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詮釋全自動電容電感測試儀的設計原理

來源:admin ??發布時間:2018-11-12 06:21

    針對電容和電感的測量,本文簡要介紹了關于LC振蕩電路測量電容和電感的設計原理。同時通過實驗(experiment)證明該方案能進行高頻(Induction Heating)電感和電容的測量。測量的精度能達到應有要求。

1 測量(cè liáng)原理
    采用LC振蕩器的振蕩原理(Maxim),LC振蕩器選擇L或是C參數為固定值。通過LC的組合,振蕩器起振,當測量電容時電感固定,測量電感時電容固定。通過LC振蕩器的頻率(frequency)計算公式
   
    其中,可以計算(calculate )出待測的電容或電感數值。
2 電路工作原理
2.1 電路框圖設計(Design)
    如圖1所示。氣體尊亿国际娱乐該儀器的電路部分先進可靠,為了適用于野外作業需要,儀器采用了交直流兩用,自帶的電池可連續工作20個小時以上,拓寬了使用范圍,極大地方便了用戶。框圖包括輸入切換部分、振蕩部分、分頻部分、單片機部分、顯示部分和鍵盤部分。此系統由STC89C51單片機作為控制核心,輸入切換部分采用雙刀雙擲繼電器完成待測電容或電感的線路切換,振蕩電路工作在放大諧振狀態,頻率有高頻管9018的集電極輸出,由于頻率較高,所以需經過信號分頻,再者由于輸出的電壓(voltage)幅度大,此處無需再加一級驅動,以74LS393數字分頻芯片,把分頻端級聯實現100分頻,最終信號進入單片機,由單片機計算出頻率,經過算法設計,實現未知電容或電感參數的測定(gage)。圖1給出了系統的總體框架圖。
2.2 輸入切換電路
    輸入切換電路使用雙刀雙擲繼電器實現,主要負責電容和電感的輸入切換,當連接上電容時系統通過繼電器K2,如圖2所示。連接單片機,K2的固定端直接連接單片機的引腳IO3和IO4,常開節點連接待測電容或電感的引腳兩端,并且初始設置兩個引腳一個為邏輯(Logic)高電平5 V,一個為邏輯低電平0 V,當給K2通電,固定端和常閉端連接,由于IO3和IO4分別為5 V和0 V。電容對直流是開路,所以IO3和IO4電平維持原來的狀態。若為電感,由于電感對直流相當于導線,那么5 V的IO會被0 V的拉低。兩個IO都為0 V。由此得出沒有短路在一起時,單片機判斷為電容,從而選擇(Select)測量電容的方法,此時通過單片機對IO1腳的設置把另一個雙刀雙擲開關K1,開關撥到上,上為與電容C2并聯,如圖2所示。而短路在一起時,單片機判斷為電感,單片機選擇測量電感的方法,此時通過單片機對IO1腳的設置把另一個雙刀雙擲開關K1開關撥到下,即與電感L并聯。
2.3 振蕩電路(Electric circuit)原理
    振蕩電路采用LC振蕩電路,振蕩的頻率由L和C確定。振蕩管采用9018,Rb1和Rb2為基極偏置,Rc為限流電阻,電容C1、C2和電感L構成正反饋選頻網絡(Network),反饋信號取自電容C2兩端。該電路也稱為電容3點式振蕩電路。輸入信號和反饋信號同相。在測量過程中,當測量電感時,輸入電路自動把待測電感Lx并聯到L的兩端。當測量電容時,輸入電路自動把要測量的電容Cx并聯到C1的兩端。
2.4 分頻電路原理
    分頻電路采用74LS393數字分頻芯片(又稱微電路),分頻端級聯實現100分頻,高頻(Induction Heating)管9018的集電極(electrode)輸出振蕩信號,之后把振蕩器輸出的信號100分頻,頻率將降到單片機測量的范圍之內。
2.5 單片機實現電容和電感的計算
    當把待測的電容或電感接入時,系統自動進行判斷,根據判斷結果確定算法。當判斷到是電容時,系統計入電容的計算方式,電容的計算方式采用公式
   
根據測量得到頻率和已知的L和C2,從而計算出Cx的值。SF6微水測量儀采用先進的濕敏傳感器。傳感器上有一層多孔的網狀金膜。由于薄膜的吸水特性,當有氣體通過時,水分子被吸收其中,導致電參數發生變化,測量該參數值即可得到被測氣體的濕度。尊亿国际娱乐微水測量儀(簡稱尊亿国际娱乐)其適合于SF6氣體的濕度測量,型智能微水測量儀是本公司最新開發的現代化、高水平、智能型測量儀器。當判斷為電感時,系統(system)進入電感的計算方式,電感的計算方式采用公式
   
    根據測量到的頻率和已知的C1、C2、L計算出Lx的值。
3 算法設計
    系統上電初始化并且清屏,單片機初始化完成后,進入鍵盤掃描程序,當要進行電容或電感測量時,選擇(Select)測量按鍵,系統進行自動判斷并進行電容或電感的測量。當判斷為電容時,系統選擇電容的計算方法(method)。當判斷為電感時,系統選擇電感的計算方法。計算完成后在液晶屏上顯示測量結果。下面是具體的程序流程圖,如圖3所示。
4 實際測量數據(data)及其分析(Analyse)
4.1 提高測量精度(精確度)的方法
    采用該系統進行電容和電感的測量,由于元器的熱穩定性和外界對電路的干擾影響,測量的結果會有所跳動,是因為三極管的結電容隨著溫度的變化而變化,從而影響測量結果,這也是電容三點式振蕩電路不穩定的關鍵原因。基于以上原因,在測量過程中可以采用多次測量求平均值的方法提高測量精度。
4.2 實際測量
    電路的固定參數(parameter)如下:Rb1=10 kΩRb2=10 kΩRc=4 kΩRe=4.7 kΩCb=1μF,Ce=0.1μF,選擇不同的電容分別測試3次,得到表1。選擇不同的電感分別測試3次,得到表2。由表得出測量值與標稱值幾乎接近,表明系統設計(Design)方案的正確性,滿足一般的實驗室和工程(Engineering)設計用到的電子元器件參數測試精度(精確度)要求。5 文章結束語
    本系統采用單片機和振蕩器起振的組合,計算(calculate )電容和電感值。系統擁有比較智能的測量方法和簡易的操作(operate)方法。單片機進行全自動的判斷和測量,通過單片機的IO口判斷來確認所要測量的對象。然后進行頻率(frequency)的測量和測量結果的計算,最終計算出被測對象的真實值。該系統通過相應的實驗和實際的測量,能準確地測量電容和電感的數值,測量范圍為0.001~22μF和0.01~100 mH,測量精度(精確度)在5%以內。
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