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[工仪] 胜利VC4080 LCR数字电桥开箱拆解功能介绍并详细说明各参数相互关系计算方法

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发表于 2022-1-4 16:47:54 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 qrut 于 2022-1-8 01:57 编辑

商家宣传图和参数啥的
1.jpg


2.png


3.png


3a.png


3b.png





等了几天到手,盒子不看了,直接里面东西
type c线 数据和充电,光盘是联机驱动,还有个1a充电头,和短路片表笔。
这个型号没附带4线测试夹,说明书就不展示了(展示了也等于没看一样,重要指南注意事项几乎都没提及)。
4.jpg



接口介绍,4线测试夹很贵 1百多到2百多,打算自制。
5.jpg

反面
6.jpg


支架立起来后
6a.jpg


附送了一个短路片
8.jpg



9.jpg


插这里校准后可以直接把带脚的元件插这里测试(下图只是演示,实际校准时需要将表笔拔掉防止分布参数影响)
10.jpg


长按进入校准模式,新版自动检测状态,下图夹子短路后,20几秒完成校准。
11.jpg


然后再次将夹子开路进行开路校准,校准会将各档位频率分别校准,下次如果没换夹子或者切换 测试电平 切换测量速度 则无需再校准。
12.jpg

此帖进行参数说明不涉及精度对比
25v 3300uf标称的松下低频电解,将电平调到0.3v 为了和下面的电解模式统一测试电平。
测得容量3000uf左右(100hz),读数偏低。这是由于普通模式下输出波形没有直流偏置,导致负半周时电解反极性供电造成误差。
13.jpg


进入电解模式,其他参数没变,只提供0.5v偏压,这样0.3v(rms)正弦波会叠加一个0.5v的直流偏置,负半周-0.3x1.414约-0.42v峰值的正弦幅值被0.5v正偏压基本抵消,所以波形一直在0v基线以上变化,电解一直处于正向供电,因此就排除了反向供电带来的影响。
可以看到测得容值3280uf ,比较接近标称。
14.jpg


利用电解偏压模式可以测试二极管结电容,下面一颗4007在1khz时的大概结电容。
反向将二极管接入,利用偏压使二极管反偏无法导通。
15.jpg


如果正接就是这个效果,测得数值什么也不是。
16.jpg


一颗50v 10uf标称低频电解 ,100hz 时基本等于标称容值,esr8.8欧 。
IMG_20220104_134035.jpg


随着频率提高,esr和容值都在下降,容量下降说明高频性能不好。1khz就已经下降较多了
IMG_20220104_134056.jpg

10khz
IMG_20220104_134136.jpg


40khz
IMG_20220104_134144.jpg


100khz还剩1半,所以这颗电容只适合低频场合应用。
IMG_20220104_134151.jpg


一颗400v 1uf  cbb ,100hz时接近1uf,esr438毫欧。
IMG_20220104_134314.jpg


随着频率提高
IMG_20220104_134330.jpg


容值变化很小
IMG_20220104_134336.jpg


esr一直下降
IMG_20220104_134341.jpg


到了100khz 只有14.5毫欧,esr理想电容大概是一条随着频率提高而下降的曲线,实际上由于分布参数影响,esr不会一直下降,而是下降到自谐振点以后开始上升,呈现v字形曲线,这是由于电容电极和极板之间的接触面不可能完全无缝完全平整,任何接触面之间都会有缝隙和凸凹不平,这些凸凹不平的缝隙坑洞就相当于分布电容的介质,和电极就形成无数个小电容,电容容抗随着频率提高会减小,因此一定频率范围下esr会随着频率提升而下降,等到了频率高过自谐振点时内部电极等等高频趋肤作用导致电流聚集表面流动感抗增大,于是整体esr开始上升。
IMG_20220104_134425.jpg


如下图,一般电容esr变化曲线(大多数如此,也有些另类)
绿线低谷就是电容自谐振点,此时esr最低。
捕获.JPG



看一下100hz下的q值(品质因数,品质因数是容抗和esr比值,对于电容来说),100hz高达3500。
品质因数越高应用于滤波器时曲线越陡峭选择性越好,适合窄带带通滤波器。
IMG_20220104_134546.jpg


1khz会下降
IMG_20220104_134626.jpg


10khz
IMG_20220104_134644.jpg


100khz只有105,为什么?因为品质因数等于 容抗和esr比值,频率升高时不光esr再降,容抗xc也再降xc=1/2πfc ,而且降幅远大于esr下降幅度(对于小电容来说)。
IMG_20220104_134704.jpg


100hz时容抗1.6k(这里负号表示容性,正数表示感性)
IMG_20220104_134737.jpg


100khz时下降到1.6欧姆,整整1000倍,而esr却没低多少(对于cbb来说),所以q值随频率升高而降低。
IMG_20220104_134720.jpg


再来看看阻抗相关参数的意义和计算方法
还是那颗10uf电容,调到z阻抗档,将频率调到1khz为了和电池内阻测试仪频率统一 ,内阻其实就是这颗电容在1khz的esr 2欧姆左右。上面zs主参数就是复阻抗(复阻抗是rs实部阻抗和xc虚部阻抗的向量和)也就是z参数对于这个电容来说就是容抗+esr的向量和(频率较低忽略esl影响)Z=R-j1/ωC (R实部阻抗 j表示虚数)
1.jpg


内阻测试仪测试结果却是18.3欧,这个显然不正确,为什么会不一样?
因为内阻仪虽然也是基于V/I 测量法,频率也相同,但是普通一两百的测试仪都不带相位侦测,所以测试结果其实是被测元件的复阻抗z 。包含了esr 和容抗 esl感抗的影响是三个的向量和,计算公式和表达式是这个,这例同样可以剔除xl感抗esl的影响最终公式是这个Z=R-j1/ωC。那为什么还用它测内阻呢?因为内阻仪测内阻基本不用考虑容抗的影响,因为电池等效于一颗容值极大的电容,1khz下容抗非常的小,远小于esr,因此即便没有相位侦测也可以忽略,所以内阻仪测电池时读数基本就代表esr,测极大电容时也是,测这种小电容时就不是了,因为容抗很大不能忽略,测出的就是复阻抗z   可以看下和上面电桥测出的读数基本一致。


捕获.JPG

2.jpg


z值计算,用r档测下rs阻值(r档串联模式读数就是esr ,已经经过相位侦测剔除电抗影响) rs(esr)=2.07  x=-18.2 , z^2=esr^2+(|-x|)^2,  z约等于18.3欧  括号里面虚部阻抗需要绝对值取正,和上面两个复阻抗测试结果近似。  
3.jpg


4.jpg

以上是xc  esr 和z 的关系及其计算方法。
下面q值计算,q=xc/esr=18.2/2.077  大约8.77  
5.jpg


d值损耗因子和q互为倒数  D=1/q  约0.11  
6.jpg


下面相位(有人直接读数管这个叫损耗角其实不准确),直接读是相位,损耗角需要90-去读数才是。
下图是z复阻抗esr实部和虚部示意图,实部esr 虚部是容抗 ,紫色夹角就是损耗角δ  损耗角正切值等于esr/zc  (绝对值) zc这里就是xc容抗 ,那算一下2.07/18.2 约0.114, 下图相位角-83.49(理想电容无限接近-90度) 绝对值后83.49 ,90-83.49=6.51  ,正切tan(6.51)=0.114 ,反过来算 反正切arctan (0.114) 约6.51  90-6.51=83.49度
细心的坛友应该看出来了,0.11不就是d值吗?对 所以更简单的可以直接把d值做反正切运算后就是损耗角,用90减一下就是相位角。

从下图把红线虚部右移到虚线可以和紫线和蓝线组成一个闭合三角形,如果esr看做a边 红线看做b边 紫线看做斜边c,  根据勾股定理a^2+b^2=c^2  也印证复阻抗z等于 esr和xc的平方和根,也就是向量和。



IMG_20220102_122740.jpg

7.jpg

关于并联和串联模式
Screenshot_2022-01-04-06-37-51-670_com.z28j.feel.png


串并联关系式
Screenshot_2022-01-04-08-11-02-296_com.z28j.feel.png

有人担心用电桥测量电阻受频率的影响会影响电阻测量准确度,实际上由于电桥都具备相位检测,电阻测试时(串联模式等于esr)已经剔除感抗的影响。
下面一颗5欧姆水泥电阻,内部线绕因此高频感抗较大,拿来做验证最直观。
100hz时 rs 5欧左右, esr也是一样。   (rs代表串联模式 rp代表并联模式)

IMG_20220105_085200.jpg


1khz 仍然和esr一样 ,读数小幅变化是两线测量的误差和档位精度误差。
IMG_20220105_085212.jpg


10k仍然一样,并且阻值没有随频率上升而上升。
IMG_20220105_085231.jpg


40k仍然一样,说明r档 rs串联模式测的数值就是esr ,并且已经剔除感抗影响,所以不必担心高频对测试精度的影响,也没有太大必要追求直流电阻模式。
IMG_20220105_085256.jpg


切换一下副参数看下感抗 40k已经0.36欧了,显然并没有被计入总阻值里。
IMG_20220105_085454.jpg


想看这颗电阻在40khz频率下的感抗和阻值总和(当然还有一小部分容抗被抵消在里面) 就要切换到z档看复阻抗   5.021欧 。和esr也就是阻值有显著不同,计算方法同样是r和xl的向量和。
你想看这颗电阻的纯阻值就切换到rs档去测和万用表的结果差不多,你想看这颗电阻高频下的集总参数就要切换到z档去看。
IMG_20220105_085514.jpg

下面拆解
IMG_20220104_091737.jpg


3000mah电池
IMG_20220104_091759.jpg


内部概览
IMG_20220104_091842.jpg


我这个芯片没有打磨
IMG_20220104_091902.jpg


上半部 元件功能看标注
IMG_20220104_092034.jpg


用了一颗apm32单片机做主控  频率发生器靠软件内部合成
IMG_20220104_092153.jpg


资料
IMG_20220104_092153a.png


IMG_20220104_092153b.png

充电及低电检测和cpu供电
IMG_20220104_092340.jpg

资料
IMG_20220104_092340a.png


IMG_20220104_092340b.png


IMG_20220104_092340c.png
中部,左边电流通路 中间电压通路 右面滤波网络和频率合成输出及相位侦测。
IMG_20220104_093634.jpg


左侧 两颗运放组成多频带带通滤波器,滤除干扰,通频带由中间的8位串入并出移位寄存器负责切换(图片型号笔误应为74hc),右侧ad8052是dds输出信号缓冲放大,测试信号源由单片机合成后加到这里缓冲输出,提高负载能力。
IMG_20220104_093746.jpg


资料
IMG_20220104_093746a.png


IMG_20220104_093746b.png


IMG_20220104_093746c.png


IMG_20220104_093746d.png


这个是板子中部的差分电压取样电路,最右侧差分采样被测电压信号,经放大后进入ad8052做缓冲,中间是双路模拟开关负责切换量程。
IMG_20220104_093834.jpg

资料
IMG_20220104_093834a.png


IMG_20220104_093834b.png


底部是电流通路, 最右侧是差分电流采样放大,中间是量程切换,左侧缓冲放大。
IMG_20220104_093942.jpg


电流通路取样电阻切换电路,用了4颗双路电子开关切换5脚运放分压实现电流取样切换。
右下角是相位侦测
IMG_20220104_094336.jpg


小板上面二极管和tvs是过压保护
IMG_20220104_094626.jpg


小板
IMG_20220104_095023.jpg


反面
IMG_20220104_095028.jpg


侧面
IMG_20220104_095034.jpg


前壳底部
IMG_20220104_095643.jpg


反面按键阵列
IMG_20220104_095904.jpg


按键
IMG_20220104_095928.jpg


液晶
IMG_20220104_100053.jpg



这个帖子太累了先这些,回头做几根4线测试夹,有时间再补充。
https://www.mydigit.cn/thread-293223-1-1.html







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