适合业余爱好者DIY的高精度数字电桥

xjw01

1、1pf 电容在10kHz测量阻抗为10M左右，没问题吧。
    2、D值其实就是一个精度值，那么D = 0.01，没问题吧。
    3、Q值其实就是D值倒数，呵呵，这也不会有问题吧？
    4、那么，从你的lcr测量数据分析，测量小电容的Q值要在小于 1/0.01 = 100 以内吧？
    5、那么，你非要说，依1%的精度，测量的电容的Q值大于100以上，是不是值得怀疑？fickle 发表于 2011-12-12 23:42

我的LCR表，测10M电阻，达不到1%精度的。
残余电阻干扰就有200M或右，所以测量10M欧电阻，会右3%至5%范围内跳动
1pF按10M计算，本表残余噪声跳动约200M，所以D值会跳动10M/200M=0.05，测量的结果将在0至0.05之间跳动，对应Q值在20到999跳动。
2pF约在D值约在0与0.025之间跳动，对应Q值在50到999跳动。
10pF约右约在0与0.02，对应Q值在100到999跳动
100pF约右约在0与0.002之间跳动（实际还受AD及上臂限流影响噪声影响，还要加0.001），对应Q值是300与999之间跳
200pF以上，D值跳动，几乎都是0.001左右了，高Q电容，基本上显示为999或900至999之间跳要得到以上结果，就要求LCR表本身相位误差小。
要注意，虽然是跳动的（因为，我采用PWM做DDS，也没有屏蔽等措施，干扰比较大），但对精度影响不大。
不少成品表，D值标称精度是0.003，测Q出现5000Q，并不是说它的精度很高，有效Q值测量也只有1/0.003=300，大于300，只能认为它的Q值很大，并不是说测得Q=5000，那么他的Q值就是5000左右。不管他的读值跳不跳，得到5000这样的数字，也只能能说明该电容的Q值大于300，具体值是不清楚的。这与Q表是不同的，Q表测得是5000那就是5000左右，是明确的，Q表测Q精度高。

xjw01

就以三次谐波来说，如果它占了信号总量的10%（-20dB）
那么它将引入(10/3)%=3%量级的误差
要使D值精度达到0.003，那么，谐波失真要做到1%以下（-40dB），这么小的失真，在示波器中不易观察到的。
由于采用PWM做DDS，谐波干扰比较大，放大器中不加滤波，7.8kHz最后得到的D值精度只能在0.003左右，无法稳超0.003，加了滤波器，D值精度得高1倍以上。

xjw01

此外，告诉你一个密秘：
用V/I变换器的LCR表，测量1pF电容的容量，是轻而易举的。无需开尔文测试夹就可以测量。加上开尔文测试夹则更准。
测量方法很简单：先测开路残余电容，再测待电容，两者求差，即得容真值，精度直接达到0.1pF，测量其间，尽量保持两表笔相对位置不变。
用你的那个电路，测1pF，就费事了，测试夹电容太大，而且测试夹的电容要一并测进去。测试夹电容底数可以是几十pF，底数过大，影响小电容测量。而且，底数本来就不是很稳定的东西。对于D值测量，也是这样的，测试夹引线分布电容的损耗也通通测进去了，引线电容的损耗不一定是稳定的，这会造成对AD分辨力要求很高，而且1pF电容容量与Q值均不易测准。
加入V/I变换器，测试夹引线的对地电容C0，基本不影响测量的，不管C0是10pF，还是100pF，因为，C0接在虚地上，不会对桥臂上的电流产生明显的分流。

xjw01

2、D值其实就是一个精度值，那么D = 0.01，没问题吧。
fickle 发表于 2011-12-12 23:42

你的这个说法，我基本赞同的，但有一定的适用范围，对不大规律（如噪声、AD噪声、AD非线性）的误差分析效果不错。
在基于自由轴测量的LCR表中，上臂或下臂测量，每次测量可以得到两个正交电压(或电流)Ux和Uy，Ux与Uy具有“平等”的关系，噪声对它们的影响的绝对量差不多，最后计算得到的Zx的主参数与次参数的误差绝对值也是相当的，数学上分析，也是这样的。
所以，0.25%的电桥，它的D值精度的最好精度大约就是0.0025左右，要超过0.0025就不大容易了。当然如果主参数精度是因为下臂电阻不准确造成的，那么D值精度优于主参数精度，那是正常的。因为，下臂电阻不精确对Ux与Uy误差的影响是按相对误差计算的。
因此，如果你的LCR表，D值精度如果达不到0.0025，最好在改进一下。通常，在软件与校准上处理好了就会达到目标。

举个例子：
测1.8pF电容，如果显示值跳动3%范围，10kHz对应电抗在8.8M欧+-3%范围内跳变，绝对跳变量+-8.8*3%，那么，实轴上，也会跳动8.8*3%
因此，D值会跳动8.8*3%/8.8=3%=0.03

sxzxy

对你前句话，回敬你"小人"，不算失礼吧。

   呵呵，后半句，好像在夸我？ 那要说声谢谢。

  ...
fickle 发表于 2011-12-12 23:50

    几个论坛你对别人的提问有几个是建设性的回复？没看到你的电路图在那？你的表精度也是自说自话，你就是大方的人？ 你的表不能在路测试吧，优势又在哪？

xjw01

几个论坛你对别人的提问有几个是建设性的回复？没看到你的电路图在那？你的表精度也是自说自话， ...
sxzxy 发表于 2011-12-13 12:59

我在ourdev看到有人说它的LCR相位混乱（即D值严重失真），他不服，在下面连接的221楼，拿坛里4080说事，说4080测量一两pF电容也是相位混乱，测出了90.16相位
http://www.ourdev.cn/bbs/bbs_con ... kle&bbs_id=9999
实际上，4080测量这样的电容，结果已经非常接近90度了，说明精度良好。因为，这类电容是高Q的，正确值就应是接近90度的。
他自己测出了D=-0.05，相当于91.5度，误差1.5度，明显与4080相差10倍
反正，fickle先生就是不允许别人说他测量这个电容的结果是错误的。他非要说他的测值是正确的，LCR表精度良好。
高Q电容，一般采用高性能介质做的。pf级小电容，大部分都是高Q的。 测出十几Q，其实他自己对这个结果是一点信心都没有。

xjw01

今天测试了电缆内部介质的损耗角

取一端长度为106cm的同轴电缆（带电源线的视频线），头尾对接，形成一个81pF的电容。测得内芯电阻0.15欧，考虑到趋肤效应，高频电阻按0.27欧计算。屏蔽层电阻0.07欧，合计0.34欧。头尾对接后，相当于两个53cm长度的电容并联，电阻变为原来的1/4，即0.34/4=0.09欧
测量原理：取一个高Q线圈，测得指定频率下的Q值，记做Q1，在主可变上并联被测电容，同频率下重测Q值，记作Q2，那么，被测电容的Q值为Qx =（X / X0）* Q1*Q2  /（Q1 - Q2）

第一频点：f=600kHz
线圈：Q1=772，L=181.7uH
电容：Q2=726，C=81pF
X = 6.28*0.6*181.7 = 685欧
X0 = 1/(6.28*0.6*0.081) = 3276欧
Qx = （X / X0）* Q1*Q2  /（Q1 - Q2）
=（685/3276）*772*726/（772-726）
=2548
Rs = X0/Qx = 3276/2548 = 1.28欧
扣除导线电阻得到介损电阻：R0 = 1.28-0.09=1.19
介质损耗角正切值：D=R0/X0 = 1.19/3276= 0.00036
本次测量误差约10%（假定Q表可变电容的Q值无穷大）

第二频率：f=1000kHz
线圈：Q1=784，L=181.7uH
电容：Q2=656，C=81pF
X = 6.28*181.7 = 1143欧
X0 = 1/(6.28*0.081) = 1996欧
=（1143/1966）*784*657/（784-657）
=2358
Rs = X0/Qx = 1966/2358 = 0.834欧
扣除导线电阻得到介损电阻：R0 = 0.834-0.09=0.744
介质损耗角正切值：D = R0/X0 = 0.744/1966= 0.00038
本次测量误差约5%（假定Q表可变电容的Q值无穷大）

xjw01

测量结果表明，视频电缆线内部介质的损耗角非常小。内部介质一般是聚乙烯材料的。
在600kHz时，测得0.00036
在1MHz时，测得0.00038
在网络上，看到有人在其它频率下测量，50Hz（工频）下测量聚乙烯材料电缆的介质损耗角，也是0.0003左右。
实际上，D值反应了介电材料的品质。低损耗的材料，介电常数较小，D值很小，而且基本上不随频率变化。

坛上早有人告诉他，这类电容D值是相对稳定的，不随频率明显变化的，只可惜，fickle一句也听不进去，认为10kHz与1MHz，这些电容D值相差100左右。如果这样，他是找不到验证LCR表精度的材料的。

gps422129

楼主精神可嘉。开源，敬业！

收音机胆胆

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    你眼看人低

qinqm1909

楼主可以将知识产权转让，大规模生产。

xjw01

这类电阻
http://item.taobao.com/item.htm?id=7362624322
http://item.taobao.com/item.htm?id=4309319558
它的实测精度是多少？
给坛友团购，最麻烦的是电阻。人工筛选不大现实，工作量大，而且100个电阻中，只有几个达标。
电阻直接达到精度要求，无需调试，就可以达到0.5%以上的精度。
如果电阻问题得到解决，到时先考虑制作10套吧。

xjw01

需要
20R
1k
10k
100k
2k*4，10k*4
1k
2k
2k
16k

共16个

worldly_guest

这类电阻


它的实测精度是多少？
给坛友团购，最麻烦的是电阻。人工筛选不大现实，工作量大，而且100个 ...
xjw01 发表于 2011-12-15 10:46

    顶，作为业余爱好者，这类问题很头痛；比如我，就只有两个三位半的数字表，一个指针表，其它仪器皆无；买几个元件就很麻烦，而且自己不知道元件的真正精度好坏，楼主，套件订二套啊，有个朋友（也是业余爱好者）对这个也有兴趣；