù)字多用表測量的必備需要,為什么指針式毫伏表不能在采用5520A多功能校準(zhǔn)源在330mV檔時(shí)被檢定出來,當(dāng)9500B示波器校準(zhǔn)儀的輸出內(nèi)阻設(shè)計(jì)為1MΩ或50Ω時(shí)其輸出的正弦波信號的內(nèi)阻是多少,當(dāng)輸出內(nèi)阻為50Ω的33250信號發(fā)生器,在使用數(shù)字多用表檢定出其實(shí)際信號發(fā)生器的設(shè)定值是電壓幅度二分之一等等,這些都是需要解決的問題,否則無法測出儀器儀表的準(zhǔn)確值。

      1.5520A輸出電壓的內(nèi)阻測量

      在對Fluke5520多功能校準(zhǔn)源進(jìn)行電壓輸出時(shí),其內(nèi)阻測量方法是如圖一所示。

      圖一中,5520A輸出電壓Vs的標(biāo)準(zhǔn)電阻內(nèi)阻為5520A,8508A數(shù)字多用表對BZ3和5520A輸出端電壓分別是V2、V1。8508A-LEAD為測試導(dǎo)線。

      從表一中可以看出,當(dāng)5520A量程為330nV時(shí),內(nèi)阻輸出為50Ω,由于指針式毫伏表內(nèi)阻值不高,通常只有幾十歐姆,且電源內(nèi)阻一定程度上有著分壓作用,因此,在對低內(nèi)阻指針式電壓進(jìn)行檢定時(shí),必須保持5520A處于高量程輸出狀態(tài)。

      2.8846數(shù)字多用表內(nèi)阻分析

      8846A測量電壓原理圖如圖二所示。

      在圖二中,F(xiàn)luke8846A電壓源為內(nèi)阻Rs和測量電壓Vs。使用8846進(jìn)行電壓測量時(shí),其內(nèi)部構(gòu)造與一個(gè)電阻和一個(gè)電流表串聯(lián)相等效。其中電阻值為R表,測量值為I表。根據(jù)電壓測量公式,只有當(dāng)Rs比R表大時(shí),才能使8846A測量電壓值在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)。表二中對四種數(shù)字多用表電壓內(nèi)阻測量進(jìn)行了列舉。

      在使用8846進(jìn)行測量電阻時(shí),不管對對四線電阻或者二線電阻進(jìn)行測量,其固定原理是被測電阻必須由數(shù)字多用表輸出直流電流,其中直流電流必須是恒定不變的。同時(shí)對被測電阻的兩端電壓進(jìn)行測量,得出被測電阻阻值。在電阻測量時(shí),應(yīng)注意,內(nèi)阻會直接影響測量電壓的準(zhǔn)確性,從而對測量的電阻值也造成影響。

      3.E4404B頻譜分析儀的內(nèi)阻測量

      圖三為E4404B內(nèi)阻測量原理圖。

      根據(jù)E4404B頻譜分析儀規(guī)定要求,其輸入信號電平必須控制在30dBm范圍內(nèi),不包括直流成分,輸入端阻抗值為50Ω,其中DC耦合使用頻率在9kHz到6.7GHz范圍內(nèi),AC耦合使用頻率控制在100kHz到6.7GHz之間。

      圖一 5520A輸出電壓內(nèi)阻測量原理圖

      圖二 8846測量電壓原理圖

      圖三 4404B內(nèi)阻測量原理圖

      圖四 9500B輸出正弦波電壓的內(nèi)阻測量原理圖

      在圖三中,5720A多功校準(zhǔn)源通過輸出電壓Vs給E4404B頻譜分析儀,對E4404B兩端電壓的有效值V1測量采用8846A數(shù)字多用表進(jìn)行測量。其中V2為E4404B自身電壓,5720的輸出內(nèi)阻為Rs,E4404B的輸入內(nèi)阻為R表。8846A與E4404B電壓測得值如表三所示。

      從表三中可以看出,當(dāng)E4404B處于DC耦合模式下,其頻率在9kHz以上。E4404B與8846A的測量值處于一致的關(guān)系,測量值都為輸出信號的二分之一。由此可見,在DC耦合模式下,E4404B的內(nèi)阻與5720的內(nèi)阻相等,都為50Ω。當(dāng)E4404B處在AC耦合模式下,E4404B頻率在100kHz以下時(shí),測出的電壓值超差十分嚴(yán)重。當(dāng)頻率在100kHz以上時(shí),E4404B測得的電壓值剛好與5720A輸出電壓值的一般對等。當(dāng)頻率增加至250kHz時(shí),E4404B與8846A測量值基本上趨近相等,這說明了當(dāng)測量信號在250kHz以上時(shí),E4404B的輸入內(nèi)阻保持在50Ω。

      表一 5520輸出電壓內(nèi)阻測量值

      表二 數(shù)字多用表測量電壓的內(nèi)阻值

      表三 E4404B頻譜分析儀內(nèi)阻測量值

      表四 9500B輸出正弦波電壓的內(nèi)阻測量值

      4.9500B輸出正弦波電壓的內(nèi)阻測量

      9500B輸出正弦波峰峰值為V1,V1是用8508A數(shù)字多用表直接測量的電壓值,如圖四(1)所示。然后,將BZ3標(biāo)準(zhǔn)電阻串聯(lián)在9500B上,V2為用8508測得的BZ3兩端的電壓值。如圖四(2)所示。

      其中,BZ3電阻值是RBZ3,RBZ3等于100Ω,9500B的輸出內(nèi)阻是RS,表四為9500B測出的輸出正弦波電壓值。其中9500B的輸出內(nèi)阻為RS’。

      從表四中可以看出,當(dāng)9500B輸出直流電壓的時(shí)候,9500B的設(shè)定值幾乎與8508A數(shù)字多用表測出的電壓值相等,換句話說,9500B內(nèi)阻對負(fù)載上得出的電壓基本沒有影響,由此可見,9500B輸出直流電壓時(shí),內(nèi)阻比較小。當(dāng)9500B輸出正弦波電壓時(shí),當(dāng)輸出內(nèi)阻處在50Ω時(shí),9500B測出的內(nèi)阻大小大約為50Ω,9500B的設(shè)定值大概是輸出電壓的幅度的二分之一。當(dāng)將輸出內(nèi)阻設(shè)置在1MΩ時(shí),9500B測出的電阻值為25Ω,9500的設(shè)定值與輸出電壓的幅度相等。因此,只有9500B與示波器都設(shè)置為1MΩ或50Ω進(jìn)行阻抗匹配時(shí),9500B輸出的電壓設(shè)定值正好可以在示波器端獲取。

      對信號發(fā)生器如Fluke81、Agilent33250等,如果測出信號發(fā)生器的輸出幅度與實(shí)際設(shè)定值之間呈2倍關(guān)系沒那么輸出內(nèi)阻一定為50Ω,可以通過用數(shù)字多用表對其兩端電壓進(jìn)行測定。

      5.結(jié)語

      任何輸出輸入單元都存在內(nèi)阻,在低頻電路或直流電路中,內(nèi)阻只會對信號大小造成一定程度的影響,而在高頻測試中,內(nèi)阻不僅對信號大小造成影響,還可能引起信號由于傳輸路徑阻抗不相匹配造成失真現(xiàn)象,這對測量結(jié)果有著直接的影響。本文對5520A、8846A、E4404B、以及9500B四種儀器進(jìn)行分析其部分功能的內(nèi)阻測量,總結(jié)出測量內(nèi)阻的方法,對儀器內(nèi)阻對測量結(jié)果造成影響的原因進(jìn)行了闡述,對計(jì)量過程中由于內(nèi)阻出現(xiàn)的測量問題和疑惑進(jìn)行了較為仔細(xì)的分析,使檢定人員的測量分析技術(shù)的能力得到進(jìn)一步提高,促進(jìn)測量結(jié)果更加準(zhǔn)確。

      隨著人們對儀器儀表測量參數(shù)精度要求的不斷提高,對儀表的內(nèi)阻測量也越來越嚴(yán)格。在對儀器儀表進(jìn)行測量時(shí),首先應(yīng)認(rèn)識到內(nèi)阻測量與測量值和輸出值之間存在密切相連的關(guān)系。熟悉了解內(nèi)阻影響測量結(jié)果的因素以及常見測量過程中出現(xiàn)的問題,根據(jù)具體的內(nèi)阻測量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有效測定。

      [1]李瓊敏.從回路靈敏度看靈敏電流計(jì)內(nèi)阻測量的誤差[J].貴州師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007(2).

      [2]閆長利.電表內(nèi)阻測量三法[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器,2008(11).

      [3]扈炳芳.表內(nèi)阻測量方法的探究[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器,2012(3).

      [4]王海明.電表內(nèi)阻測量方法的歸納分析[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器,2009(9).

      [5]劉仲英.測量電表內(nèi)阻的方法[J].高中數(shù)理化,2009(1).

      [6]何毅.信號發(fā)生器輸出幅度與輸出阻抗的關(guān)系[J].現(xiàn)代測量與實(shí)驗(yàn)室管理,2005(4).

      趙曉冬(1979—),男,河北邯鄲人,2004年畢業(yè)于河北工程大學(xué)自動化專業(yè),工學(xué)學(xué)士,助理工程師,現(xiàn)供職于邯鄲市計(jì)量測試所,研究方向:計(jì)量。

      溫戰(zhàn)龍(1984—),男,河北廣平人,2007年畢業(yè)于河北師范大學(xué)匯華學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè),學(xué)士,助理工程師,現(xiàn)供職于邯鄲市計(jì)量測試所,研究方向:計(jì)量。

      馬靜芳(1980—),女,河北邯鄲人,2005年畢業(yè)于河北大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè),學(xué)士,助理工程師,現(xiàn)供職于邯鄲市計(jì)量測試所,研究方向:化學(xué)計(jì)量。

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