Измеритель LCR или мост LCR используется для измерения индуктивности L, емкости C и сопротивления R.
Измерители LCR или мосты LCR представляют собой элементы испытательного оборудования или контрольно-измерительных приборов, используемых для измерения индуктивности, емкости и сопротивления компонентов. Измерители LCR, как правило, представляют собой специализированные элементы испытательного оборудования, часто используемые для проверки правильности поступающих компонентов. Их также можно использовать в лаборатории разработки, где необходимо протестировать и измерить реальную производительность конкретных компонентов.
Измеритель LCR или мост LCR получил свое название от того факта, что индуктивность, емкость и сопротивление обозначаются буквами L, C и R соответственно. Некоторые версии измерителя LCR используют формат мостовой схемы в качестве основы своей схемы, что дает часто используемое название. Доступны различные счетчики. Более простые версии измерителей LCR обеспечивают показания импеданса только путем преобразования значений в индуктивность или емкость.
Более сложные конструкции моста LCR позволяют измерять реальную индуктивность или емкость, а также эквивалентное последовательное сопротивление и тангенс δ конденсаторов и добротность индуктивных компонентов. Это делает их ценными для оценки общей производительности или качества компонента.
Основы измерения LCR
В основе измерителя LCR лежат две основные схемы.
- Метод моста: в основе этого метода лежит знакомая концепция моста Уитстона. Цель состоит в том, чтобы стремиться к состоянию, при котором мост уравновешен и через счетчик не протекает ток. В точке баланса положения компонентов моста можно использовать для определения значения тестируемого компонента. Этот метод обычно используется для измерений на более низких частотах — часто используются частоты измерения до 100 кГц или около того.
В мостовом методе тестируемое устройство, ИУ, помещается в мостовую схему, как показано, и его значение может быть определено из настроек других элементов моста. Именно измерители LCR, использующие этот метод, известны как мосты LCR.
Полное сопротивление тестируемого устройства обозначено буквой Zu на схеме. Импедансы Z2 и Z3 известны. Схема генератора обычно работает на частотах примерно до 100 кГц и обычно может быть выбрана перед испытанием. Затем Z1 можно изменять до тех пор, пока через D не будет протекать ток. Это положение баланса для моста. В этот момент четыре импеданса в цепи подчиняются уравнению:
- Эта базовая мостовая схема иногда используется сама по себе в очень примитивных измерителях LCR. В некоторых очень старых инструментах элементы балансируются вручную. Однако технологии продвинулись вперед, и более высокие уровни интеграции в сочетании со схемой операционного усилителя позволяют использовать точные автоматизированные версии схемы.
- Измерение тока-напряжения: Метод измерения тока-напряжения обычно используется для компонентов, предназначенных для высокочастотных приложений. Он обеспечивает высокоточный метод измерения, который можно использовать на высоких частотах и в широком диапазоне значений. Часто известный как метод измерения RF IV, этот метод измерения LCR использует измерения тока и напряжения, как следует из названия. Однако, поскольку задействованные частоты высоки, в нем используется согласованная схема измерения импеданса. В некоторых случаях для очень высокочастотных и высокоточных измерений может использоваться прецизионный коаксиальный измерительный порт. Существует два типа вольтметра и амперметра: один подходит для измерений с низким импедансом, а другой — для измерений с высоким импедансом.
- Используя значения напряжения и тока из измерений, можно легко определить импеданс тестируемого устройства. При использовании фазочувствительного детектора для проведения этих измерений можно использовать относительную фазу напряжения и тока для определения импеданса тестируемого устройства с точки зрения сопротивления, емкости и индуктивности. Затем индуктивность или емкость и сопротивление могут отображаться как отдельные значения.
Часто в цепи используется трансформатор, позволяющий проводить эти измерения и изолировать измерения от земли. Однако это может ограничить более низкие частоты или диапазон частот, в котором могут быть выполнены измерения.
Руководство по измерению моста LCR
Чтобы провести наилучшие измерения с помощью измерителя LCR или моста LCR, можно воспользоваться несколькими простыми рекомендациями и советами.
- Влияние длины вывода: На частотах выше 1 МГц или около того длина вывода может начать оказывать влияние. В качестве приблизительного ориентира хорошая оценка индуктивности свинца составляет около 10 нГн на см свинца. Для получения наилучших измерений держите провода как можно короче.
- Измерение на рабочей частоте: при проведении измерений с помощью измерителя LCR полезно использовать тестовую частоту, как можно более близкую к фактической рабочей частоте. Это означает, что эффекты любых паразитных эффектов или изменений, связанных с частотой, сведены к минимуму — например, сердечники индуктора могут иметь разные свойства на разных частотах. В некоторых случаях это может иметь заметное значение.
- Отрегулируйте тестовую амплитуду: так же, как рекомендуется проводить измерения на частоте, максимально близкой к рабочей частоте, то же самое верно и для тестовой амплитуды. Это связано с тем, что значения компонентов могут меняться в зависимости от применяемого сигнала. Это особенно верно для катушек индуктивности, в которых используются такие сердечники, как феррит, которые могут вносить потери. Они могут зависеть от амплитуды.
- Разрядите конденсаторы перед измерением: некоторые конденсаторы при определенных обстоятельствах могут нести остаточный заряд. Лучше всего разрядить их перед любыми измерениями. Поскольку заряд на некоторых конденсаторах может сохраняться в течение некоторого времени, всегда лучше разрядить их перед любыми испытаниями.
Измерители/мосты LCR являются очень полезными измерительными приборами. Возможно, они не будут так широко использоваться, как в предыдущие годы, когда их часто можно было найти в зонах доставки товаров для выборочного тестирования поступающих компонентов. Однако в наши дни измерители LCR, как правило, используются в некоторых лабораториях для проверки характеристик компонентов, которые, вероятно, будут использоваться при разработке, а также в мастерских, где их можно использовать в качестве вспомогательного средства для поиска неисправностей.
Измерители / мосты LCR чаще всего используются для отображения емкости, индуктивности и сопротивления, но также могут использоваться для измерения добротности катушки индуктивности или тангенса δ конденсатора. Как таковые, они являются особенно полезными элементами испытательного оборудования.