王林生 席東河

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便攜式智能LCF測量儀的設(shè)計

王林生 席東河

（河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南南陽473009）

針對電子線路在焊接、調(diào)試過程中經(jīng)常需要測量電感電容值以及信號頻率，專門的儀器由于體積龐大設(shè)備昂貴等造成測量困難，利用單片機設(shè)計一款便于攜帶、低成本的測量電感電容值以及信號頻率的測量儀，經(jīng)過測試，滿足需求的精度，達到作為測量儀器的要求。

電容 電感 信號頻率測量 單片機

電子線路在焊接、調(diào)試過程中經(jīng)常需要測量電感電容值以及信號頻率，專門的測量儀器由于測量單一、體積龐大、設(shè)備昂貴等造成測量困難，從事電子技術(shù)人員迫切需要一款攜帶方便、低成本的測量電感電容值以及信號頻率的測量儀器。因此，我們通過對電感電容的本身特性以及信號頻率的原理的研究，以單片機作為計算、控制和數(shù)據(jù)處理的核心部件，輔助以相應(yīng)的功能操作開關(guān)和液晶顯示器，設(shè)計了一款便攜式的電感電容及信號頻率測量儀。

1 設(shè)計原理

1.1 頻率測量原理

電路圖開關(guān)S1和S2置于上方，被測信號頻率輸入到LM393進行放大，然后接入單片機的T1口，由定時器/計數(shù)器T1進數(shù)脈沖計數(shù)，同時由定時器/計數(shù)器T0進行計時[1]。得出Tx時間內(nèi)的脈沖個數(shù)Nx，則可求得f = N / T。如圖1所示，

1.2 電感、小電容測量原理

電路圖如圖1所示，測量電路由電感、電容等組成的LC振蕩器[2-4]，運算關(guān)系如式（1）所示：

開關(guān)S1置于上方，S2置于下方，由單片機測量由電感L、電容C組成的L震蕩回路的頻率f，然后開關(guān)1置于下方，單片機測量由待測電容C或電感、電感1、電容8組成的L震蕩回路頻率f2，然后分別用式（2）、式（3）計算：

其中，f1是固有頻率，f2是接入測試電容、電感后的頻率，本測量儀測量小電容測量范圍：1pF~2.2 μF，測量電感測量范圍：0.1 μH~1 H。

1.3 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(shù)的計算，電容的充電速度與R和C的大小有關(guān)，R與C的乘積越大，充電時間就越長。這個RC的乘積就叫做RC電路的時間常數(shù)，即=R*C，若R的單位用歐姆，C的單位用法拉，則τ的單位為秒，具體的充電過程如圖2所示。

圖2 LC充電過程

U是按指數(shù)規(guī)律上升的，U開始變化較快，以后逐漸減慢，并緩慢地趨近其最終值，當(dāng)=時，U=0.632 E（E為電源電壓）；本測量儀就是利用單片機測量U=0到0.632 E這段時間，用式(4)計算計算被測電容值：

測量電路[5-8]如圖3所示，電路由比較器LM393，放電晶體管Q1、Q2等組成。設(shè)定比較器正輸入端為Uc，（Uc=0.632 E，調(diào)節(jié)RJ2獲得），反向輸入端接被測電容Cx，當(dāng)單片機P15引腳為低電平時，電容放電。當(dāng)單片機P15引腳為高電平時，電容充電，當(dāng)充電到Uc時，比較器翻轉(zhuǎn)，觸發(fā)單片機外部中斷0，通過測得的充電時間和充電電阻的大小可以計算出電容大小。本測量儀器測量電解電容測量范圍為：0.5 μF~2 000 μF。

2 軟件設(shè)計

在頻率、電容、電感測試儀的設(shè)計中，便于直觀性，在液晶顯示器上顯示被測參數(shù)的選擇，被測參數(shù)各個燈的選擇以及具體設(shè)置。通過三個按鍵S4,S5,S6來進行靈活控制，具體流程圖[9]如圖4所示。

3 測試

1） 測試方法：

在測試時將被測參數(shù)通過本系統(tǒng)測量出來的示值與參數(shù)的標(biāo)稱值進行對比，進而可以知道本系統(tǒng)的測試精度。

2） 測試儀器：

示波器、萬用表、穩(wěn)壓電源、計算機。

3） 測試結(jié)果：

通過按鍵，實現(xiàn)其按鍵所對應(yīng)的功能，并觀察測試結(jié)果，對設(shè)計進一步的進行校正和對實現(xiàn)功能的可靠性的確認，并記錄觀察結(jié)果。

圖4 測量流程圖

測試結(jié)果如下：

① 電容測試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 電容測試數(shù)據(jù)

②電感測試數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 電感測試數(shù)據(jù)

③電解電容測試數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 電解電容測試數(shù)據(jù)

④頻率測試數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 頻率測試數(shù)據(jù)

4）測試分析：

在實際測量中，由于測試環(huán)境，測試儀器，測試方法等都對測試值有一定的影響，都會導(dǎo)致測量結(jié)果偏離被測量的真值。為了減小本設(shè)計中誤差的大小，主要利用修正的方法來減小測試儀的測量誤差。對影響測量讀數(shù)的各種影響因素，如溫度、濕度、電源電壓等變化引起的系統(tǒng)誤差，通過對相同被測參數(shù)的多次測量結(jié)果和不同被測參數(shù)的多次測量選取平均值，最后確定被測參數(shù)公式的常數(shù)值，從而達到減小本設(shè)計系統(tǒng)誤差的目的。

4 結(jié)語

該測量儀利用元器件本身的特性設(shè)計測量電路和測量控制程序，實現(xiàn)了對小電容、電感、電解電容、頻率的測量，測量范圍涵蓋常用電容和電感元器件及信號范圍。一機多用，體積小重量輕，便于攜帶。由于該測量儀電路所含元器件少，并且均為常用元器件，制作工藝簡單，制作成本低，在大多數(shù)情況下可以替代電感測量儀、電容測試儀、頻率檢測儀等設(shè)備，具有很好的發(fā)展前景。

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