LCR阻抗分析仪 自动平衡电桥阻抗测量仪  阻抗分析仪的测量范围与工作原理
1 阻抗分析仪的测量范围
1.1基本测量范围的界定
LCR阻抗分析仪 自动平衡电桥阻抗测量仪 阻抗分析仪在测量阻抗时，其范围受到多种因素的限制，包括仪器内部电路的性能以及外部电路的影响。基本的测量范围通常由仪器的*
大测试频率、*大测试电压和电流以及*小可分辨阻抗值来界定。
*大测试频率决定了阻抗分析仪可以分析的信号速度，而测试电压和电流限制了被测物两端的*大激励信号强度。*小可分辨阻抗值则决
定了仪器能够检测到的*小阻抗变化，通常与仪器的灵敏度有关。
1.2 特殊情况下测量范围的拓展
在某些特殊应用场景中，例如在超低阻抗或超高阻抗的测量中，常规的阻抗分析仪可能无法满足需求。这时，可以采用一些特殊的技术或
配件来拓展测量范围。
例如，通过使用外部放大器可以提升阻抗分析仪的电流和电压测试能力。而通过精密的探头设计可以降低测量系统本身的寄生阻抗，以适
应超低阻抗的测量。超高的阻抗测量则可能需要使用到特定的校准程序和标准电阻，以确保测量的准确性。
2 使用锁相放大器的原理
2.1 锁相放大器的工作机制
锁相放大器(Lock-inAmplifier)是一种在阻抗分析中常使用的工具，其主要功能是提高信号检测的灵敏度和选择性，尤其是在噪声环境
中提取微弱信号。
工作时，锁相放大器通过一个参考信号来同步输入信号，并且只响应与参考信号同相位或具有特定相位差的信号成分。这样可以有效地从
噪声中分离出有用信号，提高测量的信噪比。
2.2 锁相放大器在阻抗测量中的应用
在阻抗分析仪中，锁相放大器通常被用于测量在特定频率下的阻抗值。由于其高灵敏度的特点，锁相放大器特别适合于生物医学、材料科
学和微电子学中的阻抗分析。
当分析微弱的生物电信号或者是在低电导率材料的阻抗特性时，锁相放大器可以提供准确而可靠的测量结果。
3 矢量网络分析技术的原理
3.1矢量网络分析技术概念
矢量网络分析技术是现代阻抗分析仪中不可或缺的一部分，它通过分析电网络的幅频特性和相频特性，为阻抗测量提供详尽的参数信息。
矢量网络分析仪可以同时测量网络的传输特性和反射特性，通过S参数(Scattering Parameters)来描述网络的行为。S参数是复数，它
们携带了关于幅度和相位的信息，能够全面反映被测网络的阻抗特性。
3.2矢量网络分析技术在阻抗分析仪中的作用
在阻抗分析仪中，矢量网络分析技术的作用非常关键。它不仅提高了阻抗测量的精确度，还可以帮助工程师分析和优化电路设计。
例如，工程师可以通过S参数来评估电路元件的匹配情况、查找谐振点，以及分析非理想元件对电路性能的影响。矢量网络分析技术的应
用，使得阻抗测量不仅仅局限于一个简单的阻抗值，而是可以扩展到一个复杂网络的全面分析。
 
 
注意事项
 
(1) 电压或频率的剧烈波动常使电桥不能达到良好的平衡，所以测定时，电压和频率要求稳定，电压变动不得大于1%，频率变动不得大于0.5%。
 
(2) 电极与试样的接触情况，对tgδ的测试结果有很大影响，因此涂银导电层电极要求接触良好、均匀，而厚度合适。
 
(3) 试样吸湿后，测得的tgδ值增大，影响测量精度，应当严格避免试样吸潮。
 
(4) 在测量过程中，注意随时电桥本体屏蔽的情况，当电桥真正达到平衡，“本体－屏蔽”开关置于任何一边时，检查计光带均应*小，而无大变化。
 
 
实验步骤
 
1、本仪器适用于110V/220V，50Hz交流电，使用前要检查电压情况，以保证测试条件的稳定。
 
2、开机预热15分钟，使仪器恢复正常状态后才能开始测试。
 
3、按部件标准制备好的测试样品，两面用特种铅笔或导电银浆涂覆，使样品两面都各自导电，但南面之间不能导通，备用。
 
4、选择适当的辅助线圈插入电感接线柱。根据需要选择振荡器频率，调节测试电路电容器使电路谐振。假定谐振时电容为C1，品质因素为Q1。
 
5、将被测样品接在Cx接线柱上。
 
6、再调节测试电路电容器使电路谐振，这时电容为C2，可以直接读出Q2。
 
7、用游标卡尺量出试样的直径Φ和厚度d(分别在不同位置测得两个数据，再取其平均值)。
 
 
陶瓷介质损耗角正切及介电常数测试仪：它由稳压电源、高频信号发生器、定位电压表CBl、Q值电压表CB2、宽频低阻分压器以及标准可调电容器等组成(图2)。工作原理如下：高频信导发生器的输出信号，通过低阻抗耦合线圈将信号馈送至宽频低阻抗分压器。输出信号幅度的调节是通过控制振荡器的帘栅极电压来实现。当调节定位电压表CBl指在定位线上时，Ri两端得到约l0mV的电压(Vi)。当Vi调节在一定数值(10mV)后，可以使测量Vc的电压表CB2直接以Q值刻度，即可直接的读出Q值，而不必计算。另外，电路中采用宽频低阻分压器的原因是：如果直接测量Vi必须增加大量电子组件才能测量出高频低电压信号，成本较高。若使用宽频低阻分压器后则可用普通电压表达到同样的目的。
 
 
实验原理
 
按照物质电结构的观点，任何物质都是由不同的电荷构成，而在电介质中存在原子、分子和离子等。当固体电介质置于电场中后会显示出一定的极性，这个过程称为极化。对不同的材料、温度和频率，各种极化过程的影响不同。
 
1、介电常数(ε)：某一电介质(如硅酸盐、高分子材料)组成的电容器在一定电压作用下所得到的电容量Cx与同样大小的介质为真空的电容器的电容量Co之比值，被称为该电介质材料的相对介电常数。
 
 
式中：Cx —电容器两极板充满介质时的电容；
 
Cο —电容器两极板为真空时的电容；
  ε —电容量增加的倍数，即相对介电常数
 
介电常数的大小表示该介质中空间电荷互相作用减弱的程度。作为高频绝缘材料，ε要小，特别是用于高压绝缘时。在制造高电容器时，则要求ε要大，特别是小型电容器。
 
在绝缘技术中，特别是选择绝缘材料或介质贮能材料时，都需要考虑电介质的介电常数。此外，由于介电常数取决于极化，而极化又取决于电介质的分子结构和分子运动的形式。所以，通过介电常数随电场强度、频率和温度变化规律的研究，还可以推断绝缘材料的分子结构。
 
2．介电损耗(tgδ)：指电介质材料在外电场作用下发热而损耗的那部分能量。在直流电场作用下，介质没有周期性损耗，基本上是稳态电流造成的损耗；在交流电场作用下，介质损耗除了稳态电流损耗外，还有各种交流损耗。由于电场的频繁转向，电介质中的损耗要比直流电场作用时大许多(有时达到几千倍)，因此介质损耗通常是指交流损耗。
 
在工程中，常将介电损耗用介质损耗角正切tgδ来表示。tgδ是绝缘体的无效消耗的能量对有效输入的比例，它表示材料在一周期内热功率损耗与贮存之比，是衡量材料损耗程度的物理量。
 
 
tg
 
式中：ω —电源角频率；
 
R —并联等效交流电阻；
 
C —并联等效交流电容器
 
凡是体积电阻率小的，其介电损耗就大。介质损耗对于用在高压装置、高频设备，特别是用在高压、高频等地方的材料和器件具有特别重要的意义，介质损耗过大，不仅降低整机的性能，甚至会造成绝缘材料的热击穿。
 
3、Q值：tgδ的倒数称为品质因素，或称Q值。Q值大，介电损失小，说明品质好。所以在选用电介质前，必须首先测定它们的ε和tgδ。而这两者的测定是分不开的。
 
通常测量材料介电常数和介质损耗角正切的方法有二种：交流电桥法和Q表测量法，其中Q表测量法在测量时由于操作与计算比较简便而广泛采用。本实验主要采用的是Q表测量法。
 
 
主要参数：
 
*分辨率：*高0.001pF，4位有效数字；
 
*介电常数ε测试范围：0-200；
 
*介电常数ε准确度：0.5%
  *介质损耗tgδ测试范围：不限，
 
*介质损耗tgδ分辨率：0.000001，电容、电感、电阻三种试品自动识别。
 
试验电流范围：5μA～5A；
 
*内施高压：设定电压范围：0.5～10kV ；
 
*大输出电流：200mA；
 
*升降压方式：电压随意设置。比如5123V。
 
试验频率： 40-70Hz单频随意设置。比如48.7Hz.
 
频率精度：±0.01Hz
 
外施高压：接线时*大试验电流5A，工频或变频40-70Hz
 
电极材料：不锈钢1Cr13Ni9Ti
 
电极工作面：精面面磨
 
电极间距：不大于5 mm
 
电极加热功率： >2*500W
 
电极*高温度：180°
 
加热时间：30分钟
 
电极压力：0~1.0Mpa连续可调
 
*大测量电压：2000V，50Hz
 
真空度 ：电极可抽真空至3*10-2 Mpa
 
  阻抗分析仪的基本概念
阻抗分析仪是一种精密的电子测量仪器，专门用于测定电子元件、材料或系统的交流阻抗特
性。其核心原理基于对被测对象施加可控频率和幅度的交流测试信号，同时精确测量电压与电流
响应的幅度差和相位差。通过建立复数阻抗模型(Z=Z|∠θ)，该仪器能够量化电阻、电容、电
感等基础参数以及介电常数、导纳等衍生特性。现代阻抗分析仪通常覆盖毫赫兹至吉赫兹的宽频
带范围，分辨率可达0.1%，为复杂系统的频域特性研究提供了关键工具。
1.2 探讨其用途的重要性
深入理解阻抗分析仪的应用价值具有显著必要性。在电子产业升级过程中，该设备直接影响
元器件筛选精度和电路设计效率;新材料研发领域，其表征数据决定了材料性能评估的可靠性;
生物医学工程中，更关乎生命体征监测的准确性。据行业调查显示，采用先进阻抗分析技术的研
发项目，其产品良品率平均提升23%，研发周期缩短近30%。因此，系统梳理该仪器的跨领域应
用场景，对推动多学科技术融合创新具有战略意义。
 
阻抗分析仪能测介电材料（如陶瓷、高分子、复合材料）的关键电学参数，核心参数与测量方法如下。一是核心参数，反映材料特性：相对介电常数（εr），衡量材料储存电荷能力，如陶瓷材料 εr=10-1000，高分子材料 εr=2-10；介电损耗角正切（tanδ），反映材料介电损耗大小，优质介电材料 tanδ≤0.001（1kHz 下）；体积电阻率（ρv），衡量材料绝缘性能，绝缘材料 ρv≥1012 Ω?cm。二是测量方法，分类型操作：平行板法（测薄片材料，将材料夹在两圆形电极间，电极直径 D、间距 d，仪器测量电容 C，通过公式 εr=C×d/(ε0×S) 计算，S 为电极面积，ε0 为真空介电常数，频率选 1kHz-1MHz，适合测固体薄片）；同轴探头法（测液体或粉末材料，将同轴探头插入材料，仪器测量探头阻抗变化，计算 εr 与 tanδ，无需样品加工，适合测黏稠液体）；谐振腔法（测高频介电材料，将材料放入谐振腔，通过阻抗变化测量谐振频率与品质因数，计算 εr 与 tanδ，适合 100MHz-10GHz 频段）。三是注意事项，保障精度：样品预处理（固体材料需打磨平整，厚度均匀（偏差≤5%）；液体材料需除气泡，避免气泡影响介电常数）；环境控制（温度 23±2、湿度≤50%，温度变化会导致 εr 波动，湿度大会降低绝缘材料 ρv）；多次测量取平均值（每个样品测 3 个不同位置，减少样品不均匀导致的误差），通过精准测量可为介电材料选型、研发提供关键数据。
 
 
阻抗分析仪是一种通过测量复数阻抗参数评估电子元器件、材料或生物组织性能的高精度仪器，广泛应用于电子、医疗、材料科学等领域?。
以下是关键信息总结：
 
一、核心功能与原理
测量参数?：支持阻抗（Z）、电感（L）、电容（C）、电阻（R）、品质因数（Q）等参数，通过相敏检测技术同步测量电压与电流，计算实部、虚部及相位差?。
频率范围?：覆盖μHz至GHz频段（如TH2840A支持500kHz，精度0.01%），阻抗测量范围达μΩ至TΩ?。
精度?：基本精度可达0.05%（如TH2838H型号），部分高端型号如安捷伦4294A精度±0.08%。
二、典型应用场景
电子元器件：测试电容器、电感器、电阻器的阻抗特性。
生物医学：如HRA人体电阻抗评测分析仪用于健康检测。
材料研究：分析压电陶瓷、介电材料的频响特性。
与LCR测试仪的区别
频域能力：阻抗分析仪支持扫频和图形化显示，而LCR测试仪仅固定频率测量。
精度：两者接近，但阻抗分析仪在低频段精度更高
 
 
单个电子元件阻抗分析的典型配置包括：
 
阻抗分析仪：仪器的导线连接到测试夹具上，测试夹具应适合 DUT 特定类型的特性。
测试夹具：文本夹具经过精心设计，可固定被测试装置，但不会改变或干扰其阻抗特性。
电缆和适配器：可使用电缆和适配器使仪器的导线和测试夹具的连接器在电气上兼容。例如，可使用卡口式 Neill-Concelman (BNC) 连接器。
被测件：这是将被测元件插入适合其特定行为的测试夹具中。
 
 
售后内容：
一、我公司派工程师负责安装调试及培训。
二、产品自客户验收之日起，免费保修 2 年，终身维修。
1、设备安装调试：
免费为用户提供所购仪器的安装调试服务。在进行安装调试前用户方应提供相应的准备工作，并予以提前通知，具体安装调试日期双方可以协商而定。设备安装调试由多年行业资深工程师免费进行。保证用户可以正确使用、软件操作和一般维护以及应及故障的处理。
2、培 训：
我公司工程师免费为用户提供操作人员培训，直到操作人员能独立操作为止。
3、设备验收标准：用户方按订货技术要求进行验收。并符合国家标准要求。设备验收在用户方进行并由我公司安装调试技术人员和用户共同在维修报告上签字以确认仪器的调试工作完成。
4、设备维修服务：
我公司产品自用户现场调试验收合格后 1 年内免费保修，终身维护。在1 年免费保修期内产品发生非人为质量问题，我公司为客户提供免费维修。如产品在免费保修期外出现故障，维修服务只适当收取材料成本费。
5、技术支持：对于所需仪器的用户，根据用户的要求提供 的技术方案。除了常规的仪器服务外，我公司技术部还可为用户提供各种非常规设备的技术支持。
6、售后响应：在接到用户维修邀请后，2 小时内做出反应，并给予解决。如未解决，我公司指派工程师及时到达用户现场，解决问题至设备正常使用为止。