CN102901854A

CN102901854A - 一种全自动多参数宽量程低成本的rlc测试装置

Info

Publication number: CN102901854A
Application number: CN2012104423966A
Authority: CN
Inventors: 王建平
Original assignee: Zhejiang Industry and Trade Vocational College
Current assignee: Zhejiang Industry and Trade Vocational College
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2013-01-30

Abstract

本发明提供了一种全自动多参数宽量程低成本的RLC测试装置，包括单片机和多个阻值互不相同的分压电阻，以及用于接入待测RLC器件的第一插口和第二插口；所述多个分压电阻分别与单片机的多个IO口相连；多个分压电阻的另一端连接在一起后与二极管D1的正极相连，二极管D1的负极与电容C1相连；所述第一插口与二极管D1的正极相连，第二插口接地。本发明仅由多个电阻(R0-R7)、一个二极管(D1)和一个电容(C1)加上单片机组成，电路结构非常简单，成本低廉；本发明利用单片机IO管脚的高阻特性，使多个（比如8个）电阻能生成更多种（比如256种）组合，在保证低成本的同时，大大提高了电阻测试和电容测试的量程。可作为万用表的一个模块使用。

Description

一种全自动多参数宽量程低成本的RLC测试装置

技术领域

本发明属于RLC测试领域，具体涉及一种全自动多参数宽量程低成本的RLC测试装置。

背景技术

在电子系统的组成中，除了微计算机专用集成电路等功能部件外，一般都需要独立RLC元件。RLC元件的质量是决定电子系统性能的一个重要因素。RLC参数测试是电子行业最基本的参数测试，RLC测试技术已经是相当成熟的技术，测试方法繁多，各有优缺点，主要方法的优缺点如下：

1）电桥法，精度最高，但电路复杂，全量程自动测试困难。

2）谐振法，测量精度较高，但电路复杂，全量程自动测试困难。

3）扫频法精度高，但电路复杂，全量程自动测试困难。

4）伏安法（即V-I法），电路简单，全量程自动测试困难，但测试电感不理想。

上述各方法构成的全量程RLC自动测试装置，电路复杂，成本高。

目前，高档的万用表是电子行业的最基本仪器，都带有RLC测试装置，这类仪器销量巨大，对成本要求极高。但是传统的万用表功能单一，性价比不高。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种全自动多参数宽量程低成本的RLC测试装置；该RLC测试装置可以测试电阻、电容及电感的多种参数、量程宽、电路结构简单、成本低廉、性价比高。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种全自动多参数宽量程低成本的RLC测试装置，包括单片机和多个阻值互不相同的分压电阻，以及用于接入待测RLC器件的第一插口和第二插口；所述多个分压电阻分别与单片机的多个IO口相连；多个分压电阻的另一端连接在一起后与二极管D1的正极相连，二极管D1的负极与电容C1相连；所述第一插口与二极管D1的正极相连，第二插口接地。

进一步的，所述分压电阻为8个。

本发明所述RLC测试装置的测试原理为：利用单片机能产生任意频率的方波的特点，在待测电容或待测电感上加任意频率的方波，测试待测电容或待测电感上的响应，由于方波是由基波和多次谐波组成，响应中含有多次谐波部分的响应，用软件标定法消除多次谐波造成的测量误差。

本发明所述的全自动多参数宽量程低成本的RLC测试装置具有如下有益效果：

（1）本发明仅由多个电阻(R0-R7)、一个二极管(D1)和一个电容(C1)加上单片机组成，电路结构非常简单，成本低廉；

（2）本发明利用单片机IO管脚的高阻特性，使多个（比如8个）电阻能生成更多种（比如256种）组合，在保证低成本的同时，大大提高了电阻测试和电容测试的量程及测试精度；

（3）本发明测量时利用单片机产生方波激励来代替昂贵的正弦波发生器，并利用软件标定法来消除因各次谐波叠加造成计算困难的问题，可全自动的测试任意频率下的电感值及电容值；

（4）本发明中电容测试可采用可变阻抗分压法，也可采用时间常数法；可变阻抗分压法利用单片机可发任意频率的方波，并能改变RC电路的R值的特点，找出各量程最高灵敏度所对应的方波频率及电阻值，以使测试精度处于最佳状态。时间常数法利用单片机能以256级或者更多级改变RC电路的R值的特点，找出各量程最高灵敏度所对应的R值，以使测试精度处于最佳状态；并可同时测试3种电容参数，即容量，漏电和频率特性；

（5）本发明中电感测试采用可变阻抗分压法，利用单片机可发任意频率的方波，并能改变RL电路的电阻的特点，找出各量程最高灵敏度所对应的方波频率及电阻值，以使测试精度处于最佳状态；并可测试3种电感参数，即容量，直流电阻和频率特性；

（6）本发明还可进行R、L、C自动判别；

（7）本发明可作为万用表的一个模块，只用了极少的器件，就使用使万用表具有智能功能，可实现全自动、多参数、全量程、低成本和高精度，大大提高万用表的自动化测试水平。

附图说明

图1为本发明所述RLC测试装置的电路原理图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供了一种全自动多参数宽量程低成本的RLC测试装置，包括单片机和多个阻值互不相同的分压电阻，以及用于接入待测RLC器件的第一插口和第二插口；所述多个分压电阻分别与单片机的多个IO口相连；多个分压电阻的另一端连接在一起后与二极管D1的正极相连，二极管D1的负极与电容C1相连；所述第一插口与二极管D1的正极相连，第二插口接地。本实施例中所述分压电阻优选为8个，即R0-R7；当然也可以采用更多，但是其占用的资源也更多。图1中PX.0--PX.7 为单片机的IO口，ADC_CH0-- ADC_CH9为ADC采集点，R0—R7为不同阻值的分压电阻，二极管D1和电容C1组成峰值检波器，用于可变阻抗分压法测试电感或电容时提取电感或电容上的压降的峰值。

采用本发明所述的RLC测试装置可进行R、L、C 自动判别，原理为：在待测元件上加频率可变的方波扫频信号，检测ADC_CH9上的输出电压变化，不随频率变化的元件为电阻，频率上升电压下降的为电容，频率上升电压上升的为电感。

采用本发明所述的RLC测试装置测量电阻的原理如下：

将待测电阻RX接入第一插口和第二插口，采用阻抗分压法测试电阻，由R0-R7和待测电阻RX组成分压电路。不同阻值切换不同通道，比如电阻R2通道接通时，则测试ADC_CH2及ADC_CH8，计算得：

RX= ADC_CH8*R2 /（ADC_CH2- ADC_CH8）（1）

由于本发明有8个分压电阻，可组合出256种分压电路，因此本发明所属的RLC测试装置的量程跨度较大，不同量程可用不同的分压电阻，保证了宽量程测试要求及精度要求，本装置电阻测试范围为达到0.01欧—10M。

高阻测量时由于单片机高阻状态仍有极小的电流，会引起误差，本装置用软件结合标定进行补偿。软件标定法就是先用已知电阻代替测试待测电阻，把测试的值存入单片机，这样实际测试值查表就可以对测出的待测电阻进行修正。例如，测试已知5M电阻，用公式1算出为4.7M，查表得测出的4.7M实际为5M，即可修正。即软件标定法就是事先把标准测试值存入单片机，查表修正，这为本领域的公知常识，本发明中不再赘述。

采用本发明所述的RLC测试装置测量电容的原理如下：

1）电容容量测试：

硬件构成：电路由R0-R7和待测电容CX组成RC电路；测试范围：本装置电容的测试范围为：pf级-----万uF级；测试原理：电容测试可用可变阻抗分压法测试，也可用时间常数法测试。

A）可变阻抗分压法的原理是：由R0-R7和待测电容CX组成RC电路，不同量程用不同的频率和阻值使灵敏度保持在最佳状态，测试稳态时峰值检波器输出（即ADC_CH9点上的的压降），由于是用方波信号进行扫频，对线性定常元件，实际的响应是各种信号的线性叠加。实际测量时，当待测电容Cx按图1接入后，单片机发送不同频率的方波，发不同频率的方波时ADC_CH9点电压不同，改变方波频率，由于电容的容抗发生变化，ADC_CH9上的电压会变化，当ADC_CH9上电压幅度合适时，根据所发方波的频率及响应电压用软件标定法测出待测电容。

B）时间常数（τ=RC）法的原理是：根据CX不同值自动变换R值，使τ=RC处于可测范围，测试ADC_CH8点电压上升到某一值的时间，再用软件标定法算出电容值。当待测电容Cx按图1接入后，单片机将R0-R7的某一电阻接通，其它电阻处于高阻（相当于断开），然后单片机向接通的电阻发高电平，则待测电容Cx电压会上升，计算电压上升到规定值的时间长短，就可算出电容值。

2）电容漏电测试：

原理是先给待测电容CX充电，然后将8个单片机管脚（PX.7—PX.0）置为高阻，测量待测电容上的电压变化快慢，此电压变化快慢就反应了电容放电的快慢，以此算出漏电值。

3）电容的频率特性测试：

原理是给待测电容CX施加不同频率的方波，用可变阻抗分压法测出ADC_CH9点的峰值电压，再用软件标定法算出不同频率下的电容值。以此测量电容的频率特性。

采用本发明所述的RLC测试装置测量电感的原理如下：

1）电感容量测试：

原理为可变阻抗分压法，由R0-R7和待测电感LX组成RL电路，本装置电感测试范围为：uH级—几百mH级，由于量程跨度大，采用以下两种方法保证不同量程的灵敏度：A）根据LX不同值自动变换R值；B）单片机发频率可调的方波扫频信号；用A）和B）两种方法保证不同量程时ADC_CH9上输出信号灵敏度处于较佳状态。由于有8个电阻，电阻可256级自动变换，单片机发方波信号的频率也可根据需要连续可调。由于是用方波信号进行扫频，对线性定常元件，实际的响应是各种信号的线性叠加，电感计算采用软件标定法测试。

2）电感直流电阻测试：

电感直流电阻测量就是用测电阻的方法测试电感的直流电阻，上面已详细说明，此处不再赘述。

3）电感的频率特性测试：

原理是给待测电感施加不同频率的方波，算出不同频率下的电感值。以此测量电感的频率特性。

本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims

1.一种全自动多参数宽量程低成本度的RLC测试装置，其特征在于，包括单片机和多个阻值互不相同的分压电阻，以及用于接入待测RLC器件的第一插口和第二插口；所述多个分压电阻分别与单片机的多个IO口相连；多个分压电阻的另一端连接在一起后与二极管D1的正极相连，二极管D1的负极与电容C1相连；所述第一插口与二极管D1的正极相连，第二插口接地。

2.根据权利要求1所述的RLC测试装置，其特征在于，所述分压电阻为8个。