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電容測量儀范文第1篇

關鍵詞：電感電容；LC振蕩電路；AT89S51；頻率測量電路

中圖分類號：TP216文獻標識碼：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，自由振蕩產生一頻率為F1的正弦波，由LC振蕩電路原理有：

該正弦波經分頻器100分頻后，變為一幅度為5 V的方波，該方波從單片機AT89S51的P3.4腳引入，由定時器T1產生200 μs的閘門時間，在定時器T1定時1 s期間內由計數器T0對外部脈沖進行計數，所獲得的計數值m即為被測脈沖信號的頻率。這時測得的頻率F1為后續的數據處理作準備。當AT89S51完成對自由振蕩期振蕩頻率F1的測量后，校準電容Cb自動接入LC振蕩電路，這時產生一新的振蕩頻率Fb。

當待測電感或電容通過選擇開關接入LC振蕩電路，振蕩頻率將會發生變化。如果一待測電感Lx接入電路，和已知電感值的L1是串聯的，因而電路中總的電感為L1+Lx，這導致振蕩頻率變為：

同理如果一待測電容Cx接入電路，但和已知電容值的C1是并聯的，因而電路中總的電感為C1+Cx，這導致振蕩頻率變為：

從上述關系可以看出，基準電容Cb的精確度是整個系統測量精確度的關鍵，因此Cb選用精度高的精密電容，從而整體上提高了整個測量儀的測量精確度。

2 電路的設計與實現

2.1 AT89S51單片機介紹

單片機是整個測量儀的核心。根據測量的要求和單片機的總體性能,如運算速度、抗干擾能力、I/O端口、中斷源、存貯容量、性價比等,采用性能優越的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。它帶有4 kB可編程和擦除的讀寫存儲器,128 B RAM，4個8 b的并行I/O口,2個16 b定時器/計數器,6個中斷源，1個全雙工串行口。AT89S51的應用范圍廣，既可以用于簡單的測控系統，又可以用于復雜的邏輯控制,而且應用系統組成靈活、方便、性能穩定。圖2為AT89S51的引腳圖。

圖2 AT89S51引腳圖

2.2 100分頻電路

因為單片機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100分頻后，變為頻率范圍為4~30 kHz，落在單片機所能測出頻率的范圍內。74HC390是二-五進制計數器，可以接成100進制的計數器。100分頻電路如圖3所示。

圖3 100分頻電路

2.3 LCD顯示電路

點陣字符型液晶顯示器專門用于顯示數字、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/點陣驅動器/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果。HD44780具有簡單而功能較強的指令集，可實現字符移動/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式的電容反饋式振蕩器。該振蕩電路的主要特點是容易起振、頻率穩定度高、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，如何盡最大可能擴大LC振蕩電路的工作頻帶，成為影響整個測量儀性能的關鍵因素之一。該電路原理如圖5所示。

圖5 LC振蕩電路

3 程序設計

由于采用單片機測量頻率和處理相關的運算，其涉及到浮點數的運算，如果采用匯編語言來編寫浮點數的運算，工作量將很繁重。因而選擇C51來編寫程序，使得浮點數運算的程序編寫量大大簡化。并且整個程序設計結構采用標準的函數模塊方式，使整個程序的結構清晰。整個測量程序的流程圖如圖6所示。

圖6 測量程序流程圖

4 結 語

該電感電容測試儀采用單片機智能控制，數字顯示、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，都能滿足一般應用場合的需要。

參考文獻

［1］何立民.單片機高級教程應用與設計［M］.北京:北京航空航天大學出版社,1999.

［2］曾興雯,劉乃安,陳鍵.高頻電路原理與分析［M］.3版.西安:西安電子科技大學出版社,2001.

［3］王建校,楊建國,寧改娣,等.51系列單片機及C51程序設計［M］.北京:科學出版社,2002.

［4］劉大茂.智能儀器(單片機應用系統設計)［M］.北京:機械工業出版社,1998.

［5］林秋華,王兢,劉志遠.LCR自動測試系統［J］.計算機應用 2001(1):31-33.

［6］徐Z,張銀玲.基于虛擬儀器技術的LCR測試儀的設計［J］.廣西輕工業,2008(1):59-60,87.

［7］周生景.高精度LCR測量系統的設計研究［J］.電子測量與儀器學報,2003,17(3):1-5.

［8］李念強,劉亞,經亞枝.一種新型RLC數字電橋的研究［J］.南京航空航天大學學報,2001,33(5):490-494.

［9］鄭景華,劉忠民.電流負反饋電容三點式振蕩電路［J］.河南大學學報:自然科學版,1995(9):84-86.

［10］張靜,趙世平,胥尚昆.用于調頻式電感傳感器的高穩定性LC振蕩電路［J］.工具技術,1997(1):38-40.

［11］葉樹亮,李東升.改進型高穩定度LC振蕩電路的研究［J］.中國計量學院學報,2003,14(3):174-177.

作者簡介

電容測量儀范文第2篇

關鍵詞：蓄電池；放電；keil C

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：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

蓄電池在工農業生產和軍事裝備中使用量巨大，許多電子設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，長期使用后（約2～3年），電池容量會明顯減小，其特征是剛充滿電的電池，連接負載后便迅速耗盡，使用壽命大大縮短。如果采取大電流持續放電方法來活化電池，可以恢復絕大部分的電池容量，延長電池壽命（約2～3倍），既可節約大量用于購買蓄電池的經費，也減少電池造成的環境污染。我們提出研制恒流放電容量測試儀。

1 系統功能

恒流放電容量測試儀主要有四大功能。分別如下：

參數修改功能：用戶可以修改測試儀五個參數，包括放電電流、放出容量、終止總電壓、放電時間和實時時間。

故障自動記錄與清除功能：如果測試儀出現故障，能夠自動記錄故障出現的日期和時間，以便用戶查找故障原因。

停止放電自動記錄功能：無論人工干預停止放電，還是故障導致停止放電，都能夠自動記錄停止放電的日期、時間和原因，以備查閱。

開始放電/停止放電功能：用戶認為各項參數設置正確，下達開始放電命令，放電即刻開始。

2 系統總體方案設計

2.1 硬件總體方案設計

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單片機電路，電源電路，觸摸屏及其控制電路，LCD 顯示模塊，PWM信號驅動電路，存儲器及時間芯片電路，數據采集電路[1-2]。

ATMAGE128單片機是本儀器的主控核心，觸摸屏作為輸入設備，LCD 顯示模塊完成界面顯示功能，PWM信號驅動電路可以直接驅動IGBT進行斬波調整負載，存儲芯片中存儲放電曲線數據，時間芯片是整個放電器的時間基準，為放電過程提供時間累積數據，同時為停止放電提供時間點，數據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理電路。具體硬件設計思路見參考文獻3[3]。

2.2 軟件總體方案設計

根據系統功能和使用需求，給出主操作界面框圖，如圖2所示：

圖2 主操作界面框圖

其中參數修改可以修改五個參數，分別是放電電流、放出容量、終止總電壓、放電時間和實時時間。程序中設置一個通用數字小鍵盤，用于輸入數字，每個參數都有其輸入范圍，超過這個范圍則要求重新輸入。參數修改框圖如圖3所示：

圖3 參數修改框圖

清除記錄、停放記錄和開始放電/停止放電分別實現本系統其它三個功能。

為了實現上述功能，設計的主操作界面如圖4所示：

圖4 主操作界面

主操作界面分為實時顯示區、操作區和設置參數顯示區。

實時顯示區（圖中左上區域）主要用于顯示實測參數和放電曲線。操作區（圖中右上區域）用于用戶向測試儀發送操作指令。設置參數顯示區（圖中左下部區域）顯示用戶設置的放電電流、放電電壓、放電容量和放電時間。

本方案采用keil C作為軟件編譯調試平臺[4-5]，恒流放電容量測試儀的軟件實現的功能有：對輸入電源的電壓電流進行實時測量和顯示，開始放電，停止放電，參數設置，清除記錄，停放記錄查看，放電曲線查看，在放電狀態下累計放電時間，累計放電容量，繪制放電曲線。

本測試儀可以存儲五條放電曲線，即可以保存最近放過電的五塊電池的放電數據，這些數據包括放出的電池容量，放電時間，放電電壓和放電曲線。

數據存儲、修改及顯示子程序的調用通過可視化圖形界面與用戶交互，該交互系統作為軟件方案設計的核心部分，占整體工程量的百分之七十。

3 程序實例

以恒流放電容量測試儀的主操作界面為例，其部分關鍵程序如下：

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（）； //畫筆移動方向為垂直移動

L=30；H=28；writeadrr（L，H）； //設定繪圖初始點像素地址

for（m1=0；m1

{ writedata（0Xc0）； }

……

horical_shift（）； //畫筆移動方向為水平移動

L=0；H=0；writeadrr（L，H）； //設定繪圖初始點像素地址

for（i=0；i

{ writedata（0Xff）； }

……

coordinate（）； //刷新實測參數、放電曲線顯示區的內容

word_mode（）； //切換LCD為文字模式

L=1；H+=22；writeadrr（L，H）；

writehz（'電'）；writehz（'流'）；writedata（'='）；//在設置參數顯示區顯示設定的放電電流值，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，能夠完成單節或雙節串接12V電池的放電工作，在每節電壓不大于13V情況下，也可完成三節串接12V電池的放電工作；功能與指標完全滿足使用需求。通過調整軟件功能模塊的參數，可以完成自定義用戶界面、設置參數的門限值、繪制復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行放電活化處理，延長了電池的壽命（約2～3倍），恢復了電池的容量，解決了蓄電池無法進行放電維護的問題，為使用方節約了經費，具有較大的經濟效益。

參考文獻：

[1] 沈建良，趙文宏，賈玉坤.ATmega128單片機入門與提高[M].北京：北京航空航天大學出版社，2009.

[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測儀的電路設計[J].測控技術，2013（32）：10-13.

電容測量儀范文第3篇

（中國核動力研究設計院反應堆燃料及材料重點實驗室，四川 成都 610041）

【摘　要】對長間隙工件間隙電容法檢測技術的原理進行了闡述，開展了檢測系統的構成和功能模塊設計、標準測量塊的設計及研制、探頭設計、檢測儀器設計等研究工作，對影響檢測工藝的影響因素進行了分析，開展了測量系統的評價試驗，最終實驗數據表明檢測精度滿足測量要求，探頭規格符合檢測工況要求，抗干擾能力強，整機符合最初設計的技術要求。

關鍵詞 間隙測量；電容法；標準測量塊；探頭設計

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鍵技術之一，在其制造工藝中必須對該長間隙進行100%的無損檢測。電容法測量間隙采用非接觸式測量，不會劃傷工件，測量精度高達0.03mm。采用電容測量工件間隙的原理樣機具有測量范圍廣、安全無損檢測、檢測精度高，可應用于不同金屬材料的間隙測量。

1　電容法測量間隙的原理

探頭伸進間隙內，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。采用非接觸式電容法檢測技術實現對此微小電容的相對測量，從而實現對間隙的測量。

當極片電容傳感器插入工件間隙時，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。當兩個電容C1、C2串聯時，串聯電容C可以用公式（1）計算。

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：極片間介質的介電常數，F/ 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　研究內容

2.1　檢測系統的構成和功能模塊設計

對于一個檢測系統的最初設計需要根據自己的需要設計出其大致的系統構成和各自功能要求，針對本檢測系統初步設計如下：（1）標準測量塊：繪制標定曲線、校準儀器；（2）探頭：信號獲??；（3）檢測儀器：信號放大、濾波、轉換、數據輸出；（4）數據處理：數據分析統計，讀數顯示。

2.2　標準測量塊的設計及研制

標塊是用于繪制標定曲線和校驗儀器讀數用的必備部件。標塊結構能夠模擬被測工件的結構，間隙范圍要含蓋我們的測量范圍，為此我們設計如下專用間隙標塊，間隙值為1.10mm、1.15mm、1.20mm、1.25mm、1.30mm、1.35mm的標定試塊，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　探頭的設計

本系統的關鍵技術之一是實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、抗干擾能力強，探頭結構足夠長，足夠薄。實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　檢測儀器的設計

檢測儀器的功能是建立電容信號與間隙值之間的邏輯關系，可是通過電容的絕對測量和相對測量方式來實現對間隙的測量。經過理論計算和實驗驗證，發現絕對測量的電容的信號非常?。?0-5pF），且信噪比不高，電路實現非常困難。于是采用電橋平衡原理的相對測量方式來實現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，當檢測探頭和平衡探頭處于相同狀態時，電橋保持平衡，無信號輸出。當檢測探頭伸進間隙后，電橋平衡被打破，有電信號輸出，利用標塊建立的標定曲線可建立起間隙大小和輸出信號之間的對應關系，從而實現對間隙的測量。我們已經研制出的檢測儀器，其檢測通道是由電腦控制的，具有石英晶體振蕩頻率，激勵信號頻率倍頻可調的信號檢測通道。它的激勵信號經過可調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數字調零、相敏檢波、相位旋轉和可調增益放大器處理，然后進入數據采集單元，經過A/D接口送入計算機系統。計算機系統完成儀器的管理、控制、計算和圖形顯示。

3　影響因素的研究

3.1　被檢工件材料對檢測數據的影響

由于實際電容生成的復雜性，我們必須驗證被檢工件材料對測試數據的影響。具體方法是通過檢測不同材料相同間隙的工件，對數據分析統計得出結論。實驗中，用銅材質的標塊標定的儀器測試銅、不銹鋼、鐵工件的間隙，重復測量三次，實驗數據顯示不同材料的測試數據最大偏差為0.02mm，我們認為金屬材料對于檢測數據的影響在檢測精度范圍之內，可以忽略不計。

3.2　檢測速度對檢測數據的影響

在檢測過程中我們發現，由于探頭很長，在伸入間隙的過程中探頭晃動比較厲害，儀器的讀數顯示數據跳動很快對于現在的手動測試數據階段不利于數據的讀取。當探頭處于靜止狀態時，讀數穩定而且數據顯示正確。參考以前的間隙測量系統的數據采集，為探頭每運動一段距離后，處于靜止狀態采集一個數據。所以，對于檢測速度對檢測數據的影響，不僅要考慮到儀器本身的數據采樣率還應結合實際檢測效果和檢測效率綜合考慮。目前我們建議采用每運動一段距離，當探頭處于靜態時采集數據的方式檢測效果最可靠。

4　間隙檢測系統的評價實驗

對間隙檢測系統的評價實驗主要是為了根據最初設計的技術要求測試整個檢測系統的檢測精度、功能要求。

4.1　實驗步驟

4.1.1　儀器準備

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

4.1.2　參數選擇

（1）進入“布局”菜單，選擇“單阻抗平面圖”；

（2）調節參數欄中的全部參數欄，設置探頭驅動為5。調節頻率為100K，實際可根據檢測后的信號來微調頻率；

（3）選擇設定主菜單下的探頭驅動、探頭增益設置子菜單，調整匹配大小，使探頭校準曲線為正弦波曲線；

（4）選擇設定主菜單下設定平衡中心位置子菜單，設置平衡位置；

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

（6）根據不同標塊測出的幅值點，輸入標定曲線值并應用于當前的檢測狀態。

4.1.3　實施檢測

（1）檢測標塊若讀數與標塊的間隙值一致，則開始檢測實際工件；若讀數與標塊間隙值不一致，則需要重新標定曲線。檢測完畢后再次測試標定試塊驗證數據的正確性；

（2）關閉軟件，關閉儀器。

4.2　檢測系統精度測試

在檢測狀態下，重復測量不同的間隙標塊5次，統計出平均值，以最大值和平均值的偏差作為檢測系統的精度評價。

4.3　儀器評價

針對1.15mm～1.35mm范圍間隙測試的數據可以看出，最大偏差出現在規格為1.35的銅材料間隙塊的測量數據中，最大偏差為0.03mm。探頭規格符合檢測工況要求，抗干擾能力強。數據的采集分手動式和自動式，且帶有軟件自動統計處理數據功能。整機符合最初設計的技術要求。

5　結論

電容法間隙檢測系統原理創新點在于實現了小、長間隙的高精度非接觸式測量。已經研制出的原理樣機、專用測量探頭和間隙標塊，測量精度高達0.03mm。該檢測系統性能穩定，使用方便，體積小，可適用于核能、機械、航天航空等領域中的小、長、金屬間隙的測量，具有廣闊的工程應用前景。

參考文獻

［1］強錫富.傳感器[M].3版.機械工業出版社，2001.

［2］方敏佩.新編傳感器原理、應用、電路詳解[M].電子工業出版社，1994.

電容測量儀范文第4篇

關鍵詞：單片機；交流阻抗特性；等效電路參數

中圖分類號：TP216 文獻標識碼 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，其具體表現為一定電阻R、電容C和電感L的串聯、并聯或混聯在給定信號頻率下所得到的等效阻抗。頻率相對較高時，電路還可能產生相對較大的寄生電容、電感，從而出現寄生阻抗。如何快捷準確地獲取電路在不同工作頻率下的等效電路參數，對電路的分析與設計來說有著特殊重要的現實意義[1]。

已有的交流參數測試儀，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，以下統稱為負載電路）的等效參數測量[2-6]。本設計所實現的電路交流等效電參數分析儀的核心即為交流阻抗特性分析，通過采用單片機產生激勵信號，能分析出給定工作頻率下負載電路的交流阻抗特性，并進一步得到其等效電路參數。

1硬件電路

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

圖1 等效電參數分析儀原理圖

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（MCU）接收識別，放大電路型號為AD620。整流濾波電路，用于將采樣信號轉化為單向脈動波并濾除附帶產生的雜波信號，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結合555定時電路模塊構成RC振蕩器，所產生的信號頻率送入單片機識別，進而確定出接入電路的電容值。其中，可調電容C與電路的連接通過開關控制，該可調電容C為特制的雙可調電容（構成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節），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，如當電路串聯諧振時，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，用于將負載電流轉換為電壓信號，再送入放大電路。 為負載電路。

2算法設計

根據有效值、功率因素的計算結果[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。 的正負與負載的特性有關，若負載為非電容性；則 ，若負載為非電感性則 。令 ，則有

（2）

系統采用調節可變電容C并結合單片機采集到的電流大小變化情況的方法，確定（2）中的正負符號，即實現負載阻抗特性的判定。由于可調電容與被測負載并聯，設被測負載的電導和電納分別為 和 ， 可調電容電納為 ，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

當端電壓有效值恒定時，電流有效值

（3）

即： （4）

可見，當 與 同號，即被測負載為電容性時，電容增大，電流 單調上升；而當 與 異號，即被測負載為電感性負載時，電容增大，電流 將先減小而后增大。因此，單片機可根據電容調節過程中采集到電流變化情況，判斷出負載的阻抗特性。在此基礎上，設負載 的等效阻抗為 ，由于測量電路為可調電容C與負載 并聯，然后再與定值電阻 串聯，根據電路串并聯關系，則有：

（5）

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

（6）

（7）

因此，對于給定負載（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，便于電路的分析與設計。

3 系統測試

系統設計完成后，通過鍵盤設定激勵信號幅值和頻率，調節電容旋鈕，即可讀出負載的等效電路參數。首先測試并選取了三個R、L、C電路元件，其參數值分別為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電路和并聯電路，并同時具有典型的二端口結構，然后分別測試了信號頻率為1KHz時，負載的等效電路參數。用 Idealization（I）和Test （T）分別表示理論值和測量值，結果如表1所示。

表1 測試結果

Tab.1 Test results

電阻（） 電感（mH） 電容（uF） 串聯（；uF） 并聯（，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

測量結果表明，在1KHz頻率下，所搭建的串聯電路具有阻容特性，而并聯電路具有阻感特性。等效電路參數測量結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，導線等所引入的分布阻抗。

4 結束語

本文設計了一種電路交流等效電參數分析儀，可用于完成無源二端口電路的等效電參數測量。在測量交流等效參數時（特別在用作RLC測試儀的情況下），若測量頻率較高，分布參數影響將較為顯著，對低標稱值元件的測量尤為不利。如何減小分布參數對測量結果的影響，還有待進一步研究。

參考文獻：

[1]陳鵬，李固，邊雁，等.采用RLC激勵的EMAT圓柱探頭設計參數分析[J].傳感器與微系統2012，31（2）：77-80.

[2]王秀霞 電阻電容電感測試儀的設計與制作[J].電子技術，2012，30（2）：47-49.

[3]任斌， 余成， 陳衛等.基于頻率法和 MCU 的智能 RLC測量儀研制[J].微計算機信息，2007，23（10）：129-130.

[4]陳小橋，黃恩民，張雪濱，等.基于單片機與 AD9851 的信號發生器[J].實驗室研究與探索2011，30（8）：98-102.

[5]李軍騎，羅偉，郭佳平. 基于MSP430F149 的RLC、頻率及相位差測量儀的設計[J].電子元器件應用2010，12（11）：24-27.

[6]韋煒.電容器和電感器交流參數測量方法的對比研究[J].現代電子技術2012，35（13）：105-107.

[7]李林. 基于 DDS與MCU的電參數測量系統設計[J]. 國外電子測量技術，2011，30（2）：47-49.

電容測量儀范文第5篇

關鍵詞：GPS；測量；誤差

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

1GPS技術在實際工程測量中應用的特點

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

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，實踐中發現如果距離比較遠時，GPS測量優越性就進一步顯現出來。大量工程實踐經驗表明，GPS技術在實際測量中靜態定位的精度能夠達到毫米級和動態定位的精度能夠達到厘米級。其中，GPSRTK的定位精度已經完全滿足用于大比例尺地形圖測繪。

1.3 成本低、經濟效益高在國內外實測資料的統計數據表明，與傳統的測量技術相比，用GPS技術建立控制網，外業費用可以節省70%~80%左右，這筆費用主要是因為造標的費用的節省和因為提高了工作效率大大縮短工期而節省下來的。同時，可以想象隨著GPS接收機的性價比不斷地提高，其經濟效益勢必還會更為顯著。

1.4 各個觀測站之間不要求相互通視經典的測量在通視條件上要求較高，同時還必須保障三角網的良好圖形，這些限制條件加大了工程測量實踐的難度。大量工程實踐經驗表明，GPS在實際測量中，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，使得可以更為靈活地選擇點位。在實踐中，我們也發現，GPS測量雖然沒有測站間通視的要求，不過為了防止GPS衛星的信號受到干擾，在觀測站的建立上應確保其上方空間足夠的開闊（視野>15°）。

1.5 測量效率高在當下的工程測量實踐中，如果用傳統的靜態相對定位方法，完成一條基線（不超過20Km）的精密相對定位，用單頻接收機大約要花到1h到3h的時間，如果用雙頻接收機可以將用時縮到15min~20min的時間，隨著對快速定位方法的進一步研究。近年來，GPS技術發展的短基線（不超過20km）快速相對定位法，使得初始化觀測用時只要幾分鐘而已，同時實現了隨時定位。

1.6 提供三維坐標傳統的工程測量，是分別采用不同的方法對平面和高程進行施測的，利用GPS技術實施測量，除了可以精確測定觀測站的平面位置，同時還能夠將觀測站的大地高程精確測量出來。

1.7 全天候作業實踐證明，GPS觀測技術在工作中不受時間、地點的限制，可以連續地工作，通常情況下受天氣狀況的影響也較小。

2GPS技術的測量在實際應用中的問題

2.1 GPS系統的局限性在實際的工程測量中，GPS技術的局限性還是比較明顯的，只有在了解了GPS技術的局限性后，才能夠保證GPSRTK測量的成功。實踐經驗表明，局限性恰是來源于整個GPS系統本身，GPS技術依靠的是無線電信號，發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，其穿透能力和波動性都很弱，對于衛星和GPS接收機之間的障礙物很難穿透或衍射過去。實踐表明，對于GPS接收機和衛星之間路徑上的任何物體都會對GPS測量結果構成負面影響。

①GPS系統不可以在室內、隧道內或水下使用。因為這些場所對無線信號全屏蔽。②樹木會部分阻擋、反射或折射信號，在樹林茂密的地區，GPS系統在接收信號時會受到一定程度的影響。實踐中發現，樹林中有時也會有足夠的信號來進行計算概略位置，不過信號的清晰度很難到達厘米水平的精確定位。③大量實踐證明，GPS RTK測量在部分障礙的地區只要觀測到足夠的衛星（不低于5顆適當分布）來精確可靠地實現定位，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據的有效作用距離是GPS RTK技術實際測量中的最大問題。伴隨隨參考站和移動站距離的增加，GPS誤差的空間相關性將逐漸地失去線性，實踐證明，在較長的距離下（通常情況下單頻>10km，雙頻>30km），在經歷差分處理后，用戶數據還是存在著很大的觀測誤差，導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，傳統的單機的RTK作業距離都是十分有限的。

2.3 系統性誤差高精度的GPS實時差分定位是目前最廣泛使用的測量技術之一。不過，它的應用受到了電離層和對流層影響的限制，這些影響在原始數據中產生了系統性的誤差。

①電離層傳播誤差。理論研究和實踐經驗表明，GPS衛星信號在穿過電離層的過程中，由于該介質彌散特性對信號的影響，勢必引起衛星信號在傳播上發生路徑的變化，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。在實踐中，GPS系統的接收機天線接收的信號是混合的，除了直接來自于衛星的信號之外，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。多路徑效應對測相偽距的影響可達厘米級，有時甚至造成衛星信號的失鎖，使得載波觀測量產生周跳。實踐中，這意味著流動站(移動站)接收機和參考站之間的距離不得不減小許多，以保證系統有效地工作。

參考文獻：

[1]周忠謨.GPS測量原理及應用[M].北京：測繪出版社，2002.

[2]隋海燕.GPS RTK的測量原理及應用[J].北方交通,2009,(04).

[3]馬韌韜.GPS RTK的應用及使用中的問題[J].新疆有色金屬,2009,(2).

[4]邵軍,胡和發.深度探討GPS RTK在工程測量中的應用[J].科技資訊, 2009,(19).