TA的每日心情 | 开心
2017-6-5 15:31 |
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| 自制数字电感表 | | | 类别：电子综合 阅读：2871 | | | |
本电感表共分20μH,200μH,2mH,20mH ,200mH、2H、20H 7量程,分辨力为0.01μH，所以可测量长1-2cm导线的电感。校准后的精度不低于3%，且电路简洁，体积小巧，既可做成独立的测量仪表，也可附加在普通的数字万用表上，电路见附图。
1．工作原理
该电感测量的基本原理是恒流源法。由于运放及外围元件组成一定频率的交流恒流源，然后测量串联在这一恒流源电路中电感两端的电压，从而得出电感的感抗，即间接测出电感的电感量。该电路由TL074和OP-37组成。
TL074的IC1-1组成文氏电桥正弦波振荡器。该振荡器有两个振荡频率，通过开关K1同步切换电路中的两个电容来选择频率。两个频率分别是400Hz和40kHz（理论值应为398Hz和398kHz），以适应测量大小不同电感的需要。文氏电桥振荡器频率的计算公式为，这是理论公式。笔者实测其频率随电源电压而变化，在本电路的条件下，若电源电压为±5V，则若电源电压为+3V,-6V（普通电池供电数字万用表工作电压），则F=.电阻R3和R4为增益调整及稳幅元件。按图中元件输出振幅约7Vp-p,折合正弦波有效值约为2.48V，波形的底部略有削波，但对测量精度没有影响。若电桥元件RI、R2选用金属膜电阻，C1、C2选用聚丙烯或涤纶电容，在电源电压不变的前提下，该振荡器的频率及振幅均相当稳定。所以电感表的正负电源均应采用稳定度高的电源，以保证电感表的精度。ICI-I输出经IC1-2跟随器隔离后，作为电感表的信号源。
IC 1-2的输出经R5--R9等5个恒流电阻（均应用金属膜电阻）转化为五挡交流恒流源，然后将Lx串人恒流电路中，由于电感感抗与电感量成正比，因而，测出了电感两端交流电压就测出了电感量。本电感表满量程时电感两端电压为20mV，不到ICI -2输出幅度的1%，目的是为了尽量减少Lx感抗、附加相移、寄生振荡对恒流源的影响。由于电阻和感抗的合成为矢量合成,当感抗为电阻的1％时,合成阻抗为原电阻的1.00005倍,由此造成的理论误差.不超过十万分之五.即使感抗为电阻的10％,理论误差也不超过万分之五。由此可见，恒流源环节因待测电感造成的恒流源误差可忽略不计。同时，也可得知，本电感表的每个量程均有超量程功能，且因恒流环节造成的误差也不会超过千分之五。
IC 1-3及电阻Rll、R10组成十倍同相放大器。电感两端电压经IC 1-3放大后输人IC 1一组成的带通滤波器，滤除各种干扰及寄生振荡，输出理想正弦波。带通滤波器也有400Hz/X4OkHz两个工作频率，与ICl-1同时通过K1切换电容来改变。用示波器可以观察到，LX两端的正弦波叠加有毛刺或寄生振荡，通过滤波器就十分干净了。该滤波器对于电感测量十分重要，不可省去。
IC2的增益带宽积达63MHz，属于高速运放（OP-37），可组成40kHz以上的线性整流器。整流器的输出接ICL7107组成的200mV数字表头或普通数字万用表200mV挡，即可指示出电感量。一般数字表均用TL062构成线性整流器，由于其增益带宽积仅为I MHz，因而构成的线性整流器线性范围不超过1kHz，这正是数字万用表交流挡只能测几百赫芝以下频率的原因。本电感表要对40kHz以上的交流电压整流，必须用宽带运放，才能保证其线性范围满足本表的要求。即使采用了上述OP-37，其小信号线性仍不理想，这也是本电感表3%误差的主要根源。因而，若能采用较OP-37更高带宽的运放，将会进一步提高电感表的线性个精度。
由于本电感表可测出Icm导线的电感（约0.015wH），因而在安装电路时，印刷线及接线电感均可能造成误差，所以电感Lx的插座应以最短距离接人电路。同时，为降低上述影响，电路中设置了调零电路，由R20及W组成。在20wH挡，短路电感插座调整W使数字表头指示为零即可。当用7107构成的200mV表头制作电感表的显示器时，ICL7107的IN一端（第(30)脚）应与地断开，浮地输人，以保证调零电路的正常工作。
2.电感表的校准
调零后，在电感插座中插人标准电感，例如在2owH挡接人18wH电感，调整电阻R5，使显示18wH即可，然后再用同样方法校准其他各挡。由于20wH挡电流较大，约4tnA ,已达运放输出极限，本电阻与其他各挡电阻相比要小些。其余4挡电阻基本上为10倍率的关系。其他各挡依此类推。如频率不是准确的39.8kHz，则满度阻抗不是5Ω应重新计算，按计算后的电阻值代替玩进行校准。在40kHz频率校准各挡后，将频率降为400Hz一般不用校谁。可用400Hz各挡测几个标准电感或电阻，若误差太大，可能是频率或振幅较之40kHz挡变化太大，应检查电容C7和C8是否不准或不等。
由于电感有直流电阻、寄生电容，本电感表测量的是总阻抗，因而当电感的寄生电容、直流电阻过大时，测量误差也会较大。为减少寄生电容影响，本表设置400Hz,40kHz两个频率作测量频率，当电感大时，寄生电容也往往较大，只能用低频测量，以减少电容造成的误差。对于直流电阻，若在测量频率下，电阻小于感抗的10%，则测量误差<0.5%；若电阻小于感抗的20%，pi误差＜2%；当电阻大于感抗的20%时，误差过大，不宜测量，或测量后剔除电阻造成的误差。例如用40kHz测收音机中波中周电感，约585 wH，工作正常，若在 400Hz下测量，其感抗只有1.5Ω，而直流电阻高达5Ω，测出的就只能是电阻而非电感了。
另外，当测量带有磁芯的电感时，还要考虑磁芯导磁率的影响。磁芯导磁率不是常数，而是磁通密度的函数。当磁通密度为零时，磁芯有一个初始导磁率。当磁通密度增大时，导磁率上升，且有一个最大值，然后随磁通密度增大而减小，当磁芯达到磁饱和时，导磁率趋近于1。例如，用本电感表测16.5 wH的空芯电感，在20wH挡显示16.50；在200wH挡显示16.5；在2mH挡显示16；在20mH挡显示1，误差较小。而测量带磁芯同一电感时，往往各挡读数均不一样，有的误差达百分之几十甚至几倍，这并不是电感表的误差，而是各挡工作电流不同，因而磁芯磁通密度不同，导致导磁率的不同，致使电感量不同
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楼主: yzx
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发表于 2009-6-7 19:41
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