电容、电感、交流电阻的概念及其单位的复现
出处:按学科分类—工业技术 企业管理出版社《计量专业工程师手册》第327页(2869字)
电容、电感、交流电阻是交流阻抗计量中最常接触到的三种阻抗量。
电容的概念来源于带电导体上的电位与电荷之间的关系。实验证实,两个带电电极之间的电位差如为U,导体上的感生电荷为Q,则两者之间成立正比关系:
Q=CU (6.4-1)
比例系数C称为电极之间的电容,它与电压或电荷无关,仅取决于电极的几何位形。
实际计量工作中测量的不是电容量本身,而是电容处于交流电路中时的容抗,
即 ZC=1/ωC (6.4-2)
ω为交流电的角频率。
电感的概念则是来源于线圈中的电流与线圈交链的磁通之间的关系。如线圈电流为I,线圈磁链为Ψ,两者之间亦成线性关系:
Ψ=LI (6.4-3)
比例系数L即称为电感(自感),实际计量工作中测量的是电感的感抗,即
ZL=ωL (6.4-4)
交流电阻与用欧姆定律定义的直流电阻不完全一致,因为电阻元件在交流条件下使用时,由于分布电容和分布电感的影响,正弦交流电流与电阻元件上的交流电压并不完全成正比,两者之间有一相位差。也就是电压与电流之间的比例系数并不是实常数而是个复常数Z,
U=ZI=(R+jωτ)I (6.4-5)
交流电阻就定义为复常数Z的实部R,虚部ωτ中的τ则称为交流电阻的时间常数。
现代计量中交流阻抗的单位量值采用本章6.3.1节中所介绍的计算电容法复现。
由计算电容复现出电容的单位量值后,电感单位量值可以用平衡方程为
ω2LC=1 (6.4-6)
的“谐振电桥”导出;交流电阻单位量值则可以用平衡方程为
ωRC=1 (6.4-7)
的直角电桥导出。由于角频率ω可以测量到很高的准确度,所以由式(6.4-6)和(6.4-7)导出的电感和交流电阻单位量值亦可达到很高的准确度。
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