《电气测量技术》测量电容和电感（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《电气测量技术》测量电容和电感-讲义 1. 认识万用表测量电容功能区。 2. 了解万用表测量电容的工作原理。 3. 掌握使用万用表测量电容的方法。 4. 认识数字式万用表测量电感功能区。 5. 了解万用表电容挡测量电感量的原理。 6. 掌握使用数字式万用表电感挡测量电感。 知识点一 认识万用表测量电容功能区、使用万用表测量电容的工作原理 1、 结构 指针式万用表没有专门的电容测量区，一般利用电阻挡测量电容，如图1(a)所示。大多数数字式万用表设置了电容测量挡，能直观准确地读取电容的容量。常见的有以下两种数字式万用表，一种是通过专用的电容测量插槽进行测量，另一种是直接用表笔接在电容引脚上进行测量，如图1(b)所示。 图1 万用表测量电容功能区 2、 读数 指针式万用表没有专门的电容挡位，因此只能通过与一个已知容量的电容对比指针偏转程度来估测容量，误差较大。 为满足常见电容的测量需求，数字式万用表具有3~6个不同量程的电容挡位。图1(b)所示万用表就具有2n、20n、200n、2μ、20μ和200μ 6挡。2n挡适合测量小于2nF 的电容；20n挡适合测量 2~20 nF之间的电容；200n挡适合测量 20~200nF 之间的电容；2μ挡适合测量 200nF~2μF之间的电容；20μ挡适合测量2~20μF之间的电容；200μF适合测量20~200μF之间的电容。 用数字式万用表检测电容，就是测量电容的容量，将测量值与电容的标称值进行比较。选择挡位，连接待测电容后，屏幕上显示的数值即为待测电容的容量，其单位应与所选挡位一致。例如，如图2(a)所示，所选挡位为20μ挡，显示数值为9.35，该电容的容量测量值为9.35μF；如图2(b)所示，所选挡位为 200n挡，显示数值为 31.9，该电容的测量值为 31.9nF。 图2 数字式万用表测量电容读数方法 3、 探究数字式万用表测量电容的工作原理 图3为数字式万用表测量电容电路原理图。 图3 数字式万用表测量电容电路原理图 以 DT890 型万用表为例，电容测量设置了2n、20n、200n、2μ、200p5挡，测量电路主要由CMOS双时基集成块IC7556和外围阻容元件组成。集成块IC7556中包含两个完全相同的定时器A1和A2，其中，A1与R1、C1构成多谐振荡器；A2与R7、Cx构成单稳态触发器。 A1与R1、C1组成的多谐振荡器通过C1的充放电为电容与脉冲宽度的转换电路提供触发脉冲。假设选择20n挡位，被测电容Cx经由电源正极、R4充电，其充电脉冲由A2输出。在输出脉冲幅度一定的情况下，该脉冲的占空比与被测电容容量Cx成正比，而占空比又与输出脉冲幅度的平均值有关(q=0时，UO=0；q=100%时，UO=Um)。因此，只要适当调整电路，代表被测电容Cx大小的脉宽信号就能转换成直流电压，输入 DVM，通过 A/D 转换，在屏幕上显示出被测电容的实际容量。 指针式万用表测量电容一般利用什么挡位（ ） A. 电压挡 B. 电流挡 C. 电阻挡 D. 二极管挡 【答案】C 【解析】指针式万用表没有专门的电容测量区，一般利用电阻挡测量电容。 1. 大多数数字式万用表测量电容是通过什么方式（ ） A. 专用电容测量插槽 B. 用表笔接在电容引脚上 C. A和B都有 D. 以上都不对 【答案】C 【解析】常见的数字式万用表，一种是通过专用的电容测量插槽进行测量，另一种是直接用表笔接在电容引脚上进行测量。 2. 数字式万用表2n挡适合测量电容的范围是（ ） A. 小于2nF B. 2 - 20nF C. 20 - 200nF D. 200nF - 2μF 【答案】A 【解析】2n挡适合测量小于2nF的电容。 3. 数字式万用表20μ挡适合测量电容的范围是（ ） A. 小于2nF B. 2 - 20nF C. 20 - 200nF D. 2 - 20μF 【答案】D 【解析】20μ挡适合测量2 - 20μF之间的电容。 1. 用数字式万用表检测电容，主要是测量电容的什么（ ） A. 电压 B. 电流 C. 容量 D. 电阻 【答案】C 【解析】用数字式万用表检测电容，就是测量电容的容量。 2. 以DT890型万用表为例，电容测量电路主要由什么组成（ ） A. 二极管和电阻 B. CMOS双时基集成块IC7556和外围阻容元件 C. 三极管和电容 D. 运算放大器和电感 【答案】B 【解析】以DT890型万用表为例，电容测量电路主要由CMOS双时基集成块IC7556和外围阻容元件组成。 3. 在DT890型万用表电容测量电路中，A1与R1、C1构成什么（ ） A. 单稳态触发器 B. 多谐振荡器 C. 施密特触发器 D. 整流电路 【答案】B 【解析】A1与R1、C1构成多谐振荡器。 · 指针式与数字式万用表测量电容的区别：指针式无专门电容测量区，用电阻挡靠对比指针偏转估测容量，误差大；数字式有电容测量挡，能直观准确读取容量。 · 数字式万用表测量电容挡位选择：有3 - 6个不同量程电容挡位，不同挡位适合测量不同范围的电容，选择时应使挡位略大于预估电容容量。 · DT890型万用表测量电容电路组成及原理：由CMOS双时基集成块IC7556和外围阻容元件组成，A1与R1、C1构成多谐振荡器提供触发脉冲，A2与R7、Cx构成单稳态触发器，将电容容量信息转化为脉冲占空比信息，进而转换成直流电压显示容量。 知识点二 使用万用表测量电容、检测电容质量的好坏及万用表测量电容时的故障排除 1、 使用万用表测量电容 1. 使用数字式万用表可以测量电容，见表1。 表1 使用数字式万用表测量电容的方法 2. 注意事项： ① 将测量出的电容容量和电容标称容量对照，二者偏差应在允许误差范围内。如果偏差太大说明该电容失容较大，需要更换。 ② 无极性电容不需要考虑极性；对于有极性的电容，应用数字式万用表红表笔接正极，黑表笔接负极。否则将大大增加测量误差。 ③ 片状电容的电极没有引出线，故测量时应先用较细的导线将电极引出。 ④ 与电阻测量一样，测量电容时手不能同时接触电容两端，以免影响测量结果。 ⑤ 为保证测量结果的准确度，数字式万用表的电池电压不要高于电容直流额定工作电压。 如果电容无法拆下，也可以利用数字式万用表的电容挡对电容进行在路测量如图1所示。首先根据电容的标称容量选择合适的挡位，读取显示屏的数值.若数值较小，则说明电容容量不足；若数值较大，则说明该电容与其他电容并联或电容漏电，需要拆下进行非在路测量。 图1 电容器的在路测量 3. 知识拓展 通常数字式万用表测量电容的范围在20pF~20μF之间，超出此范围，测量结果误差较大，不具有参考价值。对于小于20pF的小容量电容，可以采用并联方式间接计算待测电容的容量。设待测电容的容量为Cx，找一只220pF左右的电容，用数字式万用表测出其容量为C1然后将待测电容与之并联测出其总容量C2则两者之差(C1-C2)即为待测电容Cx的容量。用此法测量1~20pF 的小容量电容很精确。 而对于大于 20 uF的大电容，可以采用串联的方式间接计算待测电容的容量。设待测电容容量为Cx找一只 10μF左右的电容，用数字式万用表测出其容量为C1，然后将待测电容与之串联测出其总容量C2，根据C2=公式计算得出Cx。用此方法最大可测量几千微法的电容。 2、 检测电容质量的好坏 除了使用电容挡直接测量电容的容量外，还可以使用万用表的电阻挡、电压挡、蜂鸣挡检测电容质量的好坏。表2为使用万用表检测电容质量的方法。 表2 使用万用表检测电容质量的方法 3、 数字式万用表测量电容时的故障排除 测量 AD转换器集成块ICL7106三个关键电压是否正确，测量方法和数据见表2。 表3 集成块 ICL7106 三个关键电压 工作电源与电池寿命有关，可略偏低；基本电源和基准电压必须符合要求。确保 AD 转换器无故障后，检査电容测量电路，最好的检修方法是用示波器检查关键点的波形，如果波形正常，说明测量电路工作正常。若无示波器，将质量没问题的数字式万用表置于直流电压挡，将被测表量程转换开关置于DC挡，实际测量 IC7556各脚对模拟地 32脚的电压，正常值见表2。 表4 IC7556 各脚对地电压正常值 最常见的电容测量电路故障是被测电容事先没有放电就插入到电容测量孔中，导致IC7556击穿。一旦双时基集成块击穿就会使ICL7106的A/D转换器中的2.8V 稳压电源短路，迫使 AD 转换器 IC7106 中基准电压电源等于0V，致使数字式万嚳腿表无论在何挡位上均显示“溢出”符号。 在使用数字式万用表测量有极性电容时，正确的连接方式是（ ） A. 红表笔接负极，黑表笔接正极 B. 红表笔接正极，黑表笔接负极 C. 任意连接均可 D. 必须使用专用夹具连接 【答案】B 【解析】对于有极性的电容，应用数字式万用表红表笔接正极，黑表笔接负极，否则将大大增加测量误差。 1. 测量电容时，手不能同时接触电容两端的主要原因是（ ） A. 防止电容短路 B. 避免影响测量结果 C. 防止电容损坏 D. 避免触电 【答案】B 【解析】测量电容时手不能同时接触电容两端，以免人体电阻并联在电容上，影响测量结果。 2. 数字式万用表测量电容的范围通常在（ ） A. 1pF~1μF B. 20pF~20μF C. 100pF~100μF D. 1nF~1mF 【答案】B 【解析】通常数字式万用表测量电容的范围在20pF~20μF之间，超出此范围，测量结果误差较大。 3. 对于小于20pF的小容量电容，可采用哪种方法间接测量？（ ） A. 串联测量法 B. 并联测量法 C. 替换法 D. 比较法 【答案】B 【解析】对于小于20pF的小容量电容，可以采用并联方式间接计算待测电容的容量。 1. 测量大电容（大于20μF）时，应采用什么方法（ ） A. 直接测量法 B. 并联测量法 C. 串联测量法 D. 替代测量法 【答案】C 【解析】对于大于20μF的大电容，可以采用串联的方式间接计算待测电容的容量。 2. 使用万用表电阻挡检测电容质量时，若电容良好，指针应如何变化？（ ） A. 指针迅速摆动至零后固定不动 B. 指针缓慢摆动至零后固定不动 C. 指针迅速摆动至某位置后缓慢返回 D. 指针无变化 【答案】C 【解析】使用万用表电阻挡检测电容质量时，电容良好则指针迅速摆动至某位置后缓慢返回，这是电容充放电的表现。 3. 当数字式万用表在测量电容时显示“溢出”符号，最可能的原因是（ ） A. 电容容量过大 B. AD转换器故障 C. 被测电容未放电导致IC击穿 D. 万用表电池电量不足 【答案】C 【解析】最常见的电容测量电路故障是被测电容事先没有放电就插入到电容测量孔中，导致IC7556击穿，致使数字式万用表无论在何挡位上均显示“溢出”符号。 · 数字式万用表测量电容的范围与限制：通常测量范围在20pF~20μF之间，超出此范围测量结果误差较大。对于小容量电容（<20pF）和大电容（>20μF），需采用并联或串联法间接测量。 · 测量电容时的极性与电极处理：有极性电容需按正负极连接万用表，片状电容需用细导线引出电极，测量时手不能同时接触电容两端。 · 电容质量检测与故障排除：可使用电阻挡、电压挡、蜂鸣挡检测电容质量；常见故障包括AD转换器故障和电容测量电路故障，排除方法包括测量关键电压、检查波形和实际测量IC各脚电压，确保电容事先放电避免击穿IC。 知识点三 万用表测量电感 1、 结构 普通数字式万用表都未设置电感测量挡，但能够使用电阻挡、电容挡测量等效电阻值和电容量，然后换算出待测电感量。有些品牌的数字式万用表设置了专门的电感测量功能区，如图1所示。 图1 常见数字式万用表测量电感功能区 2、 读数 带有测量电感功能区的数字式万用表具有2~5个不同挡位。图1(a)所示数字式万用表就具有mH和H2个挡位。 用数字式万用表检测电感，就是测量其电感量，将测量值与其标称值进行比较。选择挡位，连接待测电感后，屏幕上显示的数值即为待测电感的电感量，其单位应与所选挡位一致。例如，如图2所示，所选挡位为mH，显示数值为4.04，则该电感的电感量为 4.04 mH。 图2 数字式万用表测量电感的读数方法 3、 探究万用表电容挡测量电感量的原理 在工程测量和电路设计中，常常需要自己动手绕制电感线圈，测量各种电感线圈的电感量可以使用Q表或LCR测试仪来测量，这些仪表不太常用；然而，普通数字式万用表又不具备专门的测量电感功能，如何不做任何改动利用现有仪表测量电感? 分析万用表测量电容电路可以发现数字式万用表测量电容实际上就是测量待测电容在400Hz时的容抗值，然后根据公式Xc=计算出待测电容的容量Cx显示在屏幕上。因此，利用电容挡位测量待测电感，可得其在 400Hz的感抗值，屏幕上显示出与待测电感感抗大小相等的容抗所对应的电容的容量。因为XL=XC即2=可以通过计算得到待测电感量为 ≈ 式中，--待测电感量，单位为H； C等--屏幕显示的等效电容的容量，单位为μF。 正常情况下，线圈电阻对测量结果的影响很小，可以忽略不计。若要考虑实际电感的电阻，可用电阻挡测出电感的直流电阻值R，然后代入下式，计算出更准确的电感量L L= 式中，L--待测电感量，单位为H； Lx--式≈中得出的待测电感量，单位为H； R- -待测电感的直流电阻，单位为Ω。 要点提示： ① 用电容挡测量电感一般将万用表量程转换开关旋至2 μF 挡位 ② 一般情况下，最大量程为20 μF的数字式万用表测量信号的频率f=400 Hz，电感的测量范围为8mH~20H。 ③ 具有大电容测量功能的数字式万用表可以通过f0=，计算出该表的频率。 四、 使用数字式万用表电感挡测量电感 表1为使用数字式万用表测量电感的方法。 表1 使用数字式万用表测量电感的方法 注意事项： ① 与电阻测量一样，测量电感时手不能同时接触元件两端，以免影响测量结果。 ② 如果测量出待测电感的直流阻抗偏大，即使蜂鸣器一直响，也不能确定该电感元件的好坏。待测电感有可能已经断路，读数是其他并联电路的阻值。 ③ 电路中若存在大容量电解电容，万用表接触电感两端的瞬间会有电流向电容充电。此时即使待测电感损坏蜂鸣器也会发声，然后停止。因此，为保证判别准确，万用表表笔接触电感两端时间不能太短。 普通数字式万用表通常不直接设置哪个测量挡位（ ） A. 电阻 B. 电压 C. 电感 D. 电容 【答案】C 【解析】普通数字式万用表通常不直接设置电感测量挡，但可通过电阻挡、电容挡测量等效值来换算电感量。 1. 使用数字式万用表测量电感时，若所选挡位为mH，显示数值为4.04，则该电感的电感量为多少（ ） A. 4.04H B. 4.04mH C. 4.04μH D. 40.4mH 【答案】B 【解析】选择挡位后，屏幕上显示的数值即为待测电感的电感量，单位应与所选挡位一致。 2. 数字式万用表用电容挡测量电感量的原理是基于什么（ ） A. 直接测量电感 B. 测量电感在400Hz时的感抗值 C. 测量电感的直流电阻 D. 测量电感的热效应 【答案】B 【解析】分析万用表测量电容电路，发现其实际是测量待测电容在400Hz时的容抗值，利用此原理可测电感在400Hz的感抗值。 3. 使用电容挡测量电感时，一般应将万用表量程转换开关旋至哪个挡位（ ） A. 200μF B. 2μF C. 20μF D. 2000μF 【答案】B 【解析】用电容挡测量电感一般将万用表量程转换开关旋至2μF挡位。 1. 正常情况下，测量电感时线圈电阻对测量结果的影响如何（ ） A. 很大，必须考虑 B. 很小，可以忽略不计 C. 取决于电感类型 D. 无法确定 【答案】B 【解析】正常情况下，线圈电阻对测量结果的影响很小，可以忽略不计。 2. 如果测量出待测电感的直流阻抗偏大，且蜂鸣器一直响，这表示什么（ ） A. 电感元件完好 B. 电感元件已断路 C. 不能确定电感元件的好坏 D. 电感元件短路 【答案】C 【解析】测量出待测电感的直流阻抗偏大，即使蜂鸣器一直响，也不能确定该电感元件的好坏。 3. 使用数字式万用表测量电感时，以下哪个注意事项是错误的（ ） A. 测量时手不能同时接触元件两端 B. 若电路中存在大容量电解电容，表笔接触电感两端时间不能太短 C. 测量前无需对万用表进行校准 D. 测量出直流阻抗偏大时，不能直接判断电感好坏 【答案】C 【解析】使用任何测量工具前都应确保其准确性和校准状态，测量电感也不例外。 · 普通数字式万用表测量电感的方法：普通数字式万用表未设电感测量挡时，可用电阻挡、电容挡测等效电阻值和电容量，再换算出待测电感量；有些品牌设有专门电感测量功能区。 · 数字式万用表用电容挡测量电感量的原理及计算：数字式万用表测电容是测400Hz时容抗值换算容量，利用电容挡测电感是测400Hz时感抗值，屏幕显示对应电容容量，再通过公式计算电感量；考虑实际电阻时，可用电阻挡测直流电阻值辅助计算更准确电感量。 · 使用数字式万用表测量电感的注意事项：测量电感时手不能同时接触元件两端；测量出直流阻抗偏大且蜂鸣器响不能确定电感好坏；电路中有大容量电解电容时，表笔接触电感两端时间不能太短。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $