阻抗的测量
第三章 阻抗的测量
3.1 电桥法
3.1.1 惠斯顿电桥
一、电路特性 图3-1-１
1、输出阻抗(或内阻) Z 0 ()()3412
012341234
////Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z =+=
+++
2、电桥开路(∞→L Z )输出电压U 0
()().
.
.
132414012341234Z Z Z Z Z Z U U U Z Z Z Z Z Z Z Z ??-=-= ?
++++??
3、负载电压为
..
0L
L L
Z U U Z Z =+
二、电桥电源
1、 直流供电电桥――直流电桥
U 、U 0为直流，Z 1~Z 4只能为电阻 2、 交流供电电桥――交流电桥
U 、U 0为交流，Z 1~Z 4可为电阻、电感、电容 三、电桥输出
1、输出为0――平衡电桥（常用于电阻、电感、电容元件参数的测量） 平衡条件 4231Z Z Z Z ?=?或2134Z Z Z Z =
Z i =R i +jX i (i=1,2,3,4)的交流电桥平衡必须同时满足两个条件：
31314242X X R R X X R R -=-（实部相等） 31314242R X X R X R R X +=+ （虚部相等）
2、输出不为0――不平衡电桥（常用于电阻式、电感式、电容式传感器测量，
即把被测阻抗转换为电压进行测量）
3.1.２ 平衡电桥法
一、测电阻 图3－1－２ 1
32
x R R R R =
? 通常是先大致调整比率R 1/R 2，再调整标准电阻R 3，直至电桥平衡，此时即可从 标准电阻R 3的读数，按上式求得被测电阻Rx 的值。
二、测电容 图3－1－3 1、电容的串联电阻式
324x R R R R =
? 423
x R
C C R =? 22tan 2x
D fC R δπ== 根据被测电容的范围，选取R 3，然后调节R 4和R 2使电桥平衡，从R 2、R 4
刻度读Cx 和损耗因数Dx 值。 2、电容的并联电阻式
423x R C C R =
? 324x R R R R =? 22
1
tan 2fC R δπ=
三、测电感
1、测量低Q 值(Q<10)电感 图3－1－4(a)
2、测量高Q 值(Q>10)电感 图3－1－4(b) 23x L R R C = 23
x R R R R
=
Q R C ω= 根据被测电感范围选取R 3，反复调节R 2和R 使指示器读数为最小，这时 即可从R 2刻度上直读Lx ，从R 刻度上直读Rx 值。
3.1.3不平衡电桥法
1、恒流源供电的优点：
电桥从恒压源供电改为恒流源供电，可以减小和消除非线性。
恒流源供电比恒压源供电更能消除温度变化的影响。
2、差动电桥（差动式电阻传感器接在横跨电源的相邻两臂）优点：
1°提高灵敏度 2°消除非线性 3°消除温度误差
例1 为什么差动式电阻传感器应接在横跨电源的相邻两臂？
解：
对比可见，差动式电阻传感器接在横跨电源的相邻两臂，可消除非线性。
二、交流不平衡电桥
１、电阻平衡臂交流电桥 图3－1－6(a) ２、变压器电桥 图3－1－6(b) 2
112212022Z Z Z
Z E E Z Z Z E U +-?=-+?
=?
??
?
Z 1= R 1、Z 2=R 2时 211202R R R R E U +-?=
?
?
Z 1= j ωL 1、Z 2= j ωL 2时 .
.
21
0122L L E U L L -=
?+ Z 1＝１／j ωC 1，Z 2＝1/j ωC 2时 ..
12012
2C C E U C C -=
?+
三、有源电桥 图3-1-7
R R R x ?+= R R R R ===321
①图3-1-7（b ） x
R U E
R E 0
22-= 所以 R R E U ??-=20 ②图3-1-7（c ） ???
????
+=+-=R E
R U R R U R
R E U x 01001)11( 所以 R R E U ??-==20
③图3-1-7（d ） ??????
?+=+=+x
x R U R U R R
E R
U R R
E 00101
)11()1
1( 所以 R R E U ?-=0
结论：有源电桥输出电压与R R /?成线性正比关系
3.2 阻抗——电压转换法
3.2.1 欧姆法（恒流法）
――已知的标准恒定电流通过被测阻抗，把被测阻抗转换为电压来测量。 1、图3－２－1(a) 121x N x R U I R R ??=+
? ???
2、图3－２－1(b) x N x U I R =-?
3、图3-2-2 x N
x N x x N x R R E
R R U U R I U U ?=?-=
?==020 4、图3-2-3 )1)((3
93750p p ref
x ref R R R R R I R I U ''+'++?'-?=
若 x x R R R ?+=5，则)1]()([3
93950p p x ref ref
ref R R R R R I I I R U ''+'++??+'-=
21,p p R R 用于调零，使ref ref I I '=，即0=?x R 时，00=U 3p R 用于调满度
5、图3－２－4 x N
ref x ref R R U R I U ||0=
?=，即|
|0
ref x
x U R U R =
例题——采用图3-2-4和一块量程1mA 的电流表及一个10K Ω电位器构成一个电子欧母表，画出电路图，说明使用前调整方法，计算该欧姆表量程及电流表读数0.5mA 时的R x 值。
解：1mA 的电流表及一个10K Ω电位器串联，接到图3-2-4的输出端。①SW 先接6档，毫安表机械调零；②调ΩK 2电位器使V U ref 2-=；③SW 接1档，取一个1 K Ω标准电阻接于R x ，调10K Ω电位器使毫安表满偏转（读数是1mA ）。此时该欧姆表量程为
N N ref N x R R V
k mA U R U R 52101||max
0max =Ω
?==
共分1 K Ω、10 K Ω、100 K Ω、1M Ω、10M Ω五档。
电流表读数为0.5mA 时，R x =2.5R N ，例如SW 接1档时，R N =200Ω，R x =500Ω.
3.2.2 比例运算法
图3-2-5（a ） 适于变极距电容传感器 x
E
C C U U 00 -= 图3-2-5（b ） 适于面积距电容传感器 0
0C C U U x E
-= 图3-2-5（c ） 适于差动距电容传感器 0
120C C C U U E
-= 3.2.3 差动脉冲调宽法
一、RC 电路和LR 电路的微分方程
当i u 从０跳变到高电平E U 后，E U u u =∞=)(,0)0(00，代入上式得
)1()(/0τt E e U t u --=
0u 从0上升到R U 的时间为 R
E E
U U U T -=ln
τ
二、差动电容脉冲调宽电路 图3-2-6 图3－２－6中，C 1和C 2为差动电容传感器的两个电容。双稳态触发器两端分别输出高电平E U 和低电平零。当Q 端从零跳变到E U ，Q 端从E U 跳变到0时，C ２通过D ２迅速放电到0，E U 通过R １对C １充电。在C1充电达到U R 时，比较器发生跳变，使触发器翻转。于是C2开始通过R2充电，而C1则通过D1放电，重复上面的同一过程。这样Q 端和Q 端就形成了宽度分别为T 1和T 2的方波：
111ln
E E R U T R C U U =-， 222ln E
E R
U T R C U U =-
由图3－２－7可见， Q 端与Q 端间的差模电压经低通滤波后，输出电压为
2
2112
21
1212121210C R C R C R C R U U T T T T T T U T U T U U E E E E AB +-=?+-=+-=
= C 1和C 2为差动电容传感器，通常取R R R ==21， 此时输出电压为
12
012
AB E
C C U U U C C -==+
三、差动电阻式脉冲调宽电路 同图3-2-6
图3－２－6中，R 1和R 2为电阻传感器，通常取21C C =为固定电容，此时
2
12
10R R R R U U E +-?
=
四、差动电感式脉冲调宽电路 图3-2-8
图3-2-8中，L 1和L 2为差动电感传感器的两个电感。双稳态触发器两端分别输出高电平E U 和低电平零。当Q 端从零跳变到E U 而Q 端从E U 跳变到0后，流过L 1R 1的电流逐渐上升， L ２电流通过D 2迅速泄放到0使R 2电压迅速下降到0。在L 1R 1的电流上升到使R1电压达到U R 时，比较器发生跳变，使触发器翻转。于是流过L 2R 2的电流逐渐上升， L 1电流通过D 1迅速泄放到0，重复上面的同一过程。这样Q 端和Q 端就形成了宽度分别为T 1和T 2的方波：
因 111/R L =τ ， 222/R L =τ
故 R E E U U U R L T -=
ln
111，R
E E
U U U R L T -=ln 222
Q 端与Q 端间的差模电压经低通滤波后，输出电压为 2
12
10T T T T U U U E AB +-==
L 1和L 2为电感传感器，通常取取21R R =为固定电阻，输出电压为
2
12
10L L L L U U E +-?
=
五、滤波器截止频率 方波基波频率 R
E E
U U U T T f -+=
+=
ln
)(1
1
212
10ττ
为使AB U U =0即保留直流分量（平均值），须滤除基波及谐波， 故滤波器应为低通滤波器，且截止频率应为 5
~30
f f h =
3.3 阻抗——频率转换法
3.3.1 调频法
一、LC 正弦振荡器 适用于电感、电容式传感器 1．单振荡电路
①C 为固定电容，L 为电感传感器，L=L 0+ΔL )21(1,210
00
000L L f L L f f C
L f ?-
≈?+=
=
π 0
002L L
f f f f ??
≈
-=? ②L 为固定电感，C 为电容传感器 C C C ?+=0，则
002C C
f f f f ??
≈
-=? 2．差频电路 图3-3-2 )211(10
00
01C C
f C C f f ?+
≈?+=
)211(10
00
02C C
f C C f f ?-
=?+=
电压与阻抗的测量技术与方法
电压与阻抗的测量技术与方法 一、测量特点 （一）电压测量 （1）频率范围宽 除直流外，交流电压的频率从Hz（甚至更低）~Hz。 （2）电压范围广 ①微弱信号：心电医学信号、地震波等，纳伏级（V）； ②超高压信号：电力系统中，数百千伏。 （3）电压波形的多样化 电压信号波形是被测量信息的载体。 各种波形：纯正弦波、失真的正弦波、方波、三角波、阶梯波。 （4）测量精度的要求差异很大：~。 （5）测量速度的要求差异很大 ①静态测量：直流（慢变化信号），几次/秒； ②动态测量：高速瞬变信号，数亿次/秒（几百MHz）； ③精度与速度存在矛盾，应根据需要而定。 （6）被测电路的输出阻抗匹配 在多级系统中，输出级阻抗对下一输入级有影响。 ①直流测量中，输入阻抗与被测信号源等效内阻形成分压，使测量结果偏小。如：采用电压表与电流表测量电阻，当测量小电阻时，应采用电压表并联方案；当测量大电阻时，应采用电流表串联方案； ②交流测量中，输入阻抗的不匹配引起信号反射。 （7）抗干扰性能：工业现场测试中，存在较大的干扰。 （二）阻抗测量 ①保证测量条件与工作条件尽量一致；测量时所加的电流、电压、频率、
环境条件等必须尽可能接近被测元件的实际工作条件，否则，测量结果很可能无多大价值； ②了解RLC的自身特性；在选用RLC元件时就要了解各种类型元件的自身特性。例如，线绕电阻只能用于低频状态；电解电容的引线电感较大；铁芯电感要防止大电流引起的饱和。 二、测量原理 （一）电压测量 ①绝对误差 ②相对误差 要减少误差，就必须使电压表的输入电阻远大于。 （二）阻抗测量 三、测量方法 （一）电压测量的分类 ①交流电压的模拟测量方法 表征交流电压的三个基本参量：有效值、峰值和平均值。以有效值测量为主。 方法：交流电压（有效值、峰值和平均值）→直流电流→驱动表头→指示。 ②数字化直流电压测量方法 模拟直流电压→A/D转换器→数字量→数字显示（直观）→数字电压表（DVM），数字多用表（DMM）。 ③交流电压的数字化测量
实验4阻抗测量(归一化阻抗测试实例)
实验四 阻抗测量（归一化阻抗测试实例） 一、实验目的和要求 应用所学的理论知识，学会并掌握利用微波测量线系统测量微波负载阻抗（或导纳）的方法，熟悉阻抗圆图应用。 二、实验内容 利用微波测量线系统测量电容性膜片和电感性膜片的阻抗。其中需先测量出驻波比和电压波节点到终端开口处的距离，然后利用阻抗圆图求出它们阻抗的归一化值。 三、实验原理 在微波波段内，测量阻抗的方法很多。最常用的方法就是本实验所采用的利用微波测量线系统测量阻抗的方法，基本原理如下： 首先利用微波测量线系统测量（在给定终端负载条件下）沿线驻波比（ρ）及第一电压波节点到终端的距离（1l ）。然后利用阻抗圆图求出归一化负载阻抗（L Z ~）。 1． 测量驻波比 在实验过程中，可按如下方法估算驻波比。使晶体检波器工作于小信号状态（加大信号源输出的衰减量），测出沿线电压波腹点处对应的选频放大器电流表表头指示的最大值（Imax ）及电压波节点处对应的选频放大器电流表表头指示的最小值（Imin ），沿线驻波比可按下式估算： 另外本实验使用的YM3892选频放大器，已近似按平方律基本的规律刻度了驻波比，由此也可估算驻波比。具体方法是：先在电压波腹点调选频放大器的衰减旋钮，使其电流表表头指示值达满刻度，然后调节测量线小探针位置旋钮至电压波节点，此时对应的选频放大器电流表指针所指的驻波比刻度值即为晶体按平方律基本时的驻波比的近似值。 应该指出，此方法为视检波晶体按平方律检波时而给出的驻波比的近似值。 2． 测量第一电压波节点到终端的距离 由于受到测量线所开缝隙的限制，小探针无法移到接负载的位置，也即不能直接测量第一电压波节点到终端的距离（1l ），可以采用间接测量法如下。 首先将短路片与测量线终端连接。此时，沿线为驻波状态。终端为电压波节点，并且，由终端向信号源方向沿线每移动半个相波长（2/P ）的距离就会出现一个电压波节点。因此，总会有几个电压波节点落在测量线刻度区之内，取测量线中间部分的一个电压波节点作为测量的起点（测量线开缝边缘部分泄漏误差较大），记该点位置（由游标卡尺读出）为Zoa ，该点可视为终端负载的（参考）位置。[ 参见图六（a ）] 图 六
特征阻抗
一、50ohm特征阻抗 终端电阻的应用场合：时钟，数据，地址线的终端串联，差分数据线终端并联等。 终端电阻示图 B.终端电阻的作用： 1、阻抗匹配，匹配信号源和传输线之间的阻抗，极少反射，避免振荡。 2、减少噪声，降低辐射，防止过冲。在串联应用情况下，串联的终端电阻和信号线的分布电容以及后级电路的输入电容组成RC滤波器，消弱信号边沿的陡峭程度，防止过冲。 C.终端电阻取决于电缆的特性阻抗。 D.如果使用0805封装、1/10W的贴片电阻,但要防止尖峰脉冲的大电流对电阻的影响，加30PF的电容. E.有高频电路经验的人都知道阻抗匹配的重要性。在数字电路中时钟、信号的数据传送速度快时，更需注意配线、电缆上的阻抗匹配。 高频电路、图像电路一般都用同轴电缆进行信号的传送，使用特性阻抗为Zo＝150Ω、75Ω的同轴电缆。 同轴电缆的特性阻抗Zo，由电缆的内部导体和外部屏蔽内径D及绝缘体的导电率er 决定：
另外，处理分布常数电路时，用相当于单位长的电感L和静电容量C的比率也能计算，如忽略损耗电阻，则 图1是用于测定同轴电缆RG58A/U、长度5m的输入阻抗ZIN时的电路构成。这里研究随着终端电阻RT的值，传送线路的阻抗如何变化。 图1 同轴传送线路的终端电阻构成 只有当同轴电缆的特性阻抗Zo和终端阻抗FT的值相等时，即ZIN＝Zo＝RT称为阻抗匹配。 Zo≠RT时随着频率f，ZIN变化。作为一个极端的例子，当RT＝0、RT＝∞时可理解其性质(阻抗以，λ/4为周期起伏波动)。 图2是RT＝50Ω(稍微波动的曲线)、75Ω、dOΩ时的输人阻抗特性。当Zo≠RT时由于随着频率，特性阻抗会变化，所以传送的电缆的频率特上产生弯曲.
电化学阻抗谱的应用及其解析方法
电化学阻抗谱的应用及其解析方法 交流阻抗法是电化学测试技术中一类十分重要的方法，是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段。特别是近年来，由于频率响应分析仪的快速发展,交流阻抗的测试精度越来越高，超低频信号阻抗谱也具有良好的重现性，再加上计算机技术的进步，对阻抗谱解析的自动化程度越来越高，这就使我们能更好的理解电极表面双电层结构，活化钝化膜转换，孔蚀的诱发、发展、终止以及活性物质的吸脱附过程。 阻抗谱中的基本元件 交流阻抗谱的解析一般是通过等效电路来进行的，其中基本的元件包括：纯电阻R ，纯电容C ，阻抗值为1/j ωC ，纯电感L ，其阻抗值为j ωL 。实际测量中，将某一频率为ω的微扰正弦波信号施加到电解池，这是可把双电层看成一个电容，把电极本身、溶液及电极反应所引起的阻力均视为电阻，则等效电路如图1所示。 图1. 用大面积惰性电极为辅助电极时电解池的等效电路 图中A 、B 分别表示电解池的研究电极和辅助电极两端，Ra 、Rb 分别表示电极材料本身的电阻，Cab 表示研究电极与辅助电极之间的电容，Cd 与Cd ’表示研究电极和辅助电极的双电层电容，Zf 与Zf ’表示研究电极与辅助电极的交流阻抗。通常称为电解阻抗或法拉第阻抗，其数值决定于电极动力学参数及测量信号的频率，Rl 表示辅助电极与工作电极之间的溶液 电阻。一般将双电层电容Cd 与法拉第阻抗的并联称为界面阻抗Z 。 实际测量中，电极本身的内阻很小，且辅助电极与工作电极之间的距离较大，故电容Cab 一般远远小于双电层电容Cd 。如果辅助电极上不发生电化学反映，即Zf ’特别大，又使辅助 电极的面积远大于研究电极的面积（例如用大的铂黑电极），则Cd ’很大，其容抗Xcd ’比串 联电路中的其他元件小得多，因此辅助电极的界面阻抗可忽略，于是图1可简化成图2，这也是比较常见的等效电路。 图2. 用大面积惰性电极为辅助电极时电解池的简化电路 Element Freedom Value Error Error %Rs Free(+)2000N/A N/A Cab Free(+)1E-7N/A N/A Cd Fixed(X)0N/A N/A Zf Fixed(X)0N/A N/A Rt Fixed(X)0N/A N/A Cd'Fixed(X)0N/A N/A Zf'Fixed(X)0N/A N/A Rb Free(+)10000N/A N/A Data File: Circuit Model File:C:\Sai_Demo\ZModels\12861 Dummy Cell.mdl Mode: Run Fitting / All Data Points (1 - 1) Element Freedom Value Error Error %Rs Fixed(X )1500N/A N/A Zf Fixed(X )5000N/A N/A Cd Fixed(X ) 1E-6 N/A N/A Data File: Circuit Model File:C:\Sai_Demo\ZModels\Tutor3 R-C.mdl Mode: Run Simulation / Freq. Range (0.01 - 10000Maximum Iterations: 100 B
阻抗特性
https://www.360docs.net/doc/a2865396.html,微机继电保护仪 阻抗特性 本测试模块主要是针对距离保护的动作特性，搜索其阻抗动作边界。可以搜索出圆特性、多边形特性、弧形以及直线等各种特性的阻抗动作边界。本测试模块提供了“单向搜索”和“双向搜索”两种不同的搜索方式。如下图所示： ●可搜索圆、多变形，及其它阻抗特性图 ●依提示设定定参数，由软件能画出大概的图形，方便与搜索的图形对照 第一节界面说明 测试项目 每次试验只能选择“阻抗边界搜索”、“Z（Ｉ）特性曲线”或“Z（V）特性曲线”中的一个项目进行试验。 ●故障类型提供了各种故障类型，用于测试各种类型距离保护。对接地型距离继电器应选择单相接地故障，对相间型距离保护，应选择相间故障。 ●计算模型有“电流不变”和“电压不变”两种计算模型。选择“电流不变”时，在下面的方框内可以设置短路电流，软件根据短路电流和短路阻抗计算出相应的短路电压；选择“电压不变”时，在下面的方框内可以设置短路电压，软件根据短路电压和短路阻抗计算出相应的短路电流。 ●搜索方式有“单相搜索”和“双向搜索”两种方法。详细介绍请参考“差动保护”章节的相关说明。“分辨率”只对双向搜索方式有效，它决定了双向搜索方式的测试精度。 ●故障触发方式在“时间控制”触发方式下，软件按“故障前延时”—“最
https://www.360docs.net/doc/a2865396.html,微机继电保护仪 大故障时间”—“测试间断时间”这样的顺序循环测试，详细说明请参考“线路保护”章节的有关说明。 ●最小动作确认时间在“最大故障时间”内，保护多段可能动作。如果保护动作的时间小于“最小动作确认时间”，则尽管是保护的动作信号，软件也不予认可，因可能是其他段抢动。这个时间专门用来在“双向搜索”方式下，躲开某段阻抗动作。例如，要搜索Ⅱ段阻抗边界，“双向搜索”方式下扫描点肯定会进入Ⅰ段阻抗范围，而Ⅰ段的动作时间较Ⅱ段要短，从而造成Ⅰ段保护抢动。 ●故障方向依据保护定值菜单进行设置，适用于方向性阻抗保护。 ●零序补偿系数若做接地距离继电器的试验，要注意正确设置零序补偿系数，请参考“线路保护”章节的有关说明。 ●自动设定搜索线参数在“整定参数”页中有这个按钮，点击此按钮后，软件会根据所设定的整定阻抗自动计算出搜索线的长度以及搜索中心。可以在“搜索阻抗边界”页面中查看。 搜索阻抗边界 选择“搜索阻抗边界”测试项目时，需设置 放射状扫描线，如右图所示。扫描线的设置参照 以下方法： ●扫描中心扫描中心应尽可能设置在保护的 理论阻抗特性图的中心位置附近。扫描中心可以 直接输入数据，也可以用鼠标直接点击选择扫描 中心。修改扫描中心后，坐标系的坐标轴将自动 调整，以保证扫描圆始终在图形中心位置，即扫 描中心在图形中心。 ●扫描半径扫描半径应大于保护阻抗整定值 的一半，以保证扫描圆覆盖保护的各个动作边界。搜索时是从非动作区（扫描线外侧点）开始扫描。试验期间，如果发现在扫描某条搜索线的外侧起点时，保护 就动作了，则说明这条扫描线没有跨过实际的阻抗 边界，即整个搜索线都在动作区内，不符合“每条 搜索线都应一部分在动作区内，另一部分在动作区 外”的原则。这时，请适当增大“扫描半径”。 ●扫描步长只对“单向搜索”方式有效，直接影 响“单向搜索”方式时的测试精度。
阻抗测试方法
成品阻抗测试方法： 1、仪器设置： 网络分析仪：CENTER：200MHz SPAN：2MHz（视被测电缆的长度进行设定）MEAS：S12 或S21 FORMA T：Phase 直通校准 注意：校准完毕为一条数值为零的直线，SPAN更改不同的数值需要重新校准。 2、电容测量仪测试电容值。（数值现实稳定可以读取数值）。 3、相位差的测量： 网络分析仪连接被测电缆，显示相位值，按照以下方式进行读取数值： 打开菜单MARKER SERACH，target value设置为0，打开multi target search , 记录两个标记点的频率值（注意：选择红圈内数值最接近的标记点）。 如上图所示：应选择标记点1、2。 δf=(f m -f n )/m-n 4、按照特性阻抗的公式： 平均特性阻抗=1000/(δf*c) δf单位为MHz, C为测量的电容值：单位nf。 注意事项：1、测试频率差时被测电缆的接头状态必须和测试电容的接头状态保持一致。 2、target value设置为0，以避免产生误差。 3、保证校准状态有效。
相对传播速度的测量方法： 1：相对传播速度的定义：信号在介质中的传播速度与自由空间的传播速度之比。 2、仪器的设置： 网络分析仪进行测试： CENTER：200MHz SPAN：1MHz MEAS：S12 或S21 FORMA T：Group delay 直通校准 校准后为一条数值为零的直线。 3、连接被测电缆，打开Marker Factions ，将统计功能打开。读取平均值即为延迟时间t。 4、按照下列公式计算相对传播速度： V =L/(t?c) ?100% V：相对传播速度。L：电缆的实际长度（米）c=3.0?108米/秒 t ：延迟时间（秒）。 电缆相位及电长度测试及计算方法： 1、仪器的设置： 网络分析仪设置： CENTER：要求测试频点SPAN：10MHz（或者按照通知单要求设置起始终止频率）MEAS：S12 或S21 FORMA T：Extend Phase 直通校准 校准后为一条数值为零的直线。 2、连接被测电缆，读取要求频率点的数值。
交流阻抗怎么测量
交流阻抗怎么测量 交流阻抗法是电化学测试技术中一类十分重要的方法，是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段。特别是近年来,交流阻抗的测试精度越来越高，超低频信号阻抗谱也具有良好的重现性，再加上计算机技术的进步，对阻抗谱解析的自动化程度越来越高，这就使我们能更好的理解电极表面双电层结构，活化钝化膜转换，孔蚀的诱发、发展、终止以及活性物质的吸脱附过程。 （1）交流阻抗：交流阻抗即阻抗，在电子学中，是指电子部件对交流激励信号呈现出的电阻和电抗的复合特性;在电化学中，是指电极系统对所施加的交流激励信号呈现出的电阻和电抗的复合特性。阻抗模的单位为欧姆，阻抗辐角(相角）的单位为弧度或度。 （2）交流阻抗谱：在测量阻抗的过程中，如果不断地改变交流激励信号的频率，则可测得随频率而变化的一系列阻抗数据。这种随频率而变的阻抗数据的集合被称为阻抗频率谱或阻抗谱。阻抗谱是频率的复函数，可用幅频特性和相频特性的组合来表示;也可在复平面上以频率为参变量将阻抗的实部和虚部展示出来。测量频率范围越宽，所能获得的阻抗谱信息越完整。RST5200电化学工作站的频率范围为：0.00001Hz～1MHz，可以很好地完成阻抗谱的测量。 （3）电化学阻抗谱：电化学阻抗谱是一种电化学测试方法，采用的技术是小信号交流稳态测量法。对于电化学电极体系中的溶液电阻、双电层电容以及法拉第电阻等参量，用电化学阻抗谱方法可以很精确地测定;而用电流阶跃、电位阶跃等暂态方法测定，则精度要低一些。另外，像扩散传质过程等需要用较长时间才能测定的特性，用暂态法是无法实现的，而这却是电化学阻抗谱的长项。 （4）电化学阻抗谱测量的特殊性：就测量原理而言，在电化学中测量电极体系的阻抗谱与在电子学中测量电子部件的阻抗谱并没有本质区别。通常，我们希望获得电极体系处于某一状态时的电化学阻抗谱。而维持电极体系的状态，须使电极电位保持不变。通常认为，电极电位变化50mV以上将会破坏现有的状态。因此，在电化学阻抗谱测量中，必须注意两个关键点，即：偏置电位和正弦交流信号幅度。 （5）正弦交流信号的幅度：为了避免对电化学电极体系产生大的影响以及希望其具有较好的线性响应，正弦交流信号的幅度通常可设在2～20mV之间。 （6）自动去偏：在电化学阻抗谱测量过程中，由于偏置电位不一定等于开路电位以及少量的非线性作用，在工作电极电流中还会含有直流成分。去除这个直流成分(偏流），可扩大交流信号的动态范围、提高信噪比。RST5200电化学工作站，可在测量过程中动态地调整去偏电流，使获得的阻抗谱数据更精准。另外，在软件界面的状态栏中，可实时显示工作电极的极化电流，供操作者参考。 以上为交流阻抗的相关说明，下面我们就实验设置过程中遇到的专业名词
实验阻抗测量(归一化阻抗测试实例)
实验四 阻抗测量（归一化阻抗测试实例） 一、实验目的和要求 应用所学的理论知识，学会并掌握利用微波测量线系统测量微波负载阻抗（或导纳）的方法，熟悉阻抗圆图应用。 二、实验内容 利用微波测量线系统测量电容性膜片和电感性膜片的阻抗。其中需先测量出驻波比和电压波节点到终端开口处的距离，然后利用阻抗圆图求出它们阻抗的归一化值。 三、实验原理 在微波波段内，测量阻抗的方法很多。最常用的方法就是本实验所采用的利用微波测量线系统测量阻抗的方法，基本原理如下： 首先利用微波测量线系统测量（在给定终端负载条件下）沿线驻波比（ρ）及第一电压波节点到终端的距离（1l ）。然后利用阻抗圆图求出归一化负载阻抗（L Z ~）。 1． 测量驻波比 在实验过程中，可按如下方法估算驻波比。使晶体检波器工作于小信号状态（加大信号源输出的衰减量），测出沿线电压波腹点处对应的选频放大器电流表表头指示的最大值（Imax ）及电压波节点处对应的选频放大器电流表表头指示的最小值（Imin ），沿线驻波比可按下式估算： Imin Imax / =ρ 另外本实验使用的YM3892选频放大器，已近似按平方律基本的规律刻度了驻波比，由此也可估算驻波比。具体方法是：先在电压波腹点调选频放大器的衰减旋钮，使其电流表表头指示值达满刻度，然后调节测量线小探针位置旋钮至电压波节点，此时对应的选频放大器电流表指针所指的驻波比刻度值即为晶体按平方律基本时的驻波比的近似值。
应该指出，此方法为视检波晶体按平方律检波时而给出的驻波比的近似值。 2． 测量第一电压波节点到终端的距离 由于受到测量线所开缝隙的限制，小探针无法移到接负载的位置，也即不能直接测量第一电压波节点到终端的距离（1l ），可以采用间接测量法如下。 首先将短路片与测量线终端连接。此时，沿线为驻波状态。终端为电压波节点，并且，由终端向信号源方向沿线每移动半个相波长（2/P ）的距离就会出现一个电压波节点。因此，总会有几个电压波节点落在测量线刻度区之内，取测量线中间部分的一个电压波节点作为测量的起点（测量线开缝边缘部分泄漏误差较大），记该点位置（由游标卡尺读出）为Zoa ，该点可视为终端负载的（参考）位置。[ 参见图六（a ）] 然后，将被测负载加匹配负载与测量线终端连接。此时，沿线呈行驻波状态。电压波节点在图六（a ）的基础上依次向右（负载方向）平移1l 长度[ 参见图六（b ）]。测出在负载一侧离Zoa 位置最近的一个（新）电压波节点的位置（记为Zob ），则被测负载加匹配负载时，第一电压波节点到终端的距离求为： Zob Zoa Z －＝ 由驻波比ρ和d 的值，在阻抗圆图上即可求出被测负载的归一化阻抗。 本实验在微波传输系统中插入电感性膜片和电容性膜片。用上述方法测出电感性膜片加匹配负载和电容性膜片加匹配负载的归一化阻抗和阻抗。 Z Z Zob Zoa 0 E 图 （a （b ）
电力系统振荡时测量阻抗的变化轨迹
S S 1 S 第四节 电力系统振荡时测量阻抗的变化轨迹 什么是电力系统振荡？ E S m Z S 1 I m Z L 1 E R Z R 1 a 、首先讨论电流的变化规律 设 E R = k E S e j ? E E E (1 ke j ? ) 则 I m = S R = S 其中 Z = Z S 1 + Z L 1 + Z R 1 Z S 1 + Z L 1 + Z N 1 Z 当? = 0 时， I m ⊕min = E S Z (1 k ) 当? = 180 时， I m ⊕max = E S (1 + k ) Z I m I max 180? ? 360? b 、讨论电压的变化规律 E (1 ke j ? ) Z + Z + kZ e j ? U m = E S I m Z s 1 = E S Z = Z E L 1 R 1 S 1 Z 当? = 0 时， U m ⊕max = E S Z L 1 + Z R 1 + kZ S 1 U m Z 当 ? = 180 时，
U m⊕min = E S E m Z L1 + Z R1 kZ S1 Z U m 的变化轨迹如图所示。0180? 360? 1
= m m S 1 ↑ m I m ? 当? = 180 时，系统中的某一点电压为零。该点称为电力系统的振荡中心。 设振荡中心 S 侧的阻抗为 Z S ；R 侧的阻抗为 Z R 。 U m ⊕min = E S Z R kZ S Z 振荡中心位置必须满足 Z R ? kZ S ? = 0 当 k=1 时， Z R ? = Z S ? ，振荡中心在系统阻抗 Z ? 的中点； 当 k ＞1 时， Z R ? > Z S ? ，振荡中心从中点向 S 侧偏移； 当 k ＜1 时， Z R ? < Z S ? ，振荡中心从中点向 R 侧偏移。 c 、讨论测量阻抗的变化规律 Z = U m = E S I m Z S 1 = E S Z Z I m I m S 1 1 ke j ? Z S 1 (Z + Z S 1 )(1 ke j ? ) = Z A = Z m + Z S 1 = Z S ( Z S 1 ) ?? 设 B = (Z + Z )ke j ? = kAe j ? ←? A B = Z ? 当 k=1 时， O ' A Ae jx j ? = Z R B m Z m ? O Z s 1 A R S 当 k=1 时，测量阻抗的振荡轨迹 测量阻抗的振荡轨迹为一条垂直于 Z 的直线。 当? =180°时，振荡轨迹经过电力系统的振荡中心。
PCB阻抗测量技术
PCB阻抗测量技术 安捷伦科技（中国）有限公司：孙灯亮 PCB传输线的特征阻抗和差分阻抗 现代的智能手机，计算机，通信设备等电子产品都内含复杂的PCB，这些PCB上的传输线负责把各种芯片连接在一起，并进行互相通信。 图1 现代高速电路中的传输线互连 衡量PCB上传输线的最重要指标是特征阻抗，或叫特性阻抗，简称阻抗。PCB传输线的特征阻抗不是直流电阻，它属于长线传输中的概念。在高频范围内，信号传输过程中，信号边沿到达的地方，信号线和参考平面（电源或地平面）间由于电场的建立，会产生一个瞬间电流，如果传输线是各向同性的，那么只要信号在传输，就始终存在一个瞬态电流I，而如果信号的瞬态电压为V，在信号传输过程中，传输线就会等效成一 个电阻，大小为，把这个等效的电阻称为传输线的特性阻抗。信号在传输的过程 中，如果传输路径上的特性阻抗发生变化，信号就会在阻抗不连续的结点产生反射。 图2 传输线用等效的集中参数电路RLCG描述 传输线的特征阻抗主要与传输线的结构有关系。把传输线分成一小段一下段，如图2所示，每一段用等效的集中参数RLCG电路表示，传输线即可用电报方程来表达： 电报方程的通解为： 其中：
为传播常数 为特征阻抗由于R, G 远小于jwL，jwC，所以通常所说的特征阻抗或阻抗是指： 这个是最终的特征阻抗公式，从公式中可见，传输线的特征阻抗只与寄生电感和寄生电容有关，而与频率没有关系，单位也直接用欧姆来表示。 寄生电感和寄生电容与传输线结构和介电常数有关，而介电常数与频率也有一些关系，所以特征阻抗与频率也有微弱的关系。 PCB中常见的几种传输线结构如图3所示。 图3 PCB中常见的单端传输线结构 微带线指的是处于PCB板外层的线路。微带线的电场穿透两种不同的介电质，相对较难控制阻抗。空气的介电常数较PCB为低，所以整体微带线的等效介电常数较低（约为2）。信号在微带线上的传输速率较快（约为每英寸145ps）。因为在微带线分布在PCB的表面，可以节省层数进行高密度布线，但是较容易受到干扰。 带状线是指处于PCB板内层的线路。带状线的电场只在PCB的范围内，相对较易控制阻抗。带状线周围介质的介电常数较高（约为 4.4），信号传输速度相对较慢（约为每英寸185ps）。因为在PCB的里面，所以不容易受干扰。 图4 微带线和带状线电场和磁场分布 对于微带线或带状线，都有如下特征：阻抗与走线宽度和走线厚度成反比；阻抗与叠层
网络分析仪原理及测量阻抗
网络分析仪组成框图 图1所示为网络分析仪内部组成框图。为完成被测件传输/反射特性测试，网络分析仪包含； 1．激励信号源；提供被测件激励输入信号 2．信号分离装置，含功分器和定向耦合器件，分别提取被测试件输入和反射信号。 3．接收机；对被测件的反射，传输，输入信号进行测试。 4．处理显示单元; 对测试结果进行处理和显示。 图1 网络分析仪组成框图 传输特性是被测件输出和输入激励的相对比值，网络分析仪要完成该项测试，需分别得到被测件输入激励信号和输出信号信息。 网络分析仪内部信号源负责产生满足测试频率和功率要求的激励信号，信号源输出通过功分器均分为两路信号，一路直接进入R接收机，另一路通过开关输入到被测件相应测试口，所以，R 接收机测试得到被测输入信号信息。 被测件输出信号进入网络分析仪B接收机，所以，B接收机测试得到被测件输出信号信息。B/R为被测试件正向传输特性。当完成反向测试测试时，需要网络分析仪内部开关控制信号流程。
图2网络分析仪传输测试信号流程 反射特性是被测件反射和输入激励的相对比值，网络分析仪要完成该项测试，需分别得到被测件输入激励信号和测试端口反射信号。 网络分析仪内部信号源负责产生满足测试频率和功率要求的激励信号，信号源输出通过功分器均分为两路信号，一路直接进入R接收机，另一路通过开关输入到被测件相应测试口，所以，R 接收机测试得到被测输入信号信息。 激励信号输入到被测件后会发射反射，被测件端口反射信号和输入激励信号在相同物理路径上传播，定向耦合器负责把同个物理路径上相反方向传播的信号进行分离，提取反射信号信息，进入A接收机。 A/R 为被测试件端口反射特性。当需要测试另外端口反射特性时，需网络分析仪内部开关将激励信号转换到相应测试端口。
交流阻抗实验报告
正弦交流电路中的阻抗和频率特性研究 1、实验目的 1）加深对正弦交流电路的KVL 定律认识。 2）学习正弦交流电路中阻抗的测量方法。 3）掌握L c X X 、阻抗频率特性测量方法。 2.实验原理及步骤 （1）测量阻抗 1）用“向量法”测量空心电感线圈两端的阻抗Lr Z ，如图3-1所示，r 是电感线圈的直流电阻。输入电压的频率在200~300Hz 中任选两个，分别测量计算。 测量出R U 、Lr U 的值，选取R U 作为参考相量，做出回路的向量图。相量图如图3-2所示。显然，θ满足Lr R Lr R U U U U U 2cos 2 2 2-+=θ。通过计算θ从而求出L U 、r U 的 值进而可求出电阻电感值。 2）按下图所示电路，从a ，b 端口用“向量法”测量内带电容的阻抗ab Z ，输入电压的频率在1~3kHz 中任选两个，分别测量计算。 Lr U U R U θ r U U 图3-2 电感阻抗测量电路向量图 图3-1 测量阻抗电路原
测量出R U 、Cr U 以及I 的值，选取Cr U 为参考相量，作出由回路的向量图。相量图如图3-4所示,同理，通过求出θ角可得到电容阻抗值。 （2）测量频率特性 测量L X 、C X 阻抗频率特性，做频率特性曲线。 1）点测—L X f 特性。自选电感（L ：50~400mH ）与电阻R 串联（R ：200Ω~1k Ω）自拟表格，做—L X f 特性曲线（f 从50Hz~3kHz ）。 2）点测—C X f 特性。自选电容（C ：0.1~2μF ）与电阻R 串联（R ：200Ω~1k Ω）自拟表格，做—C X f 特性曲线（f 从50Hz~3kHz ）。 （3）观察电压、电流相位关系 如图3-5、3-6所示，用示波器分别观察下面电感、电容中电压、电流相位。 图3-5 电感阻抗测量电路 I U 图3-2 电容阻抗测量电路向量图 图3-3 电容阻抗测量电路原理图 R Cr U 2+ -
阻抗测量完整解决方案
是德科技 LCR 表、阻抗分析仪 和测试夹具 材料、半导体和元器件测试及在线测量解决方案 选型指南
使用作为行业标准的仪器， 成功完成阻抗测量 过去的半个多世纪中，惠普、安捷伦和是德科技不断创新，为业界提供了卓越的阻抗分析产品。无论研发、生产、质控、进货检查或者其他应用，能够帮助客户成功完成任务是我们最大的荣耀。从阻抗分析仪到全面的测试附件，我们将一如既往地为您提供完整解决方案，满足您的需求。选择是德科技阻抗测量解决方案，实现业务成功。是德科技提供： 卓越的产品性能：是德科技产品可提供同类产品中更出 色的精度和可重复性，以及超快的测量速度。表 1 中列出的三种阻抗测量解决方案可满足不同的测量需求。 全面的解决方案：是德科技的阻抗分析仪产品系列可在 从 5 Hz 到 3 GHz 的频率范围内执行测量，使您能在十分广阔的范围内根据测量需求做出更好的选择。本选型指南为您概括 介绍可以选择的所有产品和附件。 适合应用所需的频率范围： 是德科技产品提供出色的性能，而且丰富的频率选件可以经济的价格满足您的需求。您可以选择更适合自身应用的频率范围，也可以灵活选择各种频率升级选件。您可以用少量投资只购买当前所需的性能，而后再根据需求变化进行升级。 专业技术：是德科技在提供阻抗测量解决方案方面拥有几十 年的经验。多年的经验和持续的技术创新已经融入是德科技各种 LCR 表和阻抗分析仪的设计和制造过程当中。是德科技还有大量相关的技术资料，帮助您更加正确高效地完成各种测量任务（这些资料的清单在第 15 页列出）。 应用范围十分广泛的先进测量技术 图 1 是 Keysight LCR 表和阻抗分析仪所使用的不同测试技术的比较，正如您所看到的那样，每一种技术都有其特别的测量优势： –自动平衡桥法的阻抗测量范围最宽，典型的测量频率在 20 Hz 到 120 MHz 之间，这项技术适用于低频和通用测试。 100M 10M 1M 100K 10K 1K 100101100m 10m 1m 是德科技阻抗分析仪/LCR 表测量方法比较 10% 精度范围 1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M 1G 10G 测量频率范围（Hz ） 阻抗测量范围（Ω） 自动平衡桥法 I-V RF I-V 图 1. 阻抗分析仪/LCR 表的阻抗测量技术
元件阻抗特性测定实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除元件阻抗特性测定实验报告 篇一：电路基础实验实验十一_R、L、c元件阻抗特性的测定 实验十一R、L、c元件阻抗特性的 测定 实验成员：班级：整理人员： 实验十一R、L、c元件阻抗特性的测定 一、实验目的 1．验证电阻，感抗、容抗与频率的关系，测定R~f，xL~f 与xc~f特性曲线。2．加深理解R、L、c元件端电压与电流间的相位关系。 二、原理说明 1．在正弦交变信号作用下，电阻元件R两端电压与流过的电流有关系式 u?RI 在信号源频率f较低情况下，略去附加电感及分布电容的影响，电阻元件的阻值信号源频率无关，其阻抗频率特性
R~f如图9-1。 如果不计线圈本身的电阻RL，又在低频时略去电容的影响，可将电感元件视为电感，有关系式 ? ? ?? u L ? jxI感抗x L L ?2?fL 感抗随信号源频率而变，阻抗频率特性xL~f如图9-1。 在低频时略去附加电感的影响，将电容元件视为纯电容，有关系式 u ? c ?? jx c
I容抗 ? xc? 12?fc 容抗随信号源频率而变，阻抗频率特性xc~f如图 9-1. c f 图9-1 图9-2 2．单一参数R、L、c阻抗频率特性的测试电路如图9-2所示。 途中R、L、c为被测元件，r为电流取样电阻。改变信号源频率，测量R、 L、c元件两端电压uR、uL、uc，流过被测元件的电流则可由r两端电压除以r得到。 3．元件的阻抗角（即相位差φ）随输入信号的频率变化而改变同样可用实验方法测得阻抗角的频率特性曲线φ ~f。 用双踪示波器测量阻抗角（相位差）的方法。 将欲测量相位差的两个信号分别接到双踪示波器YA和Yb两个输入端。调节示波器有关旋钮，使示波器屏幕上出现
交流阻抗谱方法的方法和原理
什么是交流阻抗谱方法(频响分析法),交流阻抗谱方法的方法和原理 交流阻抗谱(也称频响分析法,frequencyresponseanalysis)是研究地球物质电学性质的一种方法。经过 几十年的发展,交流阻抗谱已经在材料研究、表面处理、器件研究、生命科学和地球科学的研究中得到不同程度的应用。 交流阻抗谱在地球科学中的应用相对较晚,直到20世纪80年代,该方法才被应用于水饱和地壳岩的研究中,而将该方法应用于干燥地幔岩电性研究的是Arizon州立大学的Tyburczy 和Roberts,他们在一个大气压下研究了橄榄石单晶样品、橄榄石多晶样品以及天然纯橄榄岩的电导率,并且分析了不同阻抗弧形成的原因。 此后,Huebner和Dillenburg等人在1～2GPa下用交流阻抗谱研究了单斜辉石电学性质,结果发现,随压 力的升高颗粒边界电阻在显著的降低。Xu等利用交流阻抗谱在超过15GPa条件下对橄榄石高压相的电导率进行了研究。 在国内,该方法已经在地球深部物质的电性研究中有了一定程度的应用,也取得了一些成果。在本文中,作者根据自己和其他学者的研究,介绍了交流阻抗谱的方法、原理以及该方法在地球深部物质电学性质研究中的一些应用。 交流阻抗谱方法是一种以小振幅的正弦波电位为扰动信号的电测量方法。由于以小振幅的电信号对体系进 行扰动,一方面可避免对体系产生大的影响,另一方面也使得扰动与体系的响应之间近似呈线形关系,这就使得测量结果的数学处理变得单。 同时它又是一种频率域的测量方法,通过在很宽的频率范围内测量阻抗来研究电极系统,因而得到比其他常 规的电化学方法更多的动力学信息及电极界面结构的信息。 如果对系统施加一个正弦波电信号作为扰动信号,则相应地系统产生一个与扰动信号相同频率的响应信号。 为时间。 如果对体系施加如式(1)的正弦信号,则体系产生如式(2)的响应信号
R、L、C元件阻抗特性的测定
电路理论基础实验报告 实验十一R、L、C元件阻抗特性的测定 刘健阁指导教师杨智 中山大学信息科学与技术学院广东省广州市510006 实验时间地点： 2014年5月6日中山大学东校区实验中心C103 实验操作人： 刘健阁（学号13348073）、乐云天、雷弛 （此实验报告由刘健阁撰写，乐云天、雷弛另行独自撰写实验报告） 实验目的： 1. 验证电阻，感抗、容抗与频率的关系，测定R～f , X L～f与X C～f特性曲线。 2. 加深理解R、L、C元件端电压与电流间的相位关系。 实验原理： 1. 在正弦交变信号作用下，电阻元件R两端电压与流过的电流有关系式U=RI 在信号源频率f较低情况下，略去附加电感及分布电容的影响，电阻元件的阻值与信号源频率无关，其阻抗频率特性R～f如图11-1。 如果不计线圈本身的电阻RL，又在低频时略去电容的影响，可将电感元件视为纯电感，有关系式U L= jX L I感抗X L=2πfL 感抗随信号源频率而变，阻抗频率特性X L～f如图11-1。 在低频时略去附加电感的影响，将电容元件视为纯电容，有关系式 U C=－jX C I容抗X C=1/2πf c 容抗随信号源频率而变，阻抗频率特性X C～f如图11-1
2. 单一参数R、L、C阻抗频率特性的测试电路如图11-2所示。 图中R、L、C为被测元件，r为电流取样电阻。改变信号源频率，测量R、L元件两端电压U R、 U L、U C，流过被测元件的电流则可由r两端电压除以r得到。 3. 元件的阻抗角（即相位差φ）随输入信号的频率变化而改变，同样可用实验方法测得阻抗角的频率特性曲线φ～f。 用双踪示波器测量阻抗角（相位差）的方法： 将欲测量相位差的两个信号分别接到双踪示波器Y A和Y B两个输入端。调节示波器有关旋钮，使示波器屏幕上出现两条大小适中、稳定的波形，如图11-3所示，荧光屏上得不平方向一个周期占n格，相位差m格，则实际的相位差φ（阻抗角）为φ=m×(360/n)。 实验设备： 1. 函数信号发生器 1 2. 交流毫伏表 1 2. 双踪示波器 1 3. 实验电路元件R、L 1 DGJ-05 实验内容及步骤： 1. 测量单一参数R、L、C元件的阻抗频率特性 实验线路如图11-2所示，取R=1KΩ，L=10mH，C =1μF，r=200Ω。通过电缆线将函数信号发生器输出的正弦波信号接至输入端，作为激励源u，并用交流毫伏表测量，使激励电压的有效值为U=3V，并在整个实验过程中保持不变。 改变信号源的输出频率从200Hz逐渐增至50Hz（用频率计测量），分别接通R、L、C三个元件，用交流毫伏表分别测U R、U r、U L、U r；U C、U r，并通过计算得到各频率点时的R、X L与X C之值，记入表中。
电化学阻抗谱的应用分析
电化学阻抗谱的应用分析 交流阻抗法是电化学测试技术中一类十分重要的方法，是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段。特别是近年来，由于频率响应分析仪的快速发展,交流阻抗的测试精度越来越高，超低频信号阻抗谱也具有良好的重现性，再加上计算机技术的进步，对阻抗谱解析的自动化程度越来越高，这就使我们能更好的理解电极表面双电层结构，活化钝化膜转换，孔蚀的诱发、发展、终止以及活性物质的吸脱附过程。 阻抗谱中的基本元件 交流阻抗谱的解析一般是通过等效电路来进行的，其中基本的元件包括：纯电阻R ，纯电容C ，阻抗值为1/j ωC ，纯电感L ，其阻抗值为j ωL 。实际测量中，将某一频率为ω的微扰正弦波信号施加到电解池，这是可把双电层看成一个电容，把电极本身、溶液及电极反应所引起的阻力均视为电阻，则等效电路如图1所示。 图1. 用大面积惰性电极为辅助电极时电解池的等效电路 图中A 、B 分别表示电解池的研究电极和辅助电极两端，Ra 、Rb 分别表示电极材料本身的电阻，Cab 表示研究电极与辅助电极之间的电容，Cd 与Cd ’表示研究电极和辅助电极的双电层电容，Zf 与Zf ’表示研究电极与辅助电极的交流阻抗。通常称为电解阻抗或法拉第阻抗，其数值决定于电极动力学参数及测量信号的频率，Rl 表示辅助电极与工作电极之间的溶液 电阻。一般将双电层电容Cd 与法拉第阻抗的并联称为界面阻抗Z 。 实际测量中，电极本身的内阻很小，且辅助电极与工作电极之间的距离较大，故电容Cab 一般远远小于双电层电容Cd 。如果辅助电极上不发生电化学反映，即Zf ’特别大，又使辅助 电极的面积远大于研究电极的面积（例如用大的铂黑电极），则Cd ’很大，其容抗Xcd ’比串 联电路中的其他元件小得多，因此辅助电极的界面阻抗可忽略，于是图1可简化成图2，这也是比较常见的等效电路。 图2. 用大面积惰性电极为辅助电极时电解池的简化电路 Element Freedom Value Error Error %Rs Free(+)2000N/A N/A Cab Free(+)1E-7N/A N/A Cd Fixed(X)0N/A N/A Zf Fixed(X)0N/A N/A Rt Fixed(X)0N/A N/A Cd'Fixed(X)0N/A N/A Zf'Fixed(X)0N/A N/A Rb Free(+)10000N/A N/A Data File: Circuit Model File:C:\Sai_Demo\ZModels\12861 Dummy Cell.mdl Mode: Run Fitting / All Data Points (1 - 1) Element Freedom Value Error Error %Rs Fixed(X )1500N/A N/A Zf Fixed(X )5000N/A N/A Cd Fixed(X ) 1E-6 N/A N/A Data File: Circuit Model File:C:\Sai_Demo\ZModels\Tutor3 R-C.mdl Mode: Run Simulation / Freq. Range (0.01 - 10000Maximum Iterations: 100 B
实验十 RLC电路的阻抗特性分析
实验十 RLC 电路的阻抗频率特性分析 一实验目的 1、掌握交流电路中电阻、电容和电感的阻抗与频率的关系。 2、加深理解三个元件的电压与电流相位关系。 3、观察RLC 串联谐振现象，了解谐振电路特性，加深其理论知识的理解。 二 实验原理 1、R 、L 、C 元件的阻抗频率特性 正弦交流信号包含最大值、频率和初相位，在正弦稳态交流电路中，通过元件的电流有效值和加于该元件两端电压有效值之间的关系U =f （I ），称为元件的交流伏安特性，每个元件不仅讨论电压、电流有效值关系，还要观察两者相位之间的关系。 线性电阻欧姆定律的相量形式为：U RI = 。说明电阻两端电压的有效值与流过电流的有效值成正比，R 大小与频率无关，相位差为0，即同相位。 （2）电容 线性电容电压电流关系的相量形式为：1U j I C ω=- 。表明电容两端电压有效值与流过电流有效值关系为1 U I C ω=，相位差为-90 ，即电流超前电压90度。 （3）电感 线性电感的电压电流关系的相量形式为：U j LI ω= 。说明电感两端电压的有效值与流过电流的有效值关系为U LI ω=，相位差为90 ，即电压超前电流90度。 正弦稳态电路中，RLC 元件的阻抗频率特性曲线如图10-1所示。 图10-1 R 、L 、C 元件的阻抗频率特性曲线
RLC串联电路中，当正弦交流信号源的频率f改变时，电路中的感抗、容抗随之而变，电路中的电流I也随频率f而变。交流电压 S U（有效值）的角频率 为ω，则电路的阻抗为 1 () Z R j L C ω ω =+-， 阻抗的模：Z= 阻抗的幅角 1 arctan L C R ω ω ? - =，即该电路总电压与电流的相位差。 图10-3（a）、（b）分别为RLC串联电路的阻抗、相位差随频率的变化曲线。 图10-3（a）z f -曲线图10-3（b）f ?-曲线 由曲线图可以看出，存在一个特殊的频率 f，特点为： （1）当 f f <时，0 ?<，电流相位超前于电压，整个电路呈电容性； （2）当 f f >时，0 ?>，电流相位滞后于电压，整个电路呈电感性； （3）当 1 L C ω ω -=时，即 ω= f=时，阻抗Z R =，此时0 ?=，表明电路中电流I和电压U同相位，整个电路呈现纯电阻性。