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全自動(dòng)電容電感測試儀產(chǎn)品實(shí)際應用中的設計
點(diǎn)擊次數:203 更新時(shí)間:2024-04-11
全自動(dòng)電容電感測試儀產(chǎn)品實(shí)際應用中的設計
全自動(dòng)電容電感測試儀針對電容和電感的測量,本文簡(jiǎn)要介紹了關(guān)于LC振蕩電路測量電容和電感的設計原理。同時(shí)通過(guò)實(shí)驗證明該方案能進(jìn)行高頻電感和電容的測量。測量的精度能達到應有要求。
1、電容電感測量原理
采用LC振蕩器的振蕩原理,LC振蕩器選擇L或是C參數為固定值。通過(guò)LC的組合,振蕩器起振,當測量電容時(shí)電感固定,測量電感時(shí)電容固定。通過(guò)LC振蕩器的頻率計算公式
其中,,可以計算出待測的電容或電感數值。
2、電路工作原理
2.1 電容電感電路框圖設計
如圖1所示??驁D包括輸入切換部分、振蕩部分、分頻部分、單片機部分、顯示部分和鍵盤(pán)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(xiàn)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)信號分頻,再者由于輸出的電壓幅度大,此處無(wú)需再加一級驅動(dòng),以74LS393數字分頻芯片,把分頻端級聯(lián)實(shí)現100分頻,zui終信號進(jìn)入單片機,由單片機計算出頻率,經(jīng)過(guò)算法設計,實(shí)現未知電容或電感參數的測定。圖1給出了系統的總體框架圖。
2.2 全自動(dòng)電容電感測試儀輸入切換電路
輸入切換電路使用雙刀雙擲繼電器實(shí)現,主要負責電容和電感的輸入切換,當連接上電容時(shí)系統通過(guò)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(kāi)節點(diǎn)連接待測電容或電感的引腳兩端,并且初始設置兩個(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,由于電感對直流相當于導線(xiàn),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),單片機判斷為電容,從而選擇測量電容的方法,此時(shí)通過(guò)單片機對IO1腳的設置把另一個(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),單片機判斷為電感,單片機選擇測量電感的方法,此時(shí)通過(guò)單片機對IO1腳的設置把另一個(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構成正反饋選頻網(wǎng)絡(luò ),反饋信號取自電容C2兩端。該電路也稱(chēng)為電容3點(diǎn)式振蕩電路。輸入信號和反饋信號同相。在測量過(guò)程中,當測量電感時(shí),輸入電路自動(dòng)把待測電感Lx并聯(lián)到L的兩端。當測量電容時(shí),輸入電路自動(dòng)把要測量的電容Cx并聯(lián)到C1的兩端。
2.4 分頻電路原理
分頻電路采用74LS393數字分頻芯片,分頻端級聯(lián)實(shí)現100分頻,高頻管9018的集電極輸出振蕩信號,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 全自動(dòng)電容電感測試儀單片機實(shí)現電容和電感的計算
當把待測的電容或電感接入時(shí),系統自動(dòng)進(jìn)行判斷,根據判斷結果確定算法。當判斷到是電容時(shí),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。當判斷為電感時(shí),系統進(jìn)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(jìn)入鍵盤(pán)掃描程序,當要進(jìn)行電容或電感測量時(shí),選擇測量按鍵,系統進(jìn)行自動(dòng)判斷并進(jìn)行電容或電感的測量。當判斷為電容時(shí),系統選擇電容的計算方法。當判斷為電感時(shí),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、全自動(dòng)電容電感測試儀實(shí)際測量數據及其分析
4.1 提高測量精度的方法
采用該系統進(jìn)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(huì )有所跳動(dòng),是因為三極管的結電容隨著(zhù)溫度的變化而變化,從而影響測量結果,這也是電容三點(diǎn)式振蕩電路不穩定的關(guān)鍵原因?;谝陨显?,在測量過(guò)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(shí)際測量
電路的固定參數如下: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(chēng)值幾乎接近,表明系統設計方案的正確性,滿(mǎn)足一般的實(shí)驗室和工程設計用到的電子元器件參數測試精度要求。
全自動(dòng)電容電感測試儀本系統采用單片機和振蕩器起振的組合,計算電容和電感值。系統擁有比較智能的測量方法和簡(jiǎn)易的
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