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【兆恒機械】高精度電感,電容測量儀原理,電路圖及制作方法

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  • 添加日期:2021年09月15日

高精度電感,電容測量儀原理,電路圖及制作方法

這個電路不同國家和地區很多人制作過,測量精度高,測量范圍大,有用不同語言寫的程序,我作了一個BASCOM-AVR版本的,并增加了對電解電容器測量。 
電感測量范圍:0.1μH~2H 
電容測量范圍:1pF~2.5μF 
電解電容測量范圍:0.1μF~30000μF

一、電容、電感測量原理: 
電路是一個由LM393(U3A)組成的LC振蕩器。由單片機測量LC震蕩回路的頻率F1,然后控制繼電器K2將標準電容C2與C1并聯,測出振蕩器頻率F2,再用下列式子計算出電容C1電感L1的值。 
image.png

這里電容器C2的容量的精確程度,基本上決定了整個測量過程的精度。應該選用穩定性好精度高的電容器,這個制作選用了1800pF的云母電容器。 
上述過程可稱作為一個校準過程,由M8控制每次開機時自動完成。開機后延時1500ms,測量由U1A、L1、C1組成振蕩器頻率F1;Portd.3 = 0,K2吸合,C2接入延時1500ms,測量振蕩器頻率F2,Portd.3 = 1,K2斷開。M8計算C1、L1完成后按S1進入電容Cx的測量狀態。 
電容Cx、電感Lx的值,分別用下列式子計算: 
image.png

二、電解電容測量原理: 
電解電容的測量是基于對RC電路的時間常數的計算,由脈沖電路原理可知,電容的充電速度與R和C的大小有關,R與C的乘積越大,過渡時間就越長。這個RC的乘積就叫做RC電路的時間常數τ,即τ=R?C。若R的單位用歐姆,C的單位用法拉,則τ的單位為秒。
image.png

圖示曲線可以得到充電過程的一般規律:Uc是按指數規律上升的,Uc開始變化較快,以后逐漸減慢,并緩慢地趨近其最終值,當t=τ時,Uc=0.632E;本測量儀就是利用單片機測量Uc=0到0.632E這段時間,用下列式子計算計算被測電容值:
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電路由比較器U3B,放電晶體管Q等組成。設定比較器正輸入端為Uc,(Uc=0.632E=0.632?5=3.16V,調節RP1獲得),反向輸入端接被測電容CEx,當D端為高電平時,Q導通電路處于放電狀態,這時CEx被放電,比較器U3B輸出高電平。當D為低電平時Q截止電容CEx通過R9(R10)充電,CEx兩端電壓逐步升高,當CEx兩端電壓>Uc時,比較器U3B輸出低電平,產生INT0中斷(INT0中斷設置為下降沿觸發),中斷服務程序讀取定時器值,并計算、顯示CEx的值。然后置位PD6為高電平,Q導通,CEx放電,延時100mS是為了保證CEx充分放電,中斷返回開始下一個測量周期。為了提高測量精度電解電容測量分兩檔,由繼電器K2切換,R9接入時測量0.1μF~500μF電容,R10接入時測量500μF~20000μF電容。R9(R10)的精度和電壓Uc的精度基本上決定了測量結果精度。 
這個設計原本加入了一個電解電容漏電流測試功能,由于測量時間太長而放棄,圖中的R13、R9(R10)與adc0等組成漏電流測量電路。

三、電路原理圖: 
 

 

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電容,電感測量儀電路原理圖

 

四、使用方法: 

按下S2接通電源,進入校準狀態(此時測量端子不能接入器件):
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校準完成后:
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按動S1進入電容測量狀態:
 
按動S1


進入電感測量狀態:
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按動S1進入電解電容(<500uF)測量狀態:
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按動S1進入電解電容(>500uF)測量狀態: 
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再按S1返回到電容測量狀態。 

這是安裝完成的樣子:
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image.png電路板被設計成適合熱轉印:

 
加了一個鋁合金底座: 
image.png