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电容电感测试仪的设计

2011/3/4 14:31:35  来源:中国计量测控网 
字号: 13号字 16号字

  文中针对电容和电感的测量,简单介绍了关于LC振荡电路测量电容和电感的设计原理。同时通过实验证明该方案能进行高频电感和电容的测量。测量的精度能达到应有要求。

  1 测量原理

  采用LC振荡器的振荡原理,LC振荡器选择L或是C参数为固定值。通过LC的组合,振荡器起振,当测量电容时电感固定,测量电感时电容固定。通过LC振荡器的频率计算公式

  其中,,可以计算出待测的电容或电感数值。

  2 电路工作原理

  2.1 电路框图设计

  如图1所示。框图包括输入切换部分、振荡部分、分频部分、单片机部分、显示部分和键盘部分。此系统由STC89C51单片机作为控制核心,输入切换部分采用双刀双掷继电器完成待测电容或电感的线路切换,振荡电路工作在放大谐振状态,频率有高频管9018的集电极输出,由于频率较高,所以需经过信号分频,再者由于输出的电压幅度大,此处无需再加一级驱动,以74LS393数字分频芯片,把分频端级联实现100分频,最终信号进入单片机,由单片机计算出频率,经过算法设计,实现未知电容或电感参数的测定。图1给出了系统的总体框架图。

  2.2 输入切换电路

  输入切换电路使用双刀双掷继电器实现,主要负责电容和电感的输入切换,当连接上电容时系统通过继电器K2,如图2所示。连接单片机,K2 的固定端直接连接单片机的引脚IO3和IO4,常开节点连接待测电容或电感的引脚两端,并且初始设置两个引脚一个为逻辑高电平5 V,一个为逻辑低电平0 V,当给K2通电,固定端和常闭端连接,由于IO3和IO4分别为5 V和0 V。电容对直流是开路,所以IO3和IO4电平维持原来的状态。若为电感,由于电感对直流相当于导线,那么5 V的IO会被0 V的拉低。两个IO都为0 V。由此得出没有短路在一起时,单片机判断为电容,从而选择测量电容的方法,此时通过单片机对IO1脚的设置把另一个双刀双掷开关K1,开关拨到上,上为与电容C2并联,如图2所示。而短路在一起时,单片机判断为电感,单片机选择测量电感的方法,此时通过单片机对IO1脚的设置把另一个双刀双掷开关K1开关拨到下,即与电感L并联。

  2.3 振荡电路原理

  振荡电路采用LC振荡电路,振荡的频率由L和C确定。振荡管采用9018,Rb1和Rb2为基极偏置,Rc为限流电阻,电容C1、C2和电感L构成正反馈选频网络,反馈信号取自电容C2两端。该电路也称为电容3点式振荡电路。输入信号和反馈信号同相。在测量过程中,当测量电感时,输入电路自动把待测电感Lx并联到L的两端。当测量电容时,输入电路自动把要测量的电容Cx并联到C1的两端。

  2.4 分频电路原理

  分频电路采用74LS393数字分频芯片,分频端级联实现100分频,高频管9018的集电极输出振荡信号,之后把振荡器输出的信号100分频,频率将降到单片机测量的范围之内。

  2.5 单片机实现电容和电感的计算

  当把待测的电容或电感接入时,系统自动进行判断,根据判断结果确定算法。当判断到是电容时,系统计入电容的计算方式,电容的计算方式采用公式

  根据测量得到频率和已知的L和C2,从而计算出Cx的值。当判断为电感时,系统进入电感的计算方式,电感的计算方式采用公式

  根据测量到的频率和已知的C1、C2、L计算出Lx的值。

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