冲击电流计测量高阻

用冲击电流计测量电容和高阻

工业上常用元件的电阻值为兆欧，而且要求该元件耐高压。很多常用的测量方法对高电阻不能准确测量，如便携式惠斯通电桥由于受本身绝缘性能和灵敏度的限制，测量上限仅106Ω左右，对更高阻值的电阻不再适用。而冲击电流计是测高阻的重要途径之一，其测量范围可以高达108Ω～1013Ω。冲击电流计不是用来测量电流的，而是直接测量脉冲电量的，或者是测量与电量有关的物理量，如磁感应强度、电容等。 ［实验目的］

1.了解冲击电流计的工作原理及使用方法； 2.学会用比较法测电容； 3.学会用电容放电法测高阻。 [实验原理]

1、用比较法测电容，比较法测电容的原理如图1所示：

冲击电流计 C0 a b Cx c

K d

E 图1比较法测电容工作原理图

在电路a、b端先接入标准电容C0，开关K掷向d端对电容C0进行充电，达到饱和后，把开关合向c 端，对C0进行完全放电，由冲击电流计记下放电电量Q0，则：

Q0?C0U （1）

其中U为电源E的电压。再把C0换成待测电容Cx，保持电压U不变，电源对

Cx进行充电，充电完全后将开关合向冲击电流计，对Cx进行放电，由冲击电流计读出此次的放电电量为Qx，则：

Qx?CxU （2）

由(1)、(2)两式可得：

Cx?QxC0 （3） Q0这就是比较法测电容的原理，这种方法有很大的优点，实验条件容易保证，测量过程不需要知道电压和电源内阻值，因而避免了一系列的系统误差。 2、冲击法测高阻，测量电路如图2所示：

冲击电流计 C0 a Rx b K c d

E 图2冲击法测高阻的工作原理图

将待测电阻Rx与标准电容C0并联，接入电路a、b端，先把闭合开关K掷向c端，对C0进行充电，充电完毕后电容C0存储的电量是C0U，然后将开关K断开，即不与c、d接触，这时电容通过Rx放电，放电回路方程为IRx+u=0，且Q=uC0，dQ=Idt于是可得：

RxdQQ??0 （4） dtC0利用初始条件，t=0时，Q=Q0=C0U可得放电规律：

?tRxC0Q?Q0e (5)

上式表明，从放电开始经过时间t后，电容存储的电量是初始时刻的e?tRxC0倍，

可以用冲击电流计来测量经过时间t放电后，电容所对应的电量。对（5）式两边同时取对数，得：

InQ?InQ0?t （6） RxC0若选t为横坐标,InQ为纵坐标，上式表示的是一条直线，截距是InQo，斜率为

?1，由此可以计算出Rx。 RxC0[实验仪器］

冲击电流计，数字计时器，电路控制盒，标准电容箱，待测电容，待测高阻等 冲击电流计（其工作原理见附录一）：

本实验所用冲击电流计除了具有测量脉冲电量的功能（测量前电量值应调零，单位是10-10库仑），还兼有输出直流电压和电流的功能，输出幅度可根据需要进行调节。 数字计时器：

本实验所用数字计时器工作电路断开开始计时，电路接通计时停止，测量前应清零（绿色键为清零键），单位为毫秒，数字停留时间为9秒，9秒后自动归零，实验时应及时记录。

电路控制盒：电路控制盒内部是测量和控制集成电路。电容和待测电阻连好后，换向开关掷到左边可以给电容充电，掷到中间可待测电阻放电，掷到右边时冲击电流计显示剩余电量。 [实验内容及步骤] 1、用比较法测量电容3个；

2、通过测量画出电容通过高阻漏电的放电曲线；

连接好线路2后对C0充电（C0取0.2μF），然后断开，并保持中间位置，

同时开始计时，到t时刻（由数字计时器读出，单位为毫秒）， K和冲击电流计连接，测量对应电量Q，一共测量10组（Q，t） 值，为了相对准确测量电阻值，电容C0的放电时间不宜太长，换向开关可从一侧连续掷到另一侧即可。画出Q-t图像，并分析电容通过高阻放电的放电曲线特点。（共画三个电阻的放电曲线） 3、用冲击法测量高阻

用3测得的数据，画出lnQ-t曲线，并计算出斜率k和Rx。 4、用近似的方法测高阻的阻值

如图2所示，给已知电容C0充电，待达到饱和状态后，通过与电容Ｃ并联的高阻Ｒx放电，放电时间t由数字计时器读出，放电后电容上的剩余电量Q用冲击电流计测出。以上各物理量的关系为：

充电后电容Ｃ上的电量Q：Q0?C0U （11） 通过并连电阻Ｒx所放电量：Q放?It?Ut （12） Rx放电后电容C上的剩余电量：Q?Q0?Q放 （13）

由公式（11）（12）（13）即可计算得出被测高阻Ｒx的阻值，与4中所测结果进行比较，并分析误差产生的原因。 [思考题]

1、分析实验内容４中测量误差的大小与被测电阻阻值高低的关系。

2、由测量数据，试计算Ｃ0充电到Ｕ后经Ｒx放电，需要多长时间才能使Ｕc＝Ｕ/2？

3、用冲击电流计结合本实验用到的其他仪器，由一个已知电动势为ε

0

的电源

测量另一个未知电源的电动势εx，试设计测量电路，说明测量原理和方法。 附录一：冲击电流计的工作原理：

传统的冲击电流计是磁电式电流计，它的结构与灵敏电流计的结构相似，唯

一不同的是冲击电流计的线框和铁芯比灵敏电流计的线框和铁芯扁而且宽，因而其转动惯量大，导致冲击电流计的摆动周期较大。当脉冲电流通过时，可以证明线圈第一次最大偏转角和通过的电量成正比，由此可以测量脉冲电量的大小。

本实验采用的冲击电流计是由中、大规模MOS集成电路及高速、高输入阻抗运算放大器组成的数字式测量仪表，用于测量短时间脉冲电流所迁移的电量。脉冲电量测量主要通道部分简化如图1所示，图中R1、R2为输入级变换电路网络，IC1是同相电压放大器，其输入电流可忽略不计。 IC2，RzC构成精密的积

分器。当输入电流在0～τ时间内注入脉冲电流i1(t)时，则输入电量为：

Q??i1(t)dt （1）

0?而U1=A1U0=A1i2(t)R2（A1为IC1电压放大器的放大倍数），当t=0和t=τ时，C两端的电压为0，故在0～τ时间内，Q全部流过R2，则：

Q??i1(t)dt??i2(t)dt （2）

00??积分后的输出电压为：

U2??1RzCz??0i1(t)dt?A1R2RzCz??0i2(t)dt??A1R2Q （3） RzCz可见积分电路的输出电压与馈入仪器输入端的电量成正比。该电压经过A/D（模/数）线性转换成数字量，设转换系数为A2，即

N??A1A2R2Q （4） RzCz实际上，仪器在设计时已将?A1A2R2?1，因此显示的数字N就是迁移电量Q。 RzCz IC1 i2 R2 U0 C Rz IC2 U1Cz U2 图1冲击电流计脉冲电量测量主要通道部分电路图

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