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全自動(dòng)電容電感測(cè)試儀產(chǎn)品實(shí)際應(yīng)用中的設(shè)計(jì)

點(diǎn)擊次數(shù):452 更新時(shí)間:2024-04-11

全自動(dòng)電容電感測(cè)試儀產(chǎn)品實(shí)際應(yīng)用中的設(shè)計(jì)

 

全自動(dòng)電容電感測(cè)試儀針對(duì)電容和電感的測(cè)量,本文簡(jiǎn)要介紹了關(guān)于LC振蕩電路測(cè)量電容和電感的設(shè)計(jì)原理。同時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明該方案能進(jìn)行高頻電感和電容的測(cè)量。測(cè)量的精度能達(dá)到應(yīng)有要求。

 

1、電容電感測(cè)量原理

采用LC振蕩器的振蕩原理,LC振蕩器選擇L或是C參數(shù)為固定值。通過(guò)LC的組合,振蕩器起振,當(dāng)測(cè)量電容時(shí)電感固定,測(cè)量電感時(shí)電容固定。通過(guò)LC振蕩器的頻率計(jì)算公式

其中,,可以計(jì)算出待測(cè)的電容或電感數(shù)值。

 

2、電路工作原理

2.1 電容電感電路框圖設(shè)計(jì)

如圖1所示??驁D包括輸入切換部分、振蕩部分、分頻部分、單片機(jī)部分、顯示部分和鍵盤(pán)部分。此系統(tǒng)由STC89C51單片機(jī)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(cè)電容或電感的線路切換,振蕩電路工作在放大諧振狀態(tài),頻率有高頻管9018的集電極輸出,由于頻率較高,所以需經(jīng)過(guò)信號(hào)分頻,再者由于輸出的電壓幅度大,此處無(wú)需再加一級(jí)驅(qū)動(dòng),以74LS393數(shù)字分頻芯片,把分頻端級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)100分頻,zui終信號(hào)進(jìn)入單片機(jī),由單片機(jī)計(jì)算出頻率,經(jīng)過(guò)算法設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)未知電容或電感參數(shù)的測(cè)定。圖1給出了系統(tǒng)的總體框架圖。

 

2.2 全自動(dòng)電容電感測(cè)試儀輸入切換電路

輸入切換電路使用雙刀雙擲繼電器實(shí)現(xiàn),主要負(fù)責(zé)電容和電感的輸入切換,當(dāng)連接上電容時(shí)系統(tǒng)通過(guò)繼電器K2,如圖2所示。連接單片機(jī),K2的固定端直接連接單片機(jī)的引腳IO3和IO4,常開(kāi)節(jié)點(diǎn)連接待測(cè)電容或電感的引腳兩端,并且初始設(shè)置兩個(gè)引腳一個(gè)為邏輯高電平5V,一個(gè)為邏輯低電平0V,當(dāng)給K2通電,固定端和常閉端連接,由于IO3和IO4分別為5V和0V。電容對(duì)直流是開(kāi)路,所以IO3和IO4電平維持原來(lái)的狀態(tài)。若為電感,由于電感對(duì)直流相當(dāng)于導(dǎo)線,那么5V的IO會(huì)被0V的拉低。兩個(gè)IO都為0V。由此得出沒(méi)有短路在一起時(shí),單片機(jī)判斷為電容,從而選擇測(cè)量電容的方法,此時(shí)通過(guò)單片機(jī)對(duì)IO1腳的設(shè)置把另一個(gè)雙刀雙擲開(kāi)關(guān)K1,開(kāi)關(guān)撥到上,上為與電容C2并聯(lián),如圖2所示。而短路在一起時(shí),單片機(jī)判斷為電感,單片機(jī)選擇測(cè)量電感的方法,此時(shí)通過(guò)單片機(jī)對(duì)IO1腳的設(shè)置把另一個(gè)雙刀雙擲開(kāi)關(guān)K1開(kāi)關(guān)撥到下,即與電感L并聯(lián)。

 

2.3 全自動(dòng)電容電感測(cè)試儀振蕩電路原理

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(gòu)成正反饋選頻網(wǎng)絡(luò),反饋信號(hào)取自電容C2兩端。該電路也稱為電容3點(diǎn)式振蕩電路。輸入信號(hào)和反饋信號(hào)同相。在測(cè)量過(guò)程中,當(dāng)測(cè)量電感時(shí),輸入電路自動(dòng)把待測(cè)電感Lx并聯(lián)到L的兩端。當(dāng)測(cè)量電容時(shí),輸入電路自動(dòng)把要測(cè)量的電容Cx并聯(lián)到C1的兩端。

 

2.4 分頻電路原理

分頻電路采用74LS393數(shù)字分頻芯片,分頻端級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)100分頻,高頻管9018的集電極輸出振蕩信號(hào),之后把振蕩器輸出的信號(hào)100分頻,頻率將降到單片機(jī)測(cè)量的范圍之內(nèi)。

 

2.5 全自動(dòng)電容電感測(cè)試儀單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電容和電感的計(jì)算

當(dāng)把待測(cè)的電容或電感接入時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行判斷,根據(jù)判斷結(jié)果確定算法。當(dāng)判斷到是電容時(shí),系統(tǒng)計(jì)入電容的計(jì)算方式,電容的計(jì)算方式采用公式

根據(jù)測(cè)量得到頻率和已知的L和C2,從而計(jì)算出Cx的值。當(dāng)判斷為電感時(shí),系統(tǒng)進(jìn)入電感的計(jì)算方式,電感的計(jì)算方式采用公式

根據(jù)測(cè)量到的頻率和已知的C1、C2、L計(jì)算出Lx的值。

 

3、算法設(shè)計(jì)

系統(tǒng)上電初始化并且清屏,單片機(jī)初始化完成后,進(jìn)入鍵盤(pán)掃描程序,當(dāng)要進(jìn)行電容或電感測(cè)量時(shí),選擇測(cè)量按鍵,系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)判斷并進(jìn)行電容或電感的測(cè)量。當(dāng)判斷為電容時(shí),系統(tǒng)選擇電容的計(jì)算方法。當(dāng)判斷為電感時(shí),系統(tǒng)選擇電感的計(jì)算方法。計(jì)算完成后在液晶屏上顯示測(cè)量結(jié)果。下面是具體的程序流程圖,如圖3所示。

 

4、全自動(dòng)電容電感測(cè)試儀實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)及其分析

4.1 提高測(cè)量精度的方法

采用該系統(tǒng)進(jìn)行電容和電感的測(cè)量,由于元器的熱穩(wěn)定性和外界對(duì)電路的干擾影響,測(cè)量的結(jié)果會(huì)有所跳動(dòng),是因?yàn)槿龢O管的結(jié)電容隨著溫度的變化而變化,從而影響測(cè)量結(jié)果,這也是電容三點(diǎn)式振蕩電路不穩(wěn)定的關(guān)鍵原因?;谝陨显?,在測(cè)量過(guò)程中可以采用多次測(cè)量求平均值的方法提高測(cè)量精度。

4.2 實(shí)際測(cè)量

電路的固定參數(shù)如下:Rb1=10kΩ,Rb2=10kΩ,Rc=4kΩ,Re=4.7kΩ,Cb=1μF,Ce=0.1μF,選擇不同的電容分別測(cè)試3次,得到表1。選擇不同的電感分別測(cè)試3次,得到表2。由表得出測(cè)量值與標(biāo)稱值幾乎接近,表明系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的正確性,滿足一般的實(shí)驗(yàn)室和工程設(shè)計(jì)用到的電子元器件參數(shù)測(cè)試精度要求。

全自動(dòng)電容電感測(cè)試儀本系統(tǒng)采用單片機(jī)和振蕩器起振的組合,計(jì)算電容和電感值。系統(tǒng)擁有比較智能的測(cè)量方法和簡(jiǎn)易的

 

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