HIOKI 3522-50 LCR测试仪的工作原理及应用
日立永济电气设备(西安)有限公司 史建诚
摘要：文章介绍了日置HIOKI 3522-50 LCR测试仪的工作原理和使用方法，并列举了使用时应注意的问题。
关键词：LCR测试仪 阻抗 导纳 相位角 数字电流表 数字电压表 鉴相器 Abstract: This paper introduces the theory and using method of the HIOKI 3522-50 LCR meter, and lists the problems that should be paid attention to when using.
Key words: LCR meter, impedance, admittance, angle of phase, digital ammeter, digital voltmeter, Phase discriminator. 一、前言
电阻、电容、电感是最常使用的无源器件，在电气产品的设计、质量检查、试验、维修等过程中，为了精确评价元件的性能，保证元件满足要求，需要用到LCR测试仪。
HIOKI 3522-50 LCR测试仪是日本日置公司的产品，该仪器是使用触摸面板的阻抗测量仪器，能够测量电感L、电容C、电阻R、损耗因素D、品质因素Q、阻抗| Z |、导纳| Y |、电导G、电纳B、电抗X等共14个测量参数，可同时显示最多4个项目。其测试频率范围为DC、1mHz～100kHz，测试电压范围为10mV～5Vrms，可变的测试信号为测量非线性阻抗元件，如电感等器件带来很大方便。具有测量范围广、反应速度快、精确度高等优点，适合用于新产品的设计研发和批量生产。
二、测量原理
在LCR测试仪内部，是通过内在的微型计算机，通过计算得到不同的测量结果，而不是通过物理连结电路来变换得到结果。
图1 测量原理图
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图1中的Vs为仪器内部的正弦波信号源，V为数字电压表，A为数字电流表，仪器内部还有图中未画出的数字鉴相器。当将待测元器件接到仪器上之后，数字电流表将测出流过待测元件的电流，数字电压表将测出待测元件两端的电压，数字鉴相器将测出电压与电流之间的相位角θ。根据、 、θ这3个数据，仪器内部的微型计算机就会自动的计算出所要检测的参数。
对于理想的L、C、R元件，相角(θ)在纯电阻下是0°，在纯电容下是-90°，纯电感是+90°。但是实际的L、C、R元件却不是如此。由于有R的存在，因此产生了相位角。
图2 向量图
ZL=jωL ，ZC=1/jωC 。
而被测元件通常为由L、C、R形成的等效电路的构件，能以简单的串联或并联等效电路表示，如图3所示。
图3 L、C等效电路
该仪器把被测元件当作为由L、C、R形成的等效电路的构件之一，并把这些成分放在串联连接或并联连接中来进行测试运算。因此，在测量L、C、R元件参数时可选择串联等效电路模式或并联等效电路模式两种模式。
在LCR测试仪内部的微型计算机中，存有预先编好的计算程序，用户选择一个测量参数，就等于从微型计算机中调出了相应的计算程序，如下表1。
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表1 测量参数的计算程序
测量参数 描述 Z 阻抗 Y 导纳 Cs 串联等效电路模式的静电容量 Cp 并联等效电路模式的静电容量 D 损耗系数=tanδ Q Q=1/D Ls 串联等效电路模式的抗阻 Lp 并联等效电路模式的抗阻 Rs 串联等效电路模式的实效电阻, Rp 并联等效电路模式的实效电阻 G 电导 X 电抗 B 电纳 计算程序 | Z | = V / I | Y | = I / V Cs = | Z | sinθ / 2πf Cp = | Y | sinθ / 2πf D = 1 / tanθ Q = tanθ Ls = | Z | sinθ / 2πf Lp = | Y | sinθ / 2πf Rs = | Z | cosθ Rp = 1 / | Y | cosθ G = | Y | cosθ X= | Z | sinθ B = | Y | sinθ
三、使用方法
1.测量模式的选择
检测单个元件时选择测量参数的方法。一般来说，一个电容或一个电感都不是理想的纯电容或纯电感。电容内部的电介质和表面有漏阻，引线也有电阻。电感导线涂层和它的线圈之间也有漏阻，线圈本身也有电阻。因此，可近似地把一个电容或一个电感等效成图4所示的电路。图中的C和L是理想的纯电容和纯电感，Rp为它们的漏阻，Rs为它们的引线或线圈电阻。
图4 单个电容和电感的等效电路
测量被测元件时必须明确选定所对应的测量模式。被测元件的阻抗较大时，作为并联等效电路模式，手动选择Lp、Cp、Rp。被测元件的阻抗较小时，作为串联等效电路模式，手动选择Ls、Cs、Rs。因此，测量被测元件时必须明确选定所对应的串联或并联测量模式。
例如，待检测的元件是个容量特别大的电容。在电路中，大电容呈现的容抗很小。在容抗很小的元件旁边并联一个阻值很大漏阻Rp，对流过电容电流的分流作用极小，
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完全可以忽略。相反，由电容引线形成的串联电阻Rs的作用倒是应该引起用户的注意，因为电容本身的容抗很小，即使Rs比较小也可能与容抗同属一个量级。因此，选择串联测量模式。
2.测试频率、测试电压选择
不同的频率点，所测出的电感、电容值会不一样。任何元器件就像放大器一样都会有频率响应的问题，换句话说，如果排除测量仪器的误差，那么，在某个频点所测出来的值即表示这个器件在这个频点的真正值。换句话说，如果想测量某一器件的值，就必须考虑这个器件在电路中的工作频率是多少，而选择该频率或接近的频率来测量，才会得到该元器件在该电路中的真正值。而从实际应用面来考虑，可以归结出下面结论供使用者参考。
小电容、小电感常用于高频电路，测量时频率要高一点。
大电容、大电感常用于低频电路，如市电50Hz经全波整流后100Hz，则测量频点可选在100Hz。
如何选用测量幅度？
测量幅度的选择，譬如用在测量带有铁蕊的线圈（电感）时，因涉及铁芯的材质，故与频率点的选择一样，须选择适当的幅度，予以测量。
四、使用注意事项
1.用户选择的参数必须与被检测的元件或元件的组合电路相一致例如检测RC或RL串联电路时，只能选择Cs、Rs或Ls、Rs参数，不能选用Cp、Rp或Lp、Rp参数，否则仪器测出并显示在液晶屏上的电感、电阻、电容将与它们的实际值相差甚远。
2.可施加在该仪器测量端子上的最大电压为DC10V。如果经常施加超出该值以上的直流电压，则可能会损坏仪器。因此，在对电容等元件进行测量前，务必将充电了的电容彻底放电之后再连接仪器测量接线，否则可能会损坏仪器。
3.校正补偿
在测量电容、电感时，为追求精度，故必须校正补偿，尤其是利用测试夹具时，更须将测试线所存在的小电容、小电感予以扣除，才能测量出元件本身的真正值。一般而言，小电容、大电感为开路补偿，大电容、小电感为短路补偿。
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