CN103424631A

CN103424631A - 一种智能lc测量仪

Info

Publication number: CN103424631A
Application number: CN2013102939912A
Authority: CN
Inventors: 陈淑琼; 杨家财
Original assignee: FUJIAN ERLING ELECTRONIC Co Ltd
Current assignee: FUJIAN ERLING ELECTRONIC Co Ltd
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2013-12-04

Abstract

本发明公开了一种智能LC测量仪，包括LC振荡模块，所示LC振荡模块包括第一电感、第一电容、用来连接待测电容或待测电感两端的第一、第二端口和双刀双掷开关；电压比较器，其输入端连接所述LC振荡模块的信号输出端；单片机，其输入端连接所述电压比较器的输出，所述单片机采用型号为PIC16F628单片机；液晶显示单元，其输入端连接所述单片机的输出；和稳压电源，所述稳压电源同时连接所述LC振荡模块、所述电压比较器、所述单片机和所述液晶显示单元，为整个LC测量仪供电；本发明的测量精度高，测量范围宽，制作成本低，操作方便，且具有自动校准功能。

Description

一种智能LC测量仪

技术领域

本发明涉及一种测量电容电感的电路仪器，特别是涉及一种智能LC测量仪。

背景技术

电感和电容是电子电路中最基本的元器件。在电子系统设计中，电容、电感的精确测量对开发高质量的电子产品具有重要的意义，而现在市场上实用、便捷、便宜的电容、电感测量仪器很少。

目前，对电感和电容值的测量主要有交流电桥法和伏安法两类。采用伏安法，主要是利用电容的充放电原理，该方法测量精度不高，尤其是对小电容，误差很大，而对于大电容的测量耗电量很大，这对采用电池供电的便携式仪器是很不方便的。采用交流电桥法测量电容或电感，测量精度较好，但如果测量范围较大，其体积较大，特别是电容仪与电感仪整合在一起时，不仅体积大重量大，不适宜便携，且价格较贵。另外，以上方法不但测量电路复杂而且测量时间较长，不适应快速测量。此外，还有一类数字智能化测量方法，但市面上的数字智能化测量仪器中，精度高的价格贵，价格低的则精度不够。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种智能LC测量仪，利用单片机的计数器测量LC振荡器的振荡频率，根据频率与L、C的关系计算出相应的L、C值。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种智能LC测量仪，包括：

LC振荡模块，用于产生谐振波信号，该谐振波信号的频率可用于计算待测电容或待测电感；所述LC振荡模块包括第一电感、第一电容、用来连接待测电容或待测电感两端的第一、第二端口和双刀双掷开关；

电压比较器，输入端连接所述LC振荡模块的信号输出端，用于对LC振荡模块所产生的谐振波信号进行放大整形；

单片机，其输入端连接所述电压比较器的输出，所述单片机采用型号为PIC16F628单片机；

液晶显示单元，其输入端连接所述单片机的输出，用于显示所述单片机输出的待测电容值、电感值和电路工作状态；和

稳压电源，所述稳压电源同时连接所述LC振荡模块、所述电压比较器、所述单片机和所述液晶显示单元，为整个LC测量仪供电；

所述双刀双掷开关的第一不动端和第二不动端分别连接所述第一端口和第二端口；所述双刀双掷开关的第一动端与所述第一电感的一端以及所述第一电容的一端连接在一起形成LC振荡模块的信号输出端；所述双刀双掷开关的第二动端和第三动端以及所述第一电感的另一端连接在一起；所述第二端口和所述第一电容的另一端接地；

所述单片机的第13脚位连接所述双刀双掷开关的第四不动端，用于判断是测量电感还是测量电容；同时，所述单片机的第3脚位和第17脚位连接所述电压比较器的输出端，用以测量LC振荡模块所产生的谐振波信号的频率，从而进一步计算出待测电容或待测电感的值；

当第一端口和第二端口连接待测电容的两端时，双刀双掷开关的第一不动端和第二不动端分别连接第一动端和第三动端，使待测电容、第一电容、第一电感三者相互并联；

当第一端口和第二端口连接待测电感的两端时，双刀双掷开关的第一不动端和第二不动端分别连接第二动端和第四动端，使待测电感与所述第一电感串联，同时与所述第一电容并联。

进一步的，还包括一个辅助自动校准模块，该模块包括一个高精度的第二电容和一个第一开关；所述第二电容的一端连接所述LC振荡模块的信号输出端，另一端连接所述第一开关的一端，所述第一开关的另一端接地，从而当第一开关闭合时，所述第二电容、第一电容、第一电感之间相互并联；所述第一开关的闭合与否由所述单片机的第18脚位控制。

所述第一开关为继电器开关；所述单片机的第18脚位连接所述继电器开关，控制所述继电器开关的吸合与断开，从而控制所述第二电容是否并联于所述第一电容。

所述单片机的第4脚位连接一个按键开关的一端，所述按键开关的另一端接地，所述按键开关可以通过所述单片机的第4脚位控制所述单片机的第18脚位的输出值，从而进一步控制所述继电器开关的吸合与断开。

所述电压比较器的正极输入端连接所述LC振荡模块的信号输出端，所述电压比较器的输出端与正极输入端通过一个电阻连接形成正反馈电路，从而使所述电压比较器输出矩形波。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的一种智能LC测量仪，具有制作成本低、操作方便、测量精度高、测量范围宽及自动校准功能等优点。测量出的LX可以精确到.001mH，测量范围是0-1000mH，CX可以精确到.010pF，测量范围是0-10uF。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种智能LC测量仪不局限于实施例。

附图说明

图1是本发明的电路原理框图；

图2是本发明具体实施例的电路连接结构图。

具体实施方式

实施例，

参见图1和图2所示，本发明的一种智能LC测量仪，包括：

LC振荡模块1，用于产生谐振波信号，该谐振波信号的频率f可用于计算待测电容CX或待测电感LX的值；所述LC振荡模块1包括第一电感L1、第一电容C1、用来连接待测电容CX或待测电感LX两端的第一端口P1、第二端口P2和双刀双掷开关SW1；

电压比较器2，输入端连接所述LC振荡模块1的信号输出端，用于对LC振荡模块1所产生的谐振波信号进行放大整形，如图2所示，本实施例采用型号为LM311的电压比较器；

单片机3，其输入端连接所述电压比较器2的输出，所述单片机3采用型号为PIC16F628的单片机，如图2中的U2所示；

液晶显示单元4，其输入端连接所述单片机3的输出，用于显示所述单片机3输出的待测电容CX值、待测电感LX值和电路工作状态，如图2中的16*1型LCD，如图所示，LCD还可以通过电阻R8调节对比度，通过开关SW4控制背景灯的亮暗；和

稳压电源5，所述稳压电源5同时连接所述LC振荡模块1、所述电压比较器2、所述单片机3和所述液晶显示单元4，为整个LC测量仪供电，如图2中的U1所示，本实施例中采用型号为78L05元件作为稳压电源，该电源提供稳定的5V电压的输出；

所述双刀双掷开关SW1的第一不动端s11和第二不动端s12分别连接所述第一端口P1和第二端口P2；所述双刀双掷开关SW1的第一动端s13与所述第一电感L1的一端以及所述第一电容C1的一端连接在一起形成LC振荡模块1的信号输出端；所述双刀双掷开关SW1的第二动端s14和第三动端s15以及所述第一电感L1的另一端连接在一起；所述第二端口P2和所述第一电容C1的另一端接地；

所述单片机3的第13脚位连接所述双刀双掷开关SW1的第四不动端s16，用于判断是测量电感L还是测量电容C；同时，所述单片机3的第3脚位和第17脚位连接所述电压比较器2的输出端，用以测量LC振荡模块1所产生的谐振波信号的频率f，从而进一步计算出待测电容CX或待测电感LX的值；

当第一端口P1和第二端口P2连接待测电容CX的两端时，双刀双掷开关SW1的第一不动端s11和第二不动端s12分别连接第一动端s13和第三动端s15，使待测电容CX、第一电容C1、第一电感L1三者相互并联；

当第一端口P1和第二端口P2连接待测电感LX的两端时，双刀双掷开关SW1的第一不动端s11和第二不动端s12分别连接第二动端s14和第四动端s16，使待测电感LX与所述第一电感L1串联，同时与所述第一电容C1并联。

进一步的，还包括一个辅助自动校准模块，该模块包括一个高精度的第二电容C2和一个第一开关SW5；所述第二电容C2的一端连接所述LC振荡模块1的信号输出端，另一端连接所述第一开关SW5的一端，所述第一开关SW5的另一端接地，从而当第一开关SW5闭合时，所述第二电容C2、第一电容C1、第一电感L1之间相互并联；所述第一开关的闭合与否由所述单片机3的第18脚位控制。

所述第一开关SW5为继电器开关；所述单片机3的第18脚位连接所述继电器开关SW5，控制所述继电器开关SW5的吸合与断开，从而控制所述第二电容C2是否并联于所述第一电容C1。

所述单片机3的第4脚位连接一个按键开关SW3的一端，所述按键开关SW3的另一端接地，所述按键开关SW3可以通过所述单片机3的第4脚位控制所述单片机3的第18脚位的输出值，从而进一步控制所述继电器开关SW5的吸合与断开。

所述电压比较器2的正极输入端连接所述LC振荡模块1的信号输出端，所述电压比较器2的输出端与正极输入端通过一个电阻R2连接形成正反馈电路，从而使所述电压比较器输出矩形波。

如图2所示，电路中各部件的典型数值为，L1=82uH，C1=1000pf，C2=1020pf，R2=100K，R8=10K。

电感、电容和频率之间的关系可以用公式1来表示，f代表频率，L代表电感，C代表电容，三个数是可以变化的，如果我们知道其中的两个数就可以算出第三个数。

公式1：

f = \frac{1}{2 π \sqrt{L * C}}

此电路中的L1和C1是固定选择的器件，标称值为82uH和1000pf，但是通常使用的L1和C1都存在±10%的误差，若按标称值来计算待测电容CX和待测电感LX的值，则肯定会存在误差，因此需要进行校准清零。本发明的一种智能LC测量仪具有这种自校准的功能，具体过程为：

首先，仪器上电后，LX和CX先不接入电路，单片机3的第18脚位输出高电平，继电器开关SW5断开，L1和C1形成振荡电路产生振荡信号，该振荡信号通过电压比较器2的放大整形，由单片机3测出频率F1，如公式2所示：

公式2：

F 1 = \frac{1}{2 π \sqrt{L 1 C 1}}

然后，单片机3的第18脚位输出低电平，SW5闭合，L1、C1和C2（1020PF）构成振荡电路产生新的振荡信号，并由单片机测出频率F2，如公式3所示：

公式3：

F 2 = \frac{1}{2 π \sqrt{L 1 (C 1 + 1020)}}

由公式2和3可以推导出C1和L1的计算公式4和5，可以看出L1和C1的精度只与C2（1020PF）有关。

公式4：

C 1 = \frac{{F 2}^{2}}{{F 1}^{2} - {F 2}^{2}} 1020 PF

公式5：

L 1 = \frac{1}{{4 π}^{2} {F 1}^{2} C 1}

而当测量电感时，第一端口P1和第二端口P2分别连接LX的两端，开关SW1往下闭合切换到L状态，L1、LX、C1产生又一振荡信号，并由单片机测量出此时的频率F2，如公式6：

公式6：

F 2 = \frac{1}{2 π \sqrt{(L 1 + LX) C 1}}

再根据公式1和公式6得出：

公式7：

LX = [\frac{{F 1}^{2}}{{F 2}^{2}} - 1] L 1

当电路中接入CX时，开关SW1往上闭合切换到C状态，单片机3测量出此时的频率F2符合公式8：

公式8：

F 2 = \frac{1}{2 π \sqrt{L 1 (C 1 + CX)}}

再根据公式1和公式8得出公式9：

公式9：

CX = [\frac{{F 1}^{2}}{{F 2}^{2}} - 1] C 1 .

由以上表述可知，本发明的一种智能LC测量仪，能够根据简单明确的计算原理，快速方便地得到需要测量的电容或电感值，具有实际应用价值。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种智能LC测量仪，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种智能LC测量仪，其特征在于：包括：

2.如权利要求1所述的一种智能LC测量仪，其特征在于，还包括一个辅助自动校准模块，该模块包括一个高精度的第二电容和一个第一开关；所述第二电容的一端连接所述LC振荡模块的信号输出端，另一端连接所述第一开关的一端，所述第一开关的另一端接地，从而当第一开关闭合时，所述第二电容、第一电容、第一电感之间相互并联；所述第一开关的闭合与否由所述单片机的第18脚位控制。

3.如权利要求2所述的一种智能LC测量仪，其特征在于，所述第一开关为继电器开关；所述单片机的第18脚位连接所述继电器开关，控制所述继电器开关的吸合与断开，从而控制所述第二电容是否并联于所述第一电容。

4.如权利要求3所述的一种智能LC测量仪，其特征在于，所述单片机的第4脚位连接一个按键开关的一端，所述按键开关的另一端接地，所述按键开关可以通过所述单片机的第4脚位控制所述单片机的第18脚位的输出值，从而进一步控制所述继电器开关的吸合与断开。

5.如权利要求1所述的一种智能LC测量仪，其特征在于，所述电压比较器的正极输入端连接所述LC振荡模块的信号输出端，所述电压比较器的输出端与正极输入端通过一个电阻连接形成正反馈电路，从而使所述电压比较器输出矩形波。