开尔文线夹引起的测量误差离谱，正常？还是电桥坏了？

plasticbaby

maithon 发表于 2019-12-17 21:36
100KHZ以上，不能用线夹测试，要用测试盒。至少也要用带屏蔽的4线测试夹。

我这个就是20khz测试，实际上，从4k赫兹开始，线的影响就开始有明显误差了，越到后面越离谱

Maitreya

测试了一下供你参考。
电容是日化的 KMH 系列10000uF/ 50V电容；测量 仪器是3302 （破解版3250）；所用线缆是淘宝上随便买的线缆。

DUT 10000u/ 50V

Cable

100Hz 和1kHz下，线缆位置的影响非常小，就只测了一组。10kHz - 1MHz，每个频率测两次，线缆基本捋直测一次，线缆绕个圈测一次。

100Hz:

100Hz

1kHz:

1kHz

10kHz 捋直：

10kHz-1

10kHz 绕圈：

10kHz-2

100kHz 捋直：

100kHz-1

100kHz 绕圈：

100kHz-2

1MHz  捋直：

1MHz-1

1MHz 绕圈：

1MHz-2

可见高频时线缆的几何构型确实对测值有影响，主要是线缆的感抗增加，相当于抵消了电容的容抗，使得计算出来的容量变小。

但是这种影响是有限的、可以预见的，而不是跳动的。如Washu老师所说，在共振频率附近（感抗=容抗）会有不稳定的测值，小干扰就会引起大跃变；但是如果你4kHz - 20kHz，都有跃变现象就不正常。

顺说一句，用高频率测大容量电解并不一定是不合理的。虽然此时测得的容量不准确（电容本身的串联电感的感抗很大，所以计算出来的容量很小），但是ESR是有意义的。当电容用在有高频分量的电路中储能/滤波时 （典型就是开关电源），高频下的ESR会引起电容发热，所以这种电解专门有高频ESR指标。

plasticbaby

辛苦了，您的线带来的误差，完全不像我的那么夸张，这样看来我那套硬件确实有问题。

washu

Maitreya 发表于 2019-12-18 20:32
测试了一下供你参考。
电容是日化的 KMH 系列10000uF/ 50V电容；测量 仪器是3302 （破解版3250）；所用线 ...

你这个电容，10kHZ 下 θ 是 -16 deg，100kHZ  又变成 -63 deg，1MHZ 居然成了 -89 deg，你觉得还没有问题吗

Maitreya

washu 发表于 2019-12-18 21:40
你这个电容，10kHZ 下 θ 是 -16 deg，100kHZ  又变成 -63 deg，1MHZ 居然成了 -89 deg，你觉得还没有问 ...

（刚话说快了回帖删除）容我再想想。

maojc

我的表测量范围是这样的

plasticbaby

washu 发表于 2019-12-18 21:40
你这个电容，10kHZ 下 θ 是 -16 deg，100kHZ  又变成 -63 deg，1MHZ 居然成了 -89 deg，你觉得还没有问 ...

刚刚光注意容量了，您这么一说我又晕菜了

Maitreya

washu 发表于 2019-12-18 21:40
你这个电容，10kHZ 下 θ 是 -16 deg，100kHZ  又变成 -63 deg，1MHZ 居然成了 -89 deg，你觉得还没有问 ...

我刚用另外一个桥测另外一个电容2200u/50V的，100/1k/10k/100k/200k，也是这个规律，角度-84/ -48 / -14/ -12/ -30，容量 思考中。各频率下串联电阻变化不大，约从80毫欧降到50毫欧。“容量”是一路下跌，阻抗是先降后升……难道过了共振点了？过了共振点不应该是感性，容量负值角度正值么？

plasticbaby

maojc 发表于 2019-12-18 22:15
我的表测量范围是这样的

我觉得不是不能测，可能误差慢慢变的太大，就懒得详细说了而已。

测量范围在应该是瓦叔说的那种临界点之内，误差越来越大，不会到了多少Khz就突然变得超量程不能测了。

我的表说明书这样的。虽然我看着头晕，大概应该是这个意思吧

plasticbaby

Maitreya 发表于 2019-12-18 22:25
我刚用另外一个桥测另外一个电容2200u/50V的，100/1k/10k/100k/200k，也是这个规律，角度-84/ -48 / -14/ ...

您的变化，至少是线性有规律的，不像我，动下线，直接就跳到另一个极端了

maojc

plasticbaby 发表于 2019-12-18 22:27
我觉得不是不能测，可能误差慢慢变的太大，就懒得详细说了而已。

测量范围在应该是瓦叔说的那种临界点 ...

我这表说明书上测量范围是有限定的 实际也不能测。测量电压是1V.p-p

可以用示波器观察下测量信号的变化。

tudou2048

粗略模拟了TH2821A的激励回路，做了频率响应分析。激励电压也是0.3v，大致就是信号源串30欧电阻过电桥测试夹（模拟电桥内部），运放的影响暂时忽略。我用的是三种规格电容，红色的是cbb的.47u杂牌、100u和470u普通电解。曲线蓝色为增益，红色是相位，白色是频率。信号源从100Hz做到20M。手头没有楼主那种聚合物电容。

washu

plasticbaby 发表于 2019-12-16 23:53
谢谢你的指点，我后面发的两个图，表笔短接，主机测量角度，一会正，一会负，这个也是正常？

你一共有两个问题，第一个问题之前我提到了，你可能正好遇到电容谐振；第二个就是，这种夹具的接触不是非常良好。

然后我们先从你这个夹具短路这个角度看问题，就是为什么辐角 θ 一下子正，一下子负？

即使是 TH2819+TH26005，用金灿灿的原装专用短路片短路，执行夹具短路校正后，它也是一样乱跳


和你的胜利并无区别


为什么呢？

辐角 θ ，它是复阻抗 Z = R+jX 的另一个表达式 Z∠θ，两个表达是等价的。

可是仪器，或者说我们平时用的电桥，不管是老式手动电桥还是自平衡桥，都无法直接测出辐角 θ，电桥能直接测出的是 X/Cx* 和 Rs，辐角需要根据电桥测出的 Xc 和 Rs，然后用反正切函数得到。

*老式手动电桥是全桥，有标准电容，可以得到 Cx；自平衡桥是半桥，没有标准电容，所以得到的是 X，需要换算成 Cx

那么为什么短路夹具的时候辐角会是一个乱跳一会正一会负的情况呢？显然，如果夹具理想，是不是应该 Z=0，R=0，X=0

所以你可以看一看你的电桥夹具短路的时候，R 和 X 是多少


当然现实的夹具不是理想的，而且电桥本身内部走线都有分布参数啦，所以实际上夹具短路的时候还是有一定的剩余电阻 R 和分布电抗 X，在执行短路校正的时候，电桥测量夹具的分布参数并记录下来，在以后的测量中予以扣除。所以，实际上我们看到的短路显示值是一个校正后的结果，它以执行短路校正时的测量值为校正记录值进行扣除。

washu

刚才说了，不管是老式手动电桥还是自平衡桥，都无法直接测出辐角 θ，电桥能直接测出的是 X/Cx* 和 Rs，辐角需要根据电桥测出的 Xc 和 Rs，然后用反正切函数得到。然后就是，电桥或者说自平衡桥是如何测量的？

再次吐槽，5120*2880 的图居然不能发   非得缩小到 2560*1440


我们现在常用的低频 LCR 是一种自平衡桥，U4A 输出一个测试激励（正弦波）加在待测器件（DUT）上，自平衡桥 U4B 总是流出一个合适的电流使得电桥平衡，流过 DUT 的电流和流过参考电阻 Rref 的电流总是相等，所以待测器件 DUT 的复阻抗 Z = Udut*-Rref/Uref。

*因为 U4B 是反相器所以有个负号

然后对器件上的 Udut 和 Uref 进行正交检波（这是用模拟电路做的正交检波，也可以直接 AD 后离散傅里叶实现），分别得到

Udut 的两个正交投影 Udut = a+bi，a 就是 DMM3 测量值，b 就是 DMM4 测量值
Uref 的两个正交投影 Uref = c+di，c 就是 DMM1 测量值，d 就是 DMM2 测量值

待测器件的 R 就是 -Rref * (ac+bd) / (c^2+d^2)
待测器件的 X 就是 -Rref * (bc-ad) / (c^2+d^2)

*如果待测器件是电容，容量 Cx=(c^2+d^2)/[(bc+ad)*-Rref*2pif]

然后 反正切 (R/X) 得到辐角 θ

也就是说，电桥给你的读数，基于四个表头对待测器件上的电压和电流正交检波后的测量结果的后续运算。显然既然是这么一个测量和计算的过程，那么如果你将夹具短路的时候，是不是电压几乎是 0 而电流达到最大值？也就是说，上式的分子很接近 0，其实理想的话它就是 0，可是实际上的电路不那么理想么，所以检波的结果就是在 0 附近的某个很小的结果，而由于电路的噪声，所以这个结果可以有轻微的起伏...

所以如果仪器分辨率足够高，那么噪声导致 Udut = a+bi 测量值不为 0 而是一个微小的起伏，其结果就是你的反正切值在乱跳，因为此时 R 和 X 在数量级上都差不多大，所以反正切的结果可以在非常大范围内乱跳

反过来，如果你开路夹具，那么就是 Uref = c+di 理论上应该为 0，但实际上夹具的分布参数使得它不为 0 而是有微小的起伏，所以其结果还是...

washu

plasticbaby 发表于 2019-12-17 22:24
我这个就是20khz测试，实际上，从4k赫兹开始，线的影响就开始有明显误差了，越到后面越离谱

你那个线可能屏蔽效果不太好、分布参数比较大，而且接触上这种夹具算不上太好，因此夹具引入的误差，可能正好落在电容谐振的范围，谐振时电容的电抗 X 为 0 --- 当然对仪器来说就是正交检波的 bc 和 ad 乘积非常接近，所以此时会有非常不正确的测量结果（容量很大，因为 X 很小），是很正常的。

因此不能用这个现象简单判断有没有问题。

然后看看你的情况，容量从 230u 变成 5m，

230uF 在 20kHZ 下对应容抗 Xc 就是 0.0346Ω；
5mF 在 20kHZ 下对应容抗 Xc 就是 0.00159Ω。。。



你觉得你的夹具接触不良，或者仅仅是夹持的位置的变化（引脚位置变化），引入 34 毫欧误差，是很夸张的吗？我看你量程 100Ω 哦

当然，诸如 TH26005 这样的夹具，肯定要比你这个靠谱一些。