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電容測量儀范文第1篇

關(guān)鍵詞：電感電容；LC振蕩電路；AT89S51；頻率測量電路

中圖分類號：TP216文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1004373X(2008)2202002

Design of Digital Inductance Capacitance Measuring Apparatus

HE Fuyun,LUO Xiaoshu

(Physics & Electronic Engineering College,Guangxi Normal University,Guilin,541004,China)

Abstract：Measuring the value of the inductance capacitance in traditional measuring mostly utilizes AC bridge and resonance.But these methods often read the value by scale meter,so the display isn′t pared with the traditional method,the design of digital inductance capacitance measuring apparatus is based on the principle of LC oscillation circuit and the frequency measuring circuit which uses AT89S51 as the core.Detailed circuit principle and program diagram are given.The measuring principle is also expatiated in detail.The innovation of the design is measuring LC based on the principle of LC oscillation circuit.

Keywords：inductance capacitance;LC oscillation circuit;AT89S51;frequency measuring circuit

1 測量原理

整個(gè)測量儀原理框圖如圖1所示，其測量原理為。

圖1 測量儀原理框圖

LC振蕩電路不接入待測電感或電容，自由振蕩產(chǎn)生一頻率為F1的正弦波，由LC振蕩電路原理有：

該正弦波經(jīng)分頻器100分頻后，變?yōu)橐环葹? V的方波，該方波從單片機(jī)AT89S51的P3.4腳引入，由定時(shí)器T1產(chǎn)生200 μs的閘門時(shí)間，在定時(shí)器T1定時(shí)1 s期間內(nèi)由計(jì)數(shù)器T0對外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，所獲得的計(jì)數(shù)值m即為被測脈沖信號的頻率。這時(shí)測得的頻率F1為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理作準(zhǔn)備。當(dāng)AT89S51完成對自由振蕩期振蕩頻率F1的測量后，校準(zhǔn)電容Cb自動(dòng)接入LC振蕩電路，這時(shí)產(chǎn)生一新的振蕩頻率Fb。

當(dāng)待測電感或電容通過選擇開關(guān)接入LC振蕩電路，振蕩頻率將會(huì)發(fā)生變化。如果一待測電感Lx接入電路，和已知電感值的L1是串聯(lián)的，因而電路中總的電感為L1+Lx，這導(dǎo)致振蕩頻率變?yōu)椋?/p>

同理如果一待測電容Cx接入電路，但和已知電容值的C1是并聯(lián)的，因而電路中總的電感為C1+Cx，這導(dǎo)致振蕩頻率變?yōu)椋?/p>

從上述關(guān)系可以看出，基準(zhǔn)電容Cb的精確度是整個(gè)系統(tǒng)測量精確度的關(guān)鍵，因此Cb選用精度高的精密電容，從而整體上提高了整個(gè)測量儀的測量精確度。

2 電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 AT89S51單片機(jī)介紹

單片機(jī)是整個(gè)測量儀的核心。根據(jù)測量的要求和單片機(jī)的總體性能,如運(yùn)算速度、抗干擾能力、I/O端口、中斷源、存貯容量、性價(jià)比等,采用性能優(yōu)越的AT89S51作為處理器。AT89S51是一款低功耗,高性能的8位可在線編程的CMOS型單片機(jī)。它帶有4 kB可編程和擦除的讀寫存儲(chǔ)器,128 B RAM，4個(gè)8 b的并行I/O口,2個(gè)16 b定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,6個(gè)中斷源，1個(gè)全雙工串行口。AT89S51的應(yīng)用范圍廣，既可以用于簡單的測控系統(tǒng)，又可以用于復(fù)雜的邏輯控制,而且應(yīng)用系統(tǒng)組成靈活、方便、性能穩(wěn)定。圖2為AT89S51的引腳圖。

圖2 AT89S51引腳圖

2.2 100分頻電路

因?yàn)閱纹瑱C(jī)所能測出的頻率有一定的上限值，而由LC振蕩電路振蕩出來的頻率為0.4~3 MHz，經(jīng)100分頻后，變?yōu)轭l率范圍為4~30 kHz，落在單片機(jī)所能測出頻率的范圍內(nèi)。74HC390是二-五進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以接成100進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。100分頻電路如圖3所示。

圖3 100分頻電路

2.3 LCD顯示電路

點(diǎn)陣字符型液晶顯示器專門用于顯示數(shù)字、字母、圖形符號及少量自定義符號的顯示器。這類顯示器把LCD控制器/點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)器/字符存貯器全做在一塊印刷板。這里采用日立公司的HD44780液晶顯示模塊來顯示測量結(jié)果。HD44780具有簡單而功能較強(qiáng)的指令集，可實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng)/閃爍等功能。與MCU的傳輸可采用8位并行傳輸或4位并行傳輸2種方式。LCD顯示電路如圖4所示。

圖4 LCD顯示電路

2.4 LC振蕩電路

LC振蕩電路采用電容三點(diǎn)式的電容反饋式振蕩器。該振蕩電路的主要特點(diǎn)是容易起振、頻率穩(wěn)定度高、頻帶寬。頻帶的寬窄，直接影響著所能測試的電感和電容的范圍。因此，如何盡最大可能擴(kuò)大LC振蕩電路的工作頻帶，成為影響整個(gè)測量儀性能的關(guān)鍵因素之一。該電路原理如圖5所示。

圖5 LC振蕩電路

3 程序設(shè)計(jì)

由于采用單片機(jī)測量頻率和處理相關(guān)的運(yùn)算，其涉及到浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算，如果采用匯編語言來編寫浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算，工作量將很繁重。因而選擇C51來編寫程序，使得浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算的程序編寫量大大簡化。并且整個(gè)程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)模塊方式，使整個(gè)程序的結(jié)構(gòu)清晰。整個(gè)測量程序的流程圖如圖6所示。

圖6 測量程序流程圖

4 結(jié) 語

該電感電容測試儀采用單片機(jī)智能控制，數(shù)字顯示、操作簡單、使用方便。其所能測量的電容，電感的范圍及測量精度，都能滿足一般應(yīng)用場合的需要。

參考文獻(xiàn)

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［11］葉樹亮,李東升.改進(jìn)型高穩(wěn)定度LC振蕩電路的研究［J］.中國計(jì)量學(xué)院學(xué)報(bào),2003,14(3):174-177.

作者簡介

電容測量儀范文第2篇

關(guān)鍵詞：蓄電池；放電；keil C

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）05-0962-03

Software Design of Constant Current Discharge Capacity Meter

SUN Gong-dao， GONG Jian

（Unit 91550 of PLA， Dalian 116023， China）

Abstract： To solve the problem that capability of lead and acid battery gets mass loss because of the long term use， developing a constant current discharge capacity meter， which can extend the usage period of batteries by large and long constant current discharging method； it uses the microcontroller ATMEGA128 to be the controlling core， compiles and debugs the software by keil C platform，all function components of the system are written by independent innovation， it is proved satisfying via practically using.

Key words： battery； discharge； keil C

蓄電池在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和軍事裝備中使用量巨大，許多電子設(shè)備都需要配套備用電源—蓄電池組。眾所周知，如果只對蓄電池做充電維護(hù)，長期使用后（約2～3年），電池容量會(huì)明顯減小，其特征是剛充滿電的電池，連接負(fù)載后便迅速耗盡，使用壽命大大縮短。如果采取大電流持續(xù)放電方法來活化電池，可以恢復(fù)絕大部分的電池容量，延長電池壽命（約2～3倍），既可節(jié)約大量用于購買蓄電池的經(jīng)費(fèi)，也減少電池造成的環(huán)境污染。我們提出研制恒流放電容量測試儀。

1 系統(tǒng)功能

恒流放電容量測試儀主要有四大功能。分別如下：

參數(shù)修改功能：用戶可以修改測試儀五個(gè)參數(shù)，包括放電電流、放出容量、終止總電壓、放電時(shí)間和實(shí)時(shí)時(shí)間。

故障自動(dòng)記錄與清除功能：如果測試儀出現(xiàn)故障，能夠自動(dòng)記錄故障出現(xiàn)的日期和時(shí)間，以便用戶查找故障原因。

停止放電自動(dòng)記錄功能：無論人工干預(yù)停止放電，還是故障導(dǎo)致停止放電，都能夠自動(dòng)記錄停止放電的日期、時(shí)間和原因，以備查閱。

開始放電/停止放電功能：用戶認(rèn)為各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置正確，下達(dá)開始放電命令，放電即刻開始。

2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

2.1 硬件總體方案設(shè)計(jì)

硬件總體框圖如圖1所示：

圖1 硬件總體框圖

恒流放電容量測試儀硬件部分包括：ATMAGE128單片機(jī)電路，電源電路，觸摸屏及其控制電路，LCD 顯示模塊，PWM信號驅(qū)動(dòng)電路，存儲(chǔ)器及時(shí)間芯片電路，數(shù)據(jù)采集電路[1-2]。

ATMAGE128單片機(jī)是本儀器的主控核心，觸摸屏作為輸入設(shè)備，LCD 顯示模塊完成界面顯示功能，PWM信號驅(qū)動(dòng)電路可以直接驅(qū)動(dòng)IGBT進(jìn)行斬波調(diào)整負(fù)載，存儲(chǔ)芯片中存儲(chǔ)放電曲線數(shù)據(jù)，時(shí)間芯片是整個(gè)放電器的時(shí)間基準(zhǔn)，為放電過程提供時(shí)間累積數(shù)據(jù)，同時(shí)為停止放電提供時(shí)間點(diǎn)，數(shù)據(jù)采集電路是恒流放電容量測試儀輸入電壓和放電電流的調(diào)理電路。具體硬件設(shè)計(jì)思路見參考文獻(xiàn)3[3]。

2.2 軟件總體方案設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)功能和使用需求，給出主操作界面框圖，如圖2所示：

圖2 主操作界面框圖

其中參數(shù)修改可以修改五個(gè)參數(shù)，分別是放電電流、放出容量、終止總電壓、放電時(shí)間和實(shí)時(shí)時(shí)間。程序中設(shè)置一個(gè)通用數(shù)字小鍵盤，用于輸入數(shù)字，每個(gè)參數(shù)都有其輸入范圍，超過這個(gè)范圍則要求重新輸入。參數(shù)修改框圖如圖3所示：

圖3 參數(shù)修改框圖

清除記錄、停放記錄和開始放電/停止放電分別實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)其它三個(gè)功能。

為了實(shí)現(xiàn)上述功能，設(shè)計(jì)的主操作界面如圖4所示：

圖4 主操作界面

主操作界面分為實(shí)時(shí)顯示區(qū)、操作區(qū)和設(shè)置參數(shù)顯示區(qū)。

實(shí)時(shí)顯示區(qū)（圖中左上區(qū)域）主要用于顯示實(shí)測參數(shù)和放電曲線。操作區(qū)（圖中右上區(qū)域）用于用戶向測試儀發(fā)送操作指令。設(shè)置參數(shù)顯示區(qū)（圖中左下部區(qū)域）顯示用戶設(shè)置的放電電流、放電電壓、放電容量和放電時(shí)間。

本方案采用keil C作為軟件編譯調(diào)試平臺[4-5]，恒流放電容量測試儀的軟件實(shí)現(xiàn)的功能有：對輸入電源的電壓電流進(jìn)行實(shí)時(shí)測量和顯示，開始放電，停止放電，參數(shù)設(shè)置，清除記錄，停放記錄查看，放電曲線查看，在放電狀態(tài)下累計(jì)放電時(shí)間，累計(jì)放電容量，繪制放電曲線。

本測試儀可以存儲(chǔ)五條放電曲線，即可以保存最近放過電的五塊電池的放電數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括放出的電池容量，放電時(shí)間，放電電壓和放電曲線。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、修改及顯示子程序的調(diào)用通過可視化圖形界面與用戶交互，該交互系統(tǒng)作為軟件方案設(shè)計(jì)的核心部分，占整體工程量的百分之七十。

3 程序?qū)嵗?/p>

以恒流放電容量測試儀的主操作界面為例，其部分關(guān)鍵程序如下：

void maindisp（void） //主操作界面框架繪制程序

{……

clear（）； //清屏

map_mode（）； //切換LCD為繪圖模式

vertical_shift（）； //畫筆移動(dòng)方向?yàn)榇怪币苿?dòng)

L=30；H=28；writeadrr（L，H）； //設(shè)定繪圖初始點(diǎn)像素地址

for（m1=0；m1

{ writedata（0Xc0）； }

……

horical_shift（）； //畫筆移動(dòng)方向?yàn)樗揭苿?dòng)

L=0；H=0；writeadrr（L，H）； //設(shè)定繪圖初始點(diǎn)像素地址

for（i=0；i

{ writedata（0Xff）； }

……

coordinate（）； //刷新實(shí)測參數(shù)、放電曲線顯示區(qū)的內(nèi)容

word_mode（）； //切換LCD為文字模式

L=1；H+=22；writeadrr（L，H）；

writehz（'電'）；writehz（'流'）；writedata（'='）；//在設(shè)置參數(shù)顯示區(qū)顯示設(shè)定的放電電流值，精確到百分位

……

L=10；H=8；writeadrr（L，H）；

for（i=0；i

}

在觸摸顯示屏上顯示主操作界面前，刷新屏幕，清空一切。切換到繪圖模式，先畫垂直線條，再畫水平線條。然后切換到文字模式，顯示主操作界面上所有文字，便完成主操作界面的顯示工作。

4 結(jié)論

恒流放電容量測試儀最高接入電壓40V，最大放電電流10A，能夠完成單節(jié)或雙節(jié)串接12V電池的放電工作，在每節(jié)電壓不大于13V情況下，也可完成三節(jié)串接12V電池的放電工作；功能與指標(biāo)完全滿足使用需求。通過調(diào)整軟件功能模塊的參數(shù)，可以完成自定義用戶界面、設(shè)置參數(shù)的門限值、繪制復(fù)雜對比曲線等高級軟件功能。通過恒流放電容量測試儀不定期對電池進(jìn)行放電活化處理，延長了電池的壽命（約2～3倍），恢復(fù)了電池的容量，解決了蓄電池?zé)o法進(jìn)行放電維護(hù)的問題，為使用方節(jié)約了經(jīng)費(fèi)，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 胡兵，吳升艷，岳春生.ADS7843觸摸屏接口[J].國外電子元器件，2002（7）：27-29.

[3] 付曉偉，普仕凡.蓄電池恒流放電容量監(jiān)測儀的電路設(shè)計(jì)[J].測控技術(shù)，2013（32）：10-13.

電容測量儀范文第3篇

（中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院反應(yīng)堆燃料及材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610041）

【摘　要】對長間隙工件間隙電容法檢測技術(shù)的原理進(jìn)行了闡述，開展了檢測系統(tǒng)的構(gòu)成和功能模塊設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)測量塊的設(shè)計(jì)及研制、探頭設(shè)計(jì)、檢測儀器設(shè)計(jì)等研究工作，對影響檢測工藝的影響因素進(jìn)行了分析，開展了測量系統(tǒng)的評價(jià)試驗(yàn)，最終實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明檢測精度滿足測量要求，探頭規(guī)格符合檢測工況要求，抗干擾能力強(qiáng)，整機(jī)符合最初設(shè)計(jì)的技術(shù)要求。

關(guān)鍵詞 間隙測量；電容法；標(biāo)準(zhǔn)測量塊；探頭設(shè)計(jì)

0　引言

控制某類型長間隙工件的間隙大小是該類型工件制造工藝的主要關(guān)鍵技術(shù)之一，在其制造工藝中必須對該長間隙進(jìn)行100%的無損檢測。電容法測量間隙采用非接觸式測量，不會(huì)劃傷工件，測量精度高達(dá)0.03mm。采用電容測量工件間隙的原理樣機(jī)具有測量范圍廣、安全無損檢測、檢測精度高，可應(yīng)用于不同金屬材料的間隙測量。

1　電容法測量間隙的原理

探頭伸進(jìn)間隙內(nèi)，探頭與組件上下表面形成微小電容，電容的值與間隙的寬度有關(guān)。采用非接觸式電容法檢測技術(shù)實(shí)現(xiàn)對此微小電容的相對測量，從而實(shí)現(xiàn)對間隙的測量。

當(dāng)極片電容傳感器插入工件間隙時(shí)，傳感器極片與間隙的上板存在電容C1，與間隙的下板存在電容C2。當(dāng)兩個(gè)電容C1、C2串聯(lián)時(shí)，串聯(lián)電容C可以用公式（1）計(jì)算。

1/C = 1/C1+1/C2（1）

其中

C1=eS/d1， C2=eS/d2 （2）

S：極片相互遮蓋部分的面積，m2；

d1、d2：分別是C1、C2極板之間的距離，m；

e：極片間介質(zhì)的介電常數(shù)，F(xiàn)/ m。

將公式（2）帶入公式（1），則有：

C=eS/（d1+d2） （3）

而d1+d2即為間隙值d。由公式（3），間隙的變化將引起電容傳感器電容量的變化。

2　研究內(nèi)容

2.1　檢測系統(tǒng)的構(gòu)成和功能模塊設(shè)計(jì)

對于一個(gè)檢測系統(tǒng)的最初設(shè)計(jì)需要根據(jù)自己的需要設(shè)計(jì)出其大致的系統(tǒng)構(gòu)成和各自功能要求，針對本檢測系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)如下：（1）標(biāo)準(zhǔn)測量塊：繪制標(biāo)定曲線、校準(zhǔn)儀器；（2）探頭：信號獲??；（3）檢測儀器：信號放大、濾波、轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)輸出；（4）數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)，讀數(shù)顯示。

2.2　標(biāo)準(zhǔn)測量塊的設(shè)計(jì)及研制

標(biāo)塊是用于繪制標(biāo)定曲線和校驗(yàn)儀器讀數(shù)用的必備部件。標(biāo)塊結(jié)構(gòu)能夠模擬被測工件的結(jié)構(gòu)，間隙范圍要含蓋我們的測量范圍，為此我們設(shè)計(jì)如下專用間隙標(biāo)塊，間隙值為1.10mm、1.15mm、1.20mm、1.25mm、1.30mm、1.35mm的標(biāo)定試塊，材料為不銹鋼、黃銅和鐵各一套，間隙3的上下面的平面度、平行度皆為0.01mm。

2.3　探頭的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一是實(shí)際檢測工況下如何獲取高信噪比的電容信號，要求前級探頭傳感器的信號獲取能力強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)，探頭結(jié)構(gòu)足夠長，足夠薄。實(shí)際檢測中我們要求探頭厚度不大于0.9mm，長度要求至少600mm。屏蔽線、薄片、金屬片的選擇相當(dāng)重要。我們采用直徑為0.35mm屏蔽線，埋于樹脂電路板的溝巢中，正反面各鍍金屬層的方法，研制出的厚度0.09mm的傳感器。

2.4　檢測儀器的設(shè)計(jì)

檢測儀器的功能是建立電容信號與間隙值之間的邏輯關(guān)系，可是通過電容的絕對測量和相對測量方式來實(shí)現(xiàn)對間隙的測量。經(jīng)過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)絕對測量的電容的信號非常?。?0-5pF），且信噪比不高，電路實(shí)現(xiàn)非常困難。于是采用電橋平衡原理的相對測量方式來實(shí)現(xiàn)微小電容的相對測量。

電橋平衡將檢測探頭和平衡探頭作為電橋的兩極，當(dāng)檢測探頭和平衡探頭處于相同狀態(tài)時(shí)，電橋保持平衡，無信號輸出。當(dāng)檢測探頭伸進(jìn)間隙后，電橋平衡被打破，有電信號輸出，利用標(biāo)塊建立的標(biāo)定曲線可建立起間隙大小和輸出信號之間的對應(yīng)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對間隙的測量。我們已經(jīng)研制出的檢測儀器，其檢測通道是由電腦控制的，具有石英晶體振蕩頻率，激勵(lì)信號頻率倍頻可調(diào)的信號檢測通道。它的激勵(lì)信號經(jīng)過可調(diào)增益功率放大器后檢測探頭拾取反饋回來的電橋差異輸出信號再經(jīng)數(shù)字調(diào)零、相敏檢波、相位旋轉(zhuǎn)和可調(diào)增益放大器處理，然后進(jìn)入數(shù)據(jù)采集單元，經(jīng)過A/D接口送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成儀器的管理、控制、計(jì)算和圖形顯示。

3　影響因素的研究

3.1　被檢工件材料對檢測數(shù)據(jù)的影響

由于實(shí)際電容生成的復(fù)雜性，我們必須驗(yàn)證被檢工件材料對測試數(shù)據(jù)的影響。具體方法是通過檢測不同材料相同間隙的工件，對數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)得出結(jié)論。實(shí)驗(yàn)中，用銅材質(zhì)的標(biāo)塊標(biāo)定的儀器測試銅、不銹鋼、鐵工件的間隙，重復(fù)測量三次，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示不同材料的測試數(shù)據(jù)最大偏差為0.02mm，我們認(rèn)為金屬材料對于檢測數(shù)據(jù)的影響在檢測精度范圍之內(nèi)，可以忽略不計(jì)。

3.2　檢測速度對檢測數(shù)據(jù)的影響

在檢測過程中我們發(fā)現(xiàn)，由于探頭很長，在伸入間隙的過程中探頭晃動(dòng)比較厲害，儀器的讀數(shù)顯示數(shù)據(jù)跳動(dòng)很快對于現(xiàn)在的手動(dòng)測試數(shù)據(jù)階段不利于數(shù)據(jù)的讀取。當(dāng)探頭處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，讀數(shù)穩(wěn)定而且數(shù)據(jù)顯示正確。參考以前的間隙測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，為探頭每運(yùn)動(dòng)一段距離后，處于靜止?fàn)顟B(tài)采集一個(gè)數(shù)據(jù)。所以，對于檢測速度對檢測數(shù)據(jù)的影響，不僅要考慮到儀器本身的數(shù)據(jù)采樣率還應(yīng)結(jié)合實(shí)際檢測效果和檢測效率綜合考慮。目前我們建議采用每運(yùn)動(dòng)一段距離，當(dāng)探頭處于靜態(tài)時(shí)采集數(shù)據(jù)的方式檢測效果最可靠。

4　間隙檢測系統(tǒng)的評價(jià)實(shí)驗(yàn)

對間隙檢測系統(tǒng)的評價(jià)實(shí)驗(yàn)主要是為了根據(jù)最初設(shè)計(jì)的技術(shù)要求測試整個(gè)檢測系統(tǒng)的檢測精度、功能要求。

4.1　實(shí)驗(yàn)步驟

4.1.1　儀器準(zhǔn)備

連接好電源、信號線，將測量間隙專用探頭連接到儀器上，啟動(dòng)儀器和筆記本電腦，開啟檢測軟件進(jìn)入檢測系統(tǒng)。

4.1.2　參數(shù)選擇

（1）進(jìn)入“布局”菜單，選擇“單阻抗平面圖”；

（2）調(diào)節(jié)參數(shù)欄中的全部參數(shù)欄，設(shè)置探頭驅(qū)動(dòng)為5。調(diào)節(jié)頻率為100K，實(shí)際可根據(jù)檢測后的信號來微調(diào)頻率；

（3）選擇設(shè)定主菜單下的探頭驅(qū)動(dòng)、探頭增益設(shè)置子菜單，調(diào)整匹配大小，使探頭校準(zhǔn)曲線為正弦波曲線；

（4）選擇設(shè)定主菜單下設(shè)定平衡中心位置子菜單，設(shè)置平衡位置；

（5）選擇采集主菜單下的開始自菜單，進(jìn)入檢測狀態(tài)。選擇一個(gè)平衡標(biāo)塊，將兩個(gè)檢測探頭放置于該標(biāo)塊的同一深度處。按空格按鍵，建立平衡點(diǎn)。將其中一個(gè)檢測探頭放置于平衡標(biāo)塊中，固定不動(dòng)；取出另外一個(gè)檢測探頭，放置于其它標(biāo)塊中檢測其間隙大小，并記錄不同間隙的信號幅值大??；

（6）根據(jù)不同標(biāo)塊測出的幅值點(diǎn)，輸入標(biāo)定曲線值并應(yīng)用于當(dāng)前的檢測狀態(tài)。

4.1.3　實(shí)施檢測

（1）檢測標(biāo)塊若讀數(shù)與標(biāo)塊的間隙值一致，則開始檢測實(shí)際工件；若讀數(shù)與標(biāo)塊間隙值不一致，則需要重新標(biāo)定曲線。檢測完畢后再次測試標(biāo)定試塊驗(yàn)證數(shù)據(jù)的正確性；

（2）關(guān)閉軟件，關(guān)閉儀器。

4.2　檢測系統(tǒng)精度測試

在檢測狀態(tài)下，重復(fù)測量不同的間隙標(biāo)塊5次，統(tǒng)計(jì)出平均值，以最大值和平均值的偏差作為檢測系統(tǒng)的精度評價(jià)。

4.3　儀器評價(jià)

針對1.15mm～1.35mm范圍間隙測試的數(shù)據(jù)可以看出，最大偏差出現(xiàn)在規(guī)格為1.35的銅材料間隙塊的測量數(shù)據(jù)中，最大偏差為0.03mm。探頭規(guī)格符合檢測工況要求，抗干擾能力強(qiáng)。數(shù)據(jù)的采集分手動(dòng)式和自動(dòng)式，且?guī)в熊浖詣?dòng)統(tǒng)計(jì)處理數(shù)據(jù)功能。整機(jī)符合最初設(shè)計(jì)的技術(shù)要求。

5　結(jié)論

電容法間隙檢測系統(tǒng)原理創(chuàng)新點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)了小、長間隙的高精度非接觸式測量。已經(jīng)研制出的原理樣機(jī)、專用測量探頭和間隙標(biāo)塊，測量精度高達(dá)0.03mm。該檢測系統(tǒng)性能穩(wěn)定，使用方便，體積小，可適用于核能、機(jī)械、航天航空等領(lǐng)域中的小、長、金屬間隙的測量，具有廣闊的工程應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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［2］方敏佩.新編傳感器原理、應(yīng)用、電路詳解[M].電子工業(yè)出版社，1994.

電容測量儀范文第4篇

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；交流阻抗特性；等效電路參數(shù)

中圖分類號：TP216 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

Design of Equivalent Circuit Parameter Analyzer for

Two Port Passive Circuit

TANG Zhengming1 ， ZHANG Sanmei2 ， Zeng Jing1

（1 School of Electronic Information and Engineering， China West Normal University， Nanchong Sichuan 637009，China；

2 Experiment Center， China West Normal University， Nanchong Sichuan 637009， China）

Abstract： Equivalent circuit parameter is very important for the process of circuit analysis and design. Based on the refined numerical algorithm of AC impedance， a digital equivalent circuit parameter analyzer is designed. In this system， MCU is used to control frequency synthesizer to generate excitation signal. By adjusting the capacitance and current trends ， the load impedance characteristic is determined. Finally， the AC impedance and equivalent circuit parameter are displayed， which can be obtained under different operating frequency.

Keywords： MCU； AC Impedance Characteristics； Equivalent Circuit Parameters

0引 言

電路交流阻抗隨信號源的頻率變化，其具體表現(xiàn)為一定電阻R、電容C和電感L的串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)在給定信號頻率下所得到的等效阻抗。頻率相對較高時(shí)，電路還可能產(chǎn)生相對較大的寄生電容、電感，從而出現(xiàn)寄生阻抗。如何快捷準(zhǔn)確地獲取電路在不同工作頻率下的等效電路參數(shù)，對電路的分析與設(shè)計(jì)來說有著特殊重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。

已有的交流參數(shù)測試儀，其測量對象主要鎖定在對交流電路頻率、有效值、功率，或者單個(gè)元件阻值、電感量、電容量的測試，而對交流阻抗的智能化測量的探討研究仍舊較少，且未曾涉及到負(fù)載為黑盒子電路（其可能為RLC元件，某用電器或電路模塊，以下統(tǒng)稱為負(fù)載電路）的等效參數(shù)測量[2-6]。本設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的電路交流等效電參數(shù)分析儀的核心即為交流阻抗特性分析，通過采用單片機(jī)產(chǎn)生激勵(lì)信號，能分析出給定工作頻率下負(fù)載電路的交流阻抗特性，并進(jìn)一步得到其等效電路參數(shù)。

1硬件電路

系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。主要電路模塊包括單片機(jī)（MCU）、放大電路、整流濾波電路、含雙可調(diào)電容的RC振蕩器等[7-8]。

圖1 等效電參數(shù)分析儀原理圖

Fig.1 Schematic diagram of equivalent circuit parameter analyzer

MCU的型號為MSP430F169。放大電路用于將采集到的弱信號放大，再送入整流濾波電路，便于單片機(jī)（MCU）接收識別，放大電路型號為AD620。整流濾波電路，用于將采樣信號轉(zhuǎn)化為單向脈動(dòng)波并濾除附帶產(chǎn)生的雜波信號，使有用信號免受干擾，易于下一級電路的操作處理。可變電容C結(jié)合555定時(shí)電路模塊構(gòu)成RC振蕩器，所產(chǎn)生的信號頻率送入單片機(jī)識別，進(jìn)而確定出接入電路的電容值。其中，可調(diào)電容C與電路的連接通過開關(guān)控制，該可調(diào)電容C為特制的雙可調(diào)電容（構(gòu)成RC振蕩器的電容與接入測量電路的電容相同，并由同一旋鈕控制調(diào)節(jié)），這樣，可在隔離電路影響的情況下，獲得接入電路電容的精確值。 為定值電阻，主要起限流作用，如當(dāng)電路串聯(lián)諧振時(shí)，使電路電流不至于過大，損壞儀器。 為采樣電阻，為小阻值錳銅電阻，用于將負(fù)載電流轉(zhuǎn)換為電壓信號，再送入放大電路。 為負(fù)載電路。

2算法設(shè)計(jì)

根據(jù)有效值、功率因素的計(jì)算結(jié)果[9]，可得到電路總阻抗

（1）

其中， 、 、 分別表示電路電壓有效值、電流有效值、功率因素。 的正負(fù)與負(fù)載的特性有關(guān)，若負(fù)載為非電容性；則 ，若負(fù)載為非電感性則 。令 ，則有

（2）

系統(tǒng)采用調(diào)節(jié)可變電容C并結(jié)合單片機(jī)采集到的電流大小變化情況的方法，確定（2）中的正負(fù)符號，即實(shí)現(xiàn)負(fù)載阻抗特性的判定。由于可調(diào)電容與被測負(fù)載并聯(lián)，設(shè)被測負(fù)載的電導(dǎo)和電納分別為 和 ， 可調(diào)電容電納為 ，其等效電路如圖2所示。

圖2 阻抗特性的判斷原理圖

Fig.2 Schematic diagram for the judgement of impedance characteristic

當(dāng)端電壓有效值恒定時(shí)，電流有效值

（3）

即： （4）

可見，當(dāng) 與 同號，即被測負(fù)載為電容性時(shí)，電容增大，電流 單調(diào)上升；而當(dāng) 與 異號，即被測負(fù)載為電感性負(fù)載時(shí)，電容增大，電流 將先減小而后增大。因此，單片機(jī)可根據(jù)電容調(diào)節(jié)過程中采集到電流變化情況，判斷出負(fù)載的阻抗特性。在此基礎(chǔ)上，設(shè)負(fù)載 的等效阻抗為 ，由于測量電路為可調(diào)電容C與負(fù)載 并聯(lián)，然后再與定值電阻 串聯(lián)，根據(jù)電路串并聯(lián)關(guān)系，則有：

（5）

聯(lián)立（1）-（2）和（5），在已判斷得到負(fù)載的特性的情況下，便可以解出 中的電阻R和電抗X。結(jié)合頻率值即可得

（6）

（7）

因此，對于給定負(fù)載（如某單元電路），該測試儀能夠獲得給定工作頻率下的交流等效電路參數(shù)，便于電路的分析與設(shè)計(jì)。

3 系統(tǒng)測試

系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，通過鍵盤設(shè)定激勵(lì)信號幅值和頻率，調(diào)節(jié)電容旋鈕，即可讀出負(fù)載的等效電路參數(shù)。首先測試并選取了三個(gè)R、L、C電路元件，其參數(shù)值分別為10，10mH，1uF。再將電路元件安插在萬用板上，借助萬用板連接線使其形成簡單的串聯(lián)電路和并聯(lián)電路，并同時(shí)具有典型的二端口結(jié)構(gòu)，然后分別測試了信號頻率為1KHz時(shí)，負(fù)載的等效電路參數(shù)。用 Idealization（I）和Test （T）分別表示理論值和測量值，結(jié)果如表1所示。

表1 測試結(jié)果

Tab.1 Test results

電阻（） 電感（mH） 電容（uF） 串聯(lián)（；uF） 并聯(lián)（，mH）

I T I T I T I T I T

10 10.02 10 10.33 1 0.97 10 ； 1.65 9.97；1.59 9.91；0.15 10.04；0.23

測量結(jié)果表明，在1KHz頻率下，所搭建的串聯(lián)電路具有阻容特性，而并聯(lián)電路具有阻感特性。等效電路參數(shù)測量結(jié)果與理論值存在一定差異的可能原因主要在于：除工藝等因素外，導(dǎo)線等所引入的分布阻抗。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了一種電路交流等效電參數(shù)分析儀，可用于完成無源二端口電路的等效電參數(shù)測量。在測量交流等效參數(shù)時(shí)（特別在用作RLC測試儀的情況下），若測量頻率較高，分布參數(shù)影響將較為顯著，對低標(biāo)稱值元件的測量尤為不利。如何減小分布參數(shù)對測量結(jié)果的影響，還有待進(jìn)一步研究。

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電容測量儀范文第5篇

關(guān)鍵詞：GPS；測量；誤差

中圖分類號：TB22 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-4311（2012）16-0061-01

1GPS技術(shù)在實(shí)際工程測量中應(yīng)用的特點(diǎn)

1.1 操作簡便，自動(dòng)化程度高實(shí)踐表明，GPS用戶接收機(jī)有著重量輕、體積小、攜帶方便等眾多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，GPS測量技術(shù)有著很高的自動(dòng)化程度，在觀測實(shí)踐中，只要測量員在完成儀器的安裝后，具體的工作如衛(wèi)星的捕獲跟蹤、觀測等等都是由儀器自動(dòng)完成的。

1.2 定位精度高在短距離的定位精度上，GPS與紅外儀的測量精度是差不多的，但是，實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)如果距離比較遠(yuǎn)時(shí)，GPS測量優(yōu)越性就進(jìn)一步顯現(xiàn)出來。大量工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，GPS技術(shù)在實(shí)際測量中靜態(tài)定位的精度能夠達(dá)到毫米級和動(dòng)態(tài)定位的精度能夠達(dá)到厘米級。其中，GPSRTK的定位精度已經(jīng)完全滿足用于大比例尺地形圖測繪。

1.3 成本低、經(jīng)濟(jì)效益高在國內(nèi)外實(shí)測資料的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，與傳統(tǒng)的測量技術(shù)相比，用GPS技術(shù)建立控制網(wǎng)，外業(yè)費(fèi)用可以節(jié)省70%~80%左右，這筆費(fèi)用主要是因?yàn)樵鞓?biāo)的費(fèi)用的節(jié)省和因?yàn)樘岣吡斯ぷ餍蚀蟠罂s短工期而節(jié)省下來的。同時(shí)，可以想象隨著GPS接收機(jī)的性價(jià)比不斷地提高，其經(jīng)濟(jì)效益勢必還會(huì)更為顯著。

1.4 各個(gè)觀測站之間不要求相互通視經(jīng)典的測量在通視條件上要求較高，同時(shí)還必須保障三角網(wǎng)的良好圖形，這些限制條件加大了工程測量實(shí)踐的難度。大量工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，GPS在實(shí)際測量中，對觀測站之間的通視沒有要求，所以這樣一來不需要建造覘標(biāo)，使得可以更為靈活地選擇點(diǎn)位。在實(shí)踐中，我們也發(fā)現(xiàn)，GPS測量雖然沒有測站間通視的要求，不過為了防止GPS衛(wèi)星的信號受到干擾，在觀測站的建立上應(yīng)確保其上方空間足夠的開闊（視野>15°）。

1.5 測量效率高在當(dāng)下的工程測量實(shí)踐中，如果用傳統(tǒng)的靜態(tài)相對定位方法，完成一條基線（不超過20Km）的精密相對定位，用單頻接收機(jī)大約要花到1h到3h的時(shí)間，如果用雙頻接收機(jī)可以將用時(shí)縮到15min~20min的時(shí)間，隨著對快速定位方法的進(jìn)一步研究。近年來，GPS技術(shù)發(fā)展的短基線（不超過20km）快速相對定位法，使得初始化觀測用時(shí)只要幾分鐘而已，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了隨時(shí)定位。

1.6 提供三維坐標(biāo)傳統(tǒng)的工程測量，是分別采用不同的方法對平面和高程進(jìn)行施測的，利用GPS技術(shù)實(shí)施測量，除了可以精確測定觀測站的平面位置，同時(shí)還能夠?qū)⒂^測站的大地高程精確測量出來。

1.7 全天候作業(yè)實(shí)踐證明，GPS觀測技術(shù)在工作中不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制，可以連續(xù)地工作，通常情況下受天氣狀況的影響也較小。

2GPS技術(shù)的測量在實(shí)際應(yīng)用中的問題

2.1 GPS系統(tǒng)的局限性在實(shí)際的工程測量中，GPS技術(shù)的局限性還是比較明顯的，只有在了解了GPS技術(shù)的局限性后，才能夠保證GPSRTK測量的成功。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，局限性恰是來源于整個(gè)GPS系統(tǒng)本身，GPS技術(shù)依靠的是無線電信號，發(fā)射與接收之間的距離約兩萬公里，這些無線信號功率低、頻率高、波長短，其穿透能力和波動(dòng)性都很弱，對于衛(wèi)星和GPS接收機(jī)之間的障礙物很難穿透或衍射過去。實(shí)踐表明，對于GPS接收機(jī)和衛(wèi)星之間路徑上的任何物體都會(huì)對GPS測量結(jié)果構(gòu)成負(fù)面影響。

①GPS系統(tǒng)不可以在室內(nèi)、隧道內(nèi)或水下使用。因?yàn)檫@些場所對無線信號全屏蔽。②樹木會(huì)部分阻擋、反射或折射信號，在樹林茂密的地區(qū)，GPS系統(tǒng)在接收信號時(shí)會(huì)受到一定程度的影響。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，樹林中有時(shí)也會(huì)有足夠的信號來進(jìn)行計(jì)算概略位置，不過信號的清晰度很難到達(dá)厘米水平的精確定位。③大量實(shí)踐證明，GPS RTK測量在部分障礙的地區(qū)只要觀測到足夠的衛(wèi)星（不低于5顆適當(dāng)分布）來精確可靠地實(shí)現(xiàn)定位，也是能夠確保高精度測量的。

2.2 有效作用距離的問題參考站校正數(shù)據(jù)的有效作用距離是GPS RTK技術(shù)實(shí)際測量中的最大問題。伴隨隨參考站和移動(dòng)站距離的增加，GPS誤差的空間相關(guān)性將逐漸地失去線性，實(shí)踐證明，在較長的距離下（通常情況下單頻>10km，雙頻>30km），在經(jīng)歷差分處理后，用戶數(shù)據(jù)還是存在著很大的觀測誤差，導(dǎo)致定位精度的明顯降低和無法解算載波相位的整周模糊度。也就是說，為了保證得到滿意的定位精度，傳統(tǒng)的單機(jī)的RTK作業(yè)距離都是十分有限的。

2.3 系統(tǒng)性誤差高精度的GPS實(shí)時(shí)差分定位是目前最廣泛使用的測量技術(shù)之一。不過，它的應(yīng)用受到了電離層和對流層影響的限制，這些影響在原始數(shù)據(jù)中產(chǎn)生了系統(tǒng)性的誤差。

①電離層傳播誤差。理論研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，GPS衛(wèi)星信號在穿過電離層的過程中，由于該介質(zhì)彌散特性對信號的影響，勢必引起衛(wèi)星信號在傳播上發(fā)生路徑的變化，加上對流層傳播誤差、對流層折射的影響，對觀測值的誤差便不可避免。

②多路徑誤差。在實(shí)踐中，GPS系統(tǒng)的接收機(jī)天線接收的信號是混合的，除了直接來自于衛(wèi)星的信號之外，接收到的信號還有天線周圍的物體一次或多次反射的衛(wèi)星信號，由于這些信號之間的疊加作用，勢必引起觀測值與真值形成偏離，這種誤差被稱為多路徑誤差。多路徑效應(yīng)對測相偽距的影響可達(dá)厘米級，有時(shí)甚至造成衛(wèi)星信號的失鎖，使得載波觀測量產(chǎn)生周跳。實(shí)踐中，這意味著流動(dòng)站(移動(dòng)站)接收機(jī)和參考站之間的距離不得不減小許多，以保證系統(tǒng)有效地工作。

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