沖擊電流計測量電容與高阻 (講義 )

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1、用數(shù)字積分式?jīng)_擊電流計測量電容與高阻沖擊電流計常用于測量電量,而不是電流。例如,電路在短時間內(nèi)脈沖電流所遷移的電量、靜電電量等。本質(zhì)上講，是對脈沖電流的積分測量。因此沖擊電流計還可間接地測量磁感應強度、電容、電阻等。本實驗采用新型的數(shù)字積分式?jīng)_擊電流計進行測量。其原理是對輸入的脈沖電流信號，用高速數(shù)字電路進行采集，計算其面積。這種方法相對于一般的電容積分峰值保持式測量電路，具有很大的優(yōu)勢，原因是干擾脈沖對整體面積的影響可以被很大程度上均和而抵消，但對于峰值保持式積分器，干擾脈沖將嚴重影響其測量結果。本實驗將通過電量的測量，學習

2、電量與電流、電壓、電容、電阻等物理量的關系。通過比較法測量電容和放電法測量高阻，拓展沖擊電流計的應用，豐富了電磁學實驗的內(nèi)容。【實驗目的】1、學習數(shù)字積分式?jīng)_擊電流計的使用方法。2、比較法測量電容。3、掌握RC放電法測量高阻的原理，并測量高阻。【實驗儀器】1、DQ-3數(shù)字積分式?jīng)_擊電流計2、DHDQ-3A沖擊法電容與高阻測量儀，含標準電容、待測電容、高值電阻、直流電源、放電開關、同步計時秒表等?！緦嶒炘怼?、用沖擊電流計測量電容的原理在圖1中，電源E用于給電容提供充電電源。要求其具有較高的電壓穩(wěn)定度，且其內(nèi)阻要足夠小。開關K

3、1用于換向，需要時可以進行正反向測量，以提高測量準確度。開關K2用于選擇充電與測量，K3用于選擇標準與被測電容。對K2、K3開關的要求是絕緣電阻要高、斷路間隙小、接觸抖動小，否則抖動和漏電阻將可能會影響測量結果。K3置于“標準”，K2置于“充電”，則電源E對標準電容CN充電。標準電容CN上所充電量為：Q0=CNU。將K2置于“測量”擋，則CN向沖擊電流計Q放電，由于沖擊電流計具有一定的內(nèi)阻，故而在一定的時間內(nèi)完成放電。沖擊電流計完成電量的測量，并顯示。將K3置于“被測”，K2置于“充電”，則電源E對標準電容CX充電。被測電容C

4、X上所充電量為：QX=CXU。將K2置于“測量”擋，則CX向沖擊電流計Q放電。沖擊電流計完成電量的測量，并顯示。忽略漏電阻和電源E的變化，則有Q0/QX=CN/CX。由于CN為已知值，故可求得：（1）2、RC放電法測高阻圖1用沖擊電流計測量電容圖2用沖擊電流計測量高阻高阻一般是指大于106Ω的電阻。用數(shù)字電阻表或伏安法測量高電阻時，因為數(shù)字表的輸入電流或因4電流非常小的原因，造成測量失準。借助于高性能的數(shù)字沖擊電流計，用放電法測量高阻是一種較為準確的方法。將待測高阻與已知電容組成回路，在電容放電時測量電容上的電量（或電壓）隨時

5、間的變化關系，確定其時間常數(shù)，在已知標準電容容量的情況下，可確定高阻的阻值。其原理如圖2所示。在圖2中，開關K2、K3是一個雙刀三位開關，其絕緣電阻高、斷路間隙小、接觸抖動小，測量工作過程如下：CN充電：K3置于“標準”，K2置于“充電”，假設E的內(nèi)阻為5歐，標準電容的值為1uF，則時間常數(shù)為5us，在30～50us內(nèi)，電容充電完成。所以只要將K2置于“充電”位置很短時間，就可認為充電完成。同時K2的另一組開關接通計時器S的“復位”端，計時表示值回零。CN放電：K3置于“高阻”端，一組開關接至CN不變，另一組開關接至“開始/停

6、止”端，準備進行計時。將K2置于“放電”端，RX就并聯(lián)到CN兩端，電容開始放電；同時，K2的另一組開關接通計時器S的“開始/停止”端，計時器開始計時。由于K2的兩組開關是聯(lián)動的，所以確保了放電與計時的同步性。由于K2、K3使用了高絕緣性能的開關，而且CN本身的絕緣電阻很高，所以實驗中切換開關時，開關動作快慢并不會明顯影響計時準確度，這降低了操作難度，并提高了測量準確性。測量：放電一段時間后，將K2切換到“測量”端，CN向沖擊電流計放電，并斷開RX，以免在沖擊電流計測量期間CN向RX放電。同時K2的另一組開關再次接通計時器S的“

7、開始/停止”端停止計時；也由于K2的兩組開關是聯(lián)動的，所以確保了沖擊電流計測量與計時停止的同步性。在上述的測量過程中，設放電時間為t，則在t時刻電容C上的電量Q、電壓U和RC回路中的電流I之間滿足：；其中其中負號表示隨著放電時間的增加，電容器極板上的電荷Q隨之減少。注意：Q、U、I三個量都是時間的函數(shù)。設初始條件為：t=0時，Q=Q0，則電容上電量隨時間的關系：。即(2)式中RC稱為時間常數(shù)，一般用τ表示，其物理意義為：當t=τ=RC時，電容上的電量由t=0時的Q0下降到0.368Q0，它決定放電過程的快慢。τ時間常數(shù)越大，放

8、電越慢；反之，τ越小，放電越快。對應的放電曲線見圖3QlnQQQ00.368圖3Q～t曲線圖4lnQ～t曲線對(2)式取自然對數(shù)有：　　　　(3)根據(jù)式（3）可知Q與t成線性關系，見圖4。其直線斜率就是，根據(jù)已知標準電容值就可以求得R的大小。【實驗內(nèi)容】1、用沖擊電流計測量電