[發明專利]一種提高麥克斯韋電橋電感測量精度的方法和電橋

無效

• 申請號: 201010603966.6
• 申請日: 2010-12-24
• 公開（公告）號: CN102162827A
• 公開（公告）日: 2011-08-24
• 發明（設計）人: 楊雁;陸文駿;丁誠;黃璐;王維
• 申請（專利權）人: 中國計量科學研究院
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26;G01R17/06
• 代理公司: 北京思創畢升專利事務所 11218
• 代理人: 劉明華

技術領域

本發明屬于計量測試領域，涉及電學交流阻抗基本量——電感參數的精密測量，具體涉及一種提高麥克斯韋電橋電感測量精度的方法和電橋。

背景技術

電感是衡量線圈產生電磁感應能力的物理量，電感參數是交流阻抗測量中的一個重要參數。電力、交通、冶煉、電子、IT、通訊等行業廣泛使用不同尺寸不同規模的電感線圈，其質量取決于不同頻率下的電感值和Q值，因此保證電感量值的準確測量具有重要意義。

測量電感通常采用麥克斯韋電橋、歐文電橋以及CR(電容和電阻)組成的等效電感電橋，這類電橋是通過電容或電阻元件來進行平衡的。由于電容、電阻和電感之間基本沒有電場和磁場的干擾，因此具有明顯的優越性，從而也容易提高電感測量的準確度。麥克斯韋電橋是最常用的一種電感測量電橋，此種電橋上將電容和電阻作為可調元件，可以對應使線圈的電感和電阻進行分別平衡和讀數，從而分別求的電感值和Q值。實際電橋中是通過調節電容和電阻進行測量的，由于受到電容箱的準確度和穩定性以及電阻元件時間常數的限制，此類傳統電橋的誤差一般高于2×10^-4。

如果將感應分壓器與這類電橋相結合，用調節感應分壓器輸出電壓大小的方法為等效的電容和電阻的調節，那么電容和電阻可以采用固定的標準元器件，它們的穩定性和準確度遠遠高于可調型的電容和電阻，這樣電橋可以獲得較高的準確度。由此也出現了一類改進型的麥克斯韋電橋，此種電橋突破了傳統電橋的限制，使得更高精度的電感測量成為可能，現有的改進型的麥克斯韋電橋還不能在全部量程下保證測量精度，只是在典型值下能達到10^-5乃至10^-6量級的測量精度，典型值是指譬如只測量10mH，而且是手動平衡的模式下進行測量的。

在這類改進型的麥克斯韋電橋上，為了消除對地泄露電流的影響，還需要加入華格納支路對電橋進行電橋輔助平衡，從而使指零儀支路電位等于地電位。這樣的電橋往往需要電橋的主平衡和輔助平衡反復調節才能最終達到電橋平衡狀態，完成讀數。此平衡過程繁復、耗時長，且對測量操作人員的要求高，容易造成電橋平衡誤差，影響電感測量精度，也不利于此類測量儀器的推廣使用。

發明內容

本發明的目的在于解決上述現有技術中存在的難題，提供一種提高麥克斯韋電橋電感測量精度的方法和電橋，實現電橋的自動輔助平衡，提高電感測量精度，延長電橋的使用壽命，提高電橋的可靠性。所述方法同樣適用于電感參數精密測量儀器或類似測量系統中。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種提高麥克斯韋電橋電感測量精度的方法，所述方法包括以下步驟：

(1)利用感應分壓器與固定的標準電容C和標準電阻R₂、R₄相結合，通過調節感應分壓器的輸出電壓大小來作為等效的電容和電阻的調節；

(2)自動輔助平衡：在R₄支路上并聯一個高性能反相放大器，將R₄支路作為反饋電路，兩者與標準電容C構成一個微分放大器支路，將高性能反相放大器的虛地端作為電橋的另一個指零端，從而代替原有的輔助指零支路，實現自動輔助平衡；

(3)抑制所述微分放大器支路在高頻脈沖下的振蕩：在所述微分放大器支路中串入消振支路，來保證電路正常工作并抑制振蕩；

(4)消除因引入所述消振支路所造成的誤差：在所述消振支路上并入誤差補償電路；

(5)消除感應分壓器輸出阻抗的影響：利用一種高精度電壓跟隨器跟隨所述感應分壓器的輸出電壓。

一種利用本發明的方法來提高電感測量精度的電橋，包括待測電感L_x和等效串聯電阻R_x，標準電阻R₂、R₄，標準電容C、電導G；

Lx和Rx構成所述電橋的第一個橋臂；

R₄構成所述電橋的第二個橋臂；

R₂構成所述電橋的第三個橋臂；

所述電橋還包括三個感應分壓器，分別為IVD、IVDα和IVDβ，三個感應分壓器并聯后一端與R₂串聯，另一端接地；

電導G和標準電容C分別與感應分壓器IVDα和IVDβ結合組成高準確度可變電導箱和可變電容箱，IVDα、IVDβ、電導G和標準電容C構成所述電橋的等效第四個橋臂；