简易电阻、电容、电感测量仪.ppt
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1、简易电阻、电容和电感测试仪,简易电阻、电容和电感测试仪一、任务设计并制作一台数字显示的电阻、电容和电感参数测试仪,示意框图如下,二、要求1基本要求1)测量范围:电阻1001M;电容100pF10000pF;电感100H10mH。2)测量精度:5%。3)制作4位数码管显示器,显示测量数值,并用发光二极管分别指示所测元件的类型和单位。2发挥部分1)扩大测量范围。2)提高测量精度。3)测量量程自动转换。,电阻测试模块电路,方案一:电阻分压法将待测电阻Rx和基准电阻R串联在电路中。由于电阻分压的作用,当串联到电路上的电阻Rx的值不同时其Rx上分的压降也不同。通过测量Vx便可求得Rx。,优点:原理简单,
2、理论上只要参考电阻精确,就可以测量任何阻值的电阻。缺点:测量精度极差。实际上由于AD的分辨率有限,当待测电阻的很大或是很小时就很难测出Rx上的压降Vx,从而使测量范围缩小,要提高测量范围和精度就需要对电阻分档测试和提高AD的分辨率。这无疑会增加系统的复杂性和成本。,方案二:RC充电原理 根据电路原理电容充电的时间常数=RC。通过选择适当的参考电容,通过测量充电到一个固定电压时所需的时间即可以测量出相应的电阻阻值。,缺点:当电阻值Rx过小时,充电时间很短,普通的微处理器难以测量;同时通过实际测试发现当电阻Rx太大时充 电时间和电阻Rx的大小线性度变差,这将导致测量误差增大。这些因素导致电阻测量范
3、围较窄。,方案三:直流单臂电桥 在电工基础课中已经讲到,根据电路平衡原理,不断调节电位器,使得电表指针指向正中间,有以下关系式成立:,RX=R4,优点:万用表操作简单但精度不高,直流单臂电桥的测量精度较高;缺点:需要测量的电阻值多,而且测量调节麻烦,不易操作与数字化。,方案四:RC和555定时器组成的多谐振荡电路 通过测量输出振荡频率的大小即可求得电阻的大小,如果固定电阻值,该方案硬件电路实现简单,通过选择合适的电容值即可获得适当的频率范围,同时输出波形为TTL电平的方波信号所以不需要再对信号做电平变换。即可直接供数字电路处理。,555定时器构成多谐振荡器,根据555定时器构成多谐振荡器,产生
4、脉冲波形,通过单片机读取高低电平得出频率,通过公式换算得到电阻阻值。由 f=1/(R1+2R2)*C*In2得到公式:R2=1/2*1/(f*c*Ln2)-R1,上述四种方案从对测量精度要求而言,方案一的测量精度极差,方案二电阻测量范围较窄,方案三需要测量的电阻值多,而且测量调节麻烦,不易操作与数字化,相比较而言,方案四还是比较符合要求的,由于是通过单片机读取转化,精确度会明显的提高。故本设计选择了方案四。,电容测试模块,方案一:直接通过串联路原理。通过电容换算的容抗跟已知电阻分压,通过测量电压值,再经过公式换算得到电容的值。原理同电阻测量的方案一。方案二:同电阻测试方案二,利用RC充电原理。
5、通过测量充电时间来测量电容大小。此方案下测量大电容较准,但在电容容量较小时,电容在极短的时间内就能充满,即充电时间较短,所以很难测准。方案三:交流电桥平衡原理,方案四:同样利用RC和555定时器组成的多谐振荡电路,通过测量输出振荡频率的大小即可求得电容的大小,如果固定电阻值,该方案硬件电路实现简单,能测出较宽的电容范围,完全满足题目的要求。同时输出波形为TTL电平的方波信号所以不需要再对信号做电平变换。即可直接输入单片机处理。,由f=1/(R5+2R7)*C*In2得到公式:Cx=1/c*Ln2(R1+2*R7),综上所述,本设计采用方案四,用低廉的NE555构建RC多谐振荡电路。,电感测试模
6、块,方案一:采用平衡电桥法测量电感 将待测电感和已知标准电阻电容组成电桥,通过单片机控制调节电阻参数使电桥平衡,此时,电感的大小由电阻和电桥的本征频率即可求得,该方案测量精准,同时可以测量电容和电阻的大小,但其电路电路复杂,实现起来较为困难。,方案二 谐振法测量 用阻抗法测电阻、电容、电感有两种实现方法:用恒流源供电,然后测元件电用阻抗法测电压;用恒压源供电,然后测元件电流。由于很难实现理想的恒流源和恒压源,所以它们适用的测量范围很窄。,方案三:用555定时器和被测电感利用电感储能以及充放原理构成多谐振荡器 通过测频率值确定被测电感的值。该方案电路结构简单,输出波形为TTL电平的方波信号,简单
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