[发明专利]一种提高麦克斯韦电桥电感测量精度的方法和电桥

说明书

技术领域

本发明属于计量测试领域，涉及电学交流阻抗基本量——电感参数的精密测量，具体涉及一种提高麦克斯韦电桥电感测量精度的方法和电桥。

背景技术

电感是衡量线圈产生电磁感应能力的物理量，电感参数是交流阻抗测量中的一个重要参数。电力、交通、冶炼、电子、IT、通讯等行业广泛使用不同尺寸不同规模的电感线圈，其质量取决于不同频率下的电感值和Q值，因此保证电感量值的准确测量具有重要意义。

测量电感通常采用麦克斯韦电桥、欧文电桥以及CR(电容和电阻)组成的等效电感电桥，这类电桥是通过电容或电阻元件来进行平衡的。由于电容、电阻和电感之间基本没有电场和磁场的干扰，因此具有明显的优越性，从而也容易提高电感测量的准确度。麦克斯韦电桥是最常用的一种电感测量电桥，此种电桥上将电容和电阻作为可调元件，可以对应使线圈的电感和电阻进行分别平衡和读数，从而分别求的电感值和Q值。实际电桥中是通过调节电容和电阻进行测量的，由于受到电容箱的准确度和稳定性以及电阻元件时间常数的限制，此类传统电桥的误差一般高于2×10^-4。

如果将感应分压器与这类电桥相结合，用调节感应分压器输出电压大小的方法为等效的电容和电阻的调节，那么电容和电阻可以采用固定的标准元器件，它们的稳定性和准确度远远高于可调型的电容和电阻，这样电桥可以获得较高的准确度。由此也出现了一类改进型的麦克斯韦电桥，此种电桥突破了传统电桥的限制，使得更高精度的电感测量成为可能，现有的改进型的麦克斯韦电桥还不能在全部量程下保证测量精度，只是在典型值下能达到10^-5乃至10^-6量级的测量精度，典型值是指譬如只测量10mH，而且是手动平衡的模式下进行测量的。

在这类改进型的麦克斯韦电桥上，为了消除对地泄露电流的影响，还需要加入华格纳支路对电桥进行电桥辅助平衡，从而使指零仪支路电位等于地电位。这样的电桥往往需要电桥的主平衡和辅助平衡反复调节才能最终达到电桥平衡状态，完成读数。此平衡过程繁复、耗时长，且对测量操作人员的要求高，容易造成电桥平衡误差，影响电感测量精度，也不利于此类测量仪器的推广使用。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种提高麦克斯韦电桥电感测量精度的方法和电桥，实现电桥的自动辅助平衡，提高电感测量精度，延长电桥的使用寿命，提高电桥的可靠性。所述方法同样适用于电感参数精密测量仪器或类似测量系统中。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种提高麦克斯韦电桥电感测量精度的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)利用感应分压器与固定的标准电容C和标准电阻R₂、R₄相结合，通过调节感应分压器的输出电压大小来作为等效的电容和电阻的调节；

(2)自动辅助平衡：在R₄支路上并联一个高性能反相放大器，将R₄支路作为反馈电路，两者与标准电容C构成一个微分放大器支路，将高性能反相放大器的虚地端作为电桥的另一个指零端，从而代替原有的辅助指零支路，实现自动辅助平衡；

(3)抑制所述微分放大器支路在高频脉冲下的振荡：在所述微分放大器支路中串入消振支路，来保证电路正常工作并抑制振荡；

(4)消除因引入所述消振支路所造成的误差：在所述消振支路上并入误差补偿电路；

(5)消除感应分压器输出阻抗的影响：利用一种高精度电压跟随器跟随所述感应分压器的输出电压。

一种利用本发明的方法来提高电感测量精度的电桥，包括待测电感L_x和等效串联电阻R_x，标准电阻R₂、R₄，标准电容C、电导G；

Lx和Rx构成所述电桥的第一个桥臂；

R₄构成所述电桥的第二个桥臂；

R₂构成所述电桥的第三个桥臂；

所述电桥还包括三个感应分压器，分别为IVD、IVDα和IVDβ，三个感应分压器并联后一端与R₂串联，另一端接地；

电导G和标准电容C分别与感应分压器IVDα和IVDβ结合组成高准确度可变电导箱和可变电容箱，IVDα、IVDβ、电导G和标准电容C构成所述电桥的等效第四个桥臂；