ZJD-C 型 Q 表的工作原理框圖如圖二所示。它以 ATM128 單片計算機作為控制核心,實現對各種功能的控制。 DDS 數字直接合成信號源為 Q 值測量提供了一個優質的高頻信號。信號源輸出一路送到程控衰減器和自動穩幅放大控制單元,該單元根據 CPU 的指令對信號衰減后送往信號激勵放大器,同時對信號檢波后送出一直流控制信號到壓控信號源實現自動穩幅。信號激勵部分輸出送到一個寬帶分壓器,由分壓器饋給測試調諧回路一個恒定幅度的信號。當測試回路處于諧振狀態時,在調諧電容 CT 兩端的信號幅度將是分壓器提供的信號幅度 Q 倍。在 CT 兩端取得的調諧信號被信號放大單元適當放大后送到檢波和數字取樣單元,檢波后送到控制中心 CPU 去進行數據處理, 調諧電容傳感器,不斷地將電容變化的信息送往中心控制 CPU 。經處理后計算出電容值,再根據頻率值計算出諧振時的頻率值。 為了頻率調諧方便, CPU 將信號源頻率范圍虛擬分為 4 個頻段。工作頻率值、頻段、主調電容器、諧振電感值、 Q 值、 Q 值比較設置狀態、 Q 值量程、手 / 自動狀態、 Q 值的量程、 Q 值調諧指示帶、,都由 CPU 送到液晶顯示屏,同時顯示出來,液晶顯示屏如圖三所示。
圖 三
整個顯示屏共分為四行
第一行:左邊 信號源頻率指示,共 6 位
右邊 信號源虛擬頻段指示
第二行:左邊 調諧電容指示值, 4 位
右邊 電感指示值, 4 位
第三行:左邊 Q 值指示值
右邊 Q 值合格比較狀態 ( COMP OK 或 COMP NO )
第四行 : 左邊 Q 值量程 , 手動 / 自動 ( man/auto ) 切換指示 / 調諧點自動搜索指示
右邊上部 Q 值量程范圍指示
右邊下部 Q 值調諧光帶指示
結構特性ZJD-C 型 Q 表采用了較低的臺式機箱,面板采用 PC 絲印面板,美觀大方。
各主要功能單元,除了顯示部分為了顯示方便和調諧測試回路、放大單元為了減小分布參數,安裝在面板上外,其余都安裝在機內底板上。見圖四面板示意圖。面板左半部是頻率和 Q 值顯示,操作按鍵和頻率調諧旋紐所在部位。面板右半部是調諧回路的調諧電容器所在部位。
儀器的頻段控制,標頻設定,諧振點搜索, Q 值合格點設置都以輕觸按鍵實現控制,頻率調諧由數碼開關完成,面板上無一可調電位器,極大地簡化了操作,又提高了可靠性。
A .前面板各功能鍵說明: 圖 四 Q 表前面板和外形示意圖1、液晶顯示屏。
2、工作頻段選擇按鍵,每按一次,切換至低一個頻段工作。
3、工作頻段選擇按鍵,每按一次,切換至高一個頻段工作。
4、工作頻段內,標準測試頻率設置按鍵,各段內標準測試頻率見面板功能部分。
5、器件諧振點搜索按鍵,顯示屏第四行左部出現 SWEEP 時表示儀器正工作在自動搜索。如需退出搜索,再按此鍵。
6 、頻率調諧數碼開關。
7 、 Q 值合格比較值設定按鍵。
8、對應各工作頻段的頻率范圍和標準測試頻率表。
9 、調諧回路的電容調諧旋鈕。
10 、電源開關
11、測試回路接線柱, ZJD-C 左邊兩個為電感接入端,右邊兩個為外接電容接入端。
12 、Q 值量程自動 / 手動控制方式選擇按鍵。
13 、Q 值量程手動方式時,低一檔量程選擇按鍵。
14、 Q 值量程手動方式時,高一檔量程選擇按鍵。
B .后面板各功能鍵說明: 圖 五 Q 表后面板示意圖1 .~ 220V 電源輸入三芯插座,內含保險絲 0.5A / 220V 。
2 .信號源工作頻率監測輸出端(阻抗 1k Ω )。
使用方法高頻 Q 表是多用途的阻抗測量儀器,為了提高測量精度,除了使 Q 表測試回路本身殘余參量盡可能地小,使耦合回路的頻響盡可能地好之外,還要掌握正確的測試方法和殘余參數修正方法。
1 .測試注意事項a .本儀器應水平安放。
b .如果你需要較精確地測量,請接通電源后,預熱 30 分鐘,將調諧電容從小到大緩慢地調一次, CPU 將自動對顯示的電容進行溫度補償,然后再進行測試。
c .調節主調電容的電容量時,特別注意當刻度調到最大或最小值時,不要用力繼續再調.
d .被測件和測試電路接線柱間的接線應盡量短,足夠粗,并應接觸良好、可靠,以減少因接線的電阻和分布參數所帶來的測量誤差。
e .被測件不要直接擱在面板頂部,離頂部一公分以上,必要時可用低耗損的絕緣材料如聚苯乙烯等做成的襯墊物襯墊。
f .手不得靠近試件,以免人體感應影響造成測量誤差,有屏蔽的試件,屏蔽罩應連接在低電位端的接線柱。
2 .高頻線圈的 Q 值測量 ( 基本測量法 )A .直接法a .將按測線圈接在 “ Lx " 接線柱上;
b .選擇適當的工作頻段和工作頻率;
c .先調調諧電容器到諧振點,即 Q 表讀數達最大,此讀數即為被測電感的有效 Q 值 (Qe) ,若需得到被測電感的真實 Q 值 (Qt) ,則應先測出線圈分布電容 C 0 ,然后照下式修正:
C 1 是調諧電容器諧振時讀數,如諧振時 C 1 的讀數很大, C 0 只占很小比例,則有效 Q 值 (Q e ) 和真實 Q 值 (Q T ) 差別可以忽略。
當 Q 值量程選擇自動切換時,在調諧時,如遇量程自動轉換,應停頓一下,待 Q 值穩定后,根據讀數值變大或變小,確定繼續調電容的方向。
B .變容法a .照直讀法 “ a-c " 進行,記下諧振時電容讀數 C 1 和 Q 1 ;
b .轉動主調電容,使 Q 值二次指示均為 Q 1 的 0.707 時,記下此時兩次電容讀數的差數Δ C 。
要想得到精確結果,則線圈的分布電容應加在 C 1 之內,并應使主調電容作多次偏調,然后取其平均讀數。
測 Q 值較高的線圈時, Q 值下降到 0.707 Q 1 時,電容偏調很小,讀數誤差較大,這時可將主電容作較大偏調 (10 %以內 ) ,記下偏調數Δ C 和偏調后的 Q 值讀數 Q 2 ,這時 Q 值表達式為:
C. 變頻法a .按直讀法 “ a-c " 進行,記下諧振時讀數 C 1 和 Q 1 以及頻率讀數 f 0 。
b .改變信號源的頻率使 Q 值二次指示為 Q 1 的 0.707( 一次容性失諧,一次感性失諧 ) ,記下此時二次頻率讀數差值Δ f 。這時回路的真實 Q T 為:
考慮到線圈的分布電容時,線圈的有效 Q 值為:
變頻法測量 Q 值一般表達式 ( 未考慮分布電容 ) :
注:Δ f 是頻率偏調數, Q 1 為諧振時 Q 表讀數, Q 2 是偏調后 Q 表讀數。
3 .高頻線圈電感值的測量a .將被測線圈接在 “ Lx " 接線柱上,接觸要良好;
b .根據線圈大約電感值,按所需選一個合適的頻率以保證能諧振;
c .如要得到真實電感數 (L T ) ,必須先測得電感分布電容量 C 0 ,如分布電容較小的話,在調到諧振點后,記下主調電容 C 1 ,然后再將主調電容量調在 “ C 1 +C 0 " 值上,這時顯示屏L就是所求真實電感讀數,也可按以下公式計算求得:
f 被測電感小于 1 μ H 時,按上法測得電感值還應減去儀器中測試回路本身剩余電感“ L 0 " (QBG-3D L 0 =26nH) 。
4 .高頻線圈分布電容 C 0 的測量A .倍頻率法如線圈的分布電容較大,可用此法作近似測試。
將被測線圈按在 “ Lx " 接線柱上,調調諧電容器到最大電容數值,調信號源頻率到諧振,當諧振時頻率和指示調諧電容分別是 f1 和 C1 。然后將信號源頻率調到 f2(f2=nf1) ,再調電容器到諧振點,此時電容讀數為 C2 ,根據下式即可求出分布電容量。
如取 n=2 ,則為: C 0 = ( C 1 - 4C 2 ) /3
若取不同 C 1 進行多次測量后取一個平均值,則測試結果將較為準確。
B .自然頻率法 ( 此法可獲得較準確的結果 )a .將被測線圈接在“ Lx " 接線柱上;
b .調諧電容器調到最大電容值 C 1 ;
c .調信號源頻率,使回路諧振,該頻率為 f 1 ;
d .取下被測線圈,換上一個能在調諧電容器調節范圍內和十倍于 f 1 頻率諧振的電感;
e .信號源調到 10 f 1 位置,調節調諧電容器到諧振點;
f .將被測線圈接在 “ Cx " 兩端,調節調諧電容器達諧振,此時視電容讀數是增加還是減小。若增加,則應將振蕩器頻率調高些,若減小,則頻率調低些。
g .再取下被測線圈,調節主調電容達到諧振;
h .重復步驟“ f " 、“ g " 直到某一頻率,被測線圈接上“ C " 兩端和不接上均不改變諧振點,這一頻率即為被測線圈的自然諧振頻率 f 2 ,它的 C 0 數值為:
C 0 =C 1 (f 1 / f 2 )2
注:測量中所需輔助線圈可由 LKI-l 電感組提供便利。
5 .電容器容量的測量A. 在測量范圍內的小于主調電容量的電容器的測量a .選一個適當的諧振電感接到“ Lx " 的兩端;
b .將調諧電容器調到最大值附近,令這個電容是 C 1 ,如未知電容是小數值的, C 1 應調到較小電容值附近,以便達到盡可能高的分辨率;
c .調信號源的頻率,使測試回路諧振,令諧振器 Q 的讀數為 Q 1 ;
d .將被測電容接在“ Cx " 兩端,調節調諧電容器,使測試電路再諧振,令新的調諧電容值為 C 2 和指示 Q 值為 Q 2 。
被測電容的有效電容為 Cx = C 1 - C 2
電容器損耗角正切為
電容器的有效并聯電阻為
C 0 為回路諧振電感的自身電容。
B .大于調諧電容量的電容器用可替代法測量a. 取一只適當容量的標準電容量,其容量為 C 3 ,將它接在“ Cx " 接線柱上。
b .按 5A / a-c 各測試步驟;
c .取下標準電容器,將被測電容接到 “ Cx " 接線柱,調節調諧電容器到諧振,此時主調電容量讀數為 C 2 ,則 Cx 可由下式得到:
Cx = C 3 + C 1 - C 2
6 . Q 合格預置功能使用Q 合格預置功能特別適用于工廠需大批量測試某同規格元件的 Q 值時,當該元件 Q 值超過某一給定值即為合格,這時液晶顯示屏顯示“ OK " ,儀器同時嗚叫提醒,這樣可減輕工人視力疲勞,同時大大加快了測試速度。
Q 合格預置的步驟:
a .選擇要求的測試頻率;
b .用一只合格元件或一只輔助線圈調諧測試回路,使 Q 值讀數指示在所需預置 Q 值位置上;
c .按一下 Q 值合格比較按鍵,使顯示屏第三行右邊顯示“ COMP OK 或 NO ",同時儀器發出嗚叫聲,此時該功能設置就結束了;
d .換上要測試的器件,微調諧振電容至諧振點,如果該器件的 Q 值大于設定的 Q 值, Q 合格指示“ OK " ,同時儀器發出嗚叫。如需取消已設置的合格值,只要再按一下設置鍵即可。
7 .標準測試頻率按鍵的使用如果你需在標準測試頻率點上,測試器件時,你可以先按頻段選擇鍵選擇好標準頻率所在的工作頻段,然后再按一下標頻按鍵(具體標準測試頻率印在面板上),儀器就會替你自動準確地設置好測試頻率,省去你花時間去調節頻率。
8 .諧振點自動搜索功能的使用如果你對電感元件無法確定它的數值時,你就可用該功能來幫你尋找出它的諧振頻率點。步驟如下:
a .把元件接以接線柱上;
b .主調電容調到中間位上 ( 大概);
c .按一下搜索按鍵,顯示屏左下部顯示“ SWEEP " ,儀器就進入搜索狀態。
儀器從ZUI低工作頻率一直搜索到最高工作頻率,如果你的元件諧振點在頻率覆蓋區間內,搜索結束后,將會自動停在元件的諧振頻率點附近。
如果臨時要退出搜索狀態,可再按一次搜索鍵,儀器會退出搜索操作。
9 .頻率調諧開關的使用。ZJD-C 的頻率調諧采用了數碼開關,它能辨別使用者的要求,來調節頻率變化的速率 ( 頻率變化值/檔 ) ,在你快速調節該開關時,頻率變化速率也加快。當你緩慢調節開關時,頻率變化速率也慢下來,ZUI低可小于分辨力。因此在調諧時接近所需的頻率時,應放緩調節速度。當你調節的頻率超出工作頻段的頻率時,儀器會自動選擇低一個或高一個頻段工作。
六、維修1 .新購儀器的檢查新購的儀器最好能先用 LKI-2 電感組,將各個電感在各個不同頻率測試 Q 值,把測試的情況,例使用的電感號,測試頻率 Q 讀數,電容讀數等多次測得數及測試環境條件逐一詳細記錄,并把記錄保存起來,以供以后維修時作參考。
LKI-2 電感組是測試時作輔助電感用的,不能把這些電感當作高精度的標準電感看待。隨著測試環境條件不同,測得電感器 Q 值和分布電容可能略有不同。
2 .使用和保養高頻 Q 表是比較精密的阻抗測量儀器,在合理使用和注意保養情況下,才能保證長期穩定和較高的測試精度。
a .熟悉本說明書,正確地使用儀器;
b .使儀器經常保持清潔、干燥;
c .本儀器保用期為 18 個月,如發現機械故障或失去準確度,可以原封送回本廠,免費修理。
3 .電感組
LKI-2 電感組是測試作輔助用的,它含有 10 個屏蔽罩屏蔽的電感。這些電感具有較高的 Q 值。各電感的電感量等數據如附表一。
附表一 LKI-2 電感組, AS2853 選配電感