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当前位置:首页 >> 文章中心 >> 基于自由轴法的RLC测量仪表设计
   
 
  作者:佚名 来源:网上搜集 浏览次数: 添加时间:10-08-21
 
 
摘要: 本课题研究了包括固定轴法在内的几种RLC的传统测量方法,并进行了优缺点的分析和论证,采用了较先进的自由轴法,给出了具体实现方案。 本课题要求设计正弦信号源、基准相位发生器、积分式A/D转换器和微处理器控制电路,以及数字显示电路。要求对于自由轴法的计算方法进行严密推倒,分析电子线路实现时可能造成的误差,以及软件编程对本仪器精度的影响。

题目名称:基于自由轴法的RLC测量仪表设计
技术要求:
1)测量准确度:  O.05%.
2)显示范围:  :0.0001 mH--- 99999H.
             C: O.0001 pf---99999 .
             R: O.0001 ---99999k

本课题研究了包括固定轴法在内的几种RLC的传统测量方法,并进行了优缺点的分析和论证,采用了较先进的自由轴法,给出了具体实现方案。
本课题要求设计正弦信号源、基准相位发生器、积分式A/D转换器和微处理器控制电路,以及数字显示电路。要求对于自由轴法的计算方法进行严密推倒,分析电子线路实现时可能造成的误差,以及软件编程对本仪器精度的影响。
整个设计要求设计并画出全部硬件电路图和详细的程序流程图,应着重描述清楚系统的程序流程和算法的程序设计要点。
说明:为避免与其它(本届的电导率测量和上届的RLC测量仪器)题目的实现方案重复,对于同一环节(例如积分式A/D)的实现应不同。建议本题的双积分A/D采用运算放大器和比较器以及一些阻容元器件搭成,不采用专用A/D转换器(例如ICL7135)。

智能化RLC测量仪原理
摘自:赵茂泰 主编.智能仪器原理及应用(第2版).北京:电子工业出版社.2005年,P178--193。    
l                 RLC参数的测量方法主要有电桥法、谐振法和伏安法三种。电桥法具有较高的测量精度,被广泛采用,现已派生出许多类型。但电桥法测量需要反复进行平衡调节,测量时间长,很难实现快速的自动测量。
l                 谐振法要求较高频率的激励信号,一般不容易满足高精度的要求。由于测试频率不固定,测试速度也很难提高。
l                 伏安法是最经典的方法,它的测量原理来源于阻抗的定义。即若已知流经被测阻抗的电流相量并测得被测阻抗两端的电压,则通过比率便可得到被测阻抗的相量。显然,要实现这种方法,仪器必须能进行相量测量及除法运算。
伏安法
伏安法可用图6—25所示的原理电路来说明。图中是已知的恒流源相量;是已知的标准阻抗 (为计算方便一般选为实电阻);被测阻抗串联。则分别测出两端的电压相量Us和Ux,便可通过计算得到待测阻抗

其中Ux的大小反映了流经被测阻抗Zx上电流相量的大小。
上述测量实际上是先分别测出各个电压相量的两个分量,然后再通过一系列运算得到被测值Zx的数值。图6-26示出了采用了微处理器的RLC测试仪原理框图。
伏安法有固定轴法和自由轴法两种实现方案,其区别在于图6—26中相敏检波器相位参考基准选取的不同。实际相敏检波器的相位参考基准代表着坐标轴的方向,相敏检波器的输出就是待测电压在坐标轴方向上的投影。
图6—25 伏安法测量原理

图6-26 RLC测试仪原理框图
    固定轴法要求相敏检波器的相位参考基准严格地与式(6.8)分母位置上的相量一致,这样分母只有实部分量,使相量除法简化为两个标量除法运算。利用双积分式A/D转换器的比例除法特性即可实现这一目的,这种方法在计算机引入电子仪器之前被大量采用。这种方法的弱点在于:为了固定坐标轴,确保参考信号与信号之间的精确相位关系,硬件电路要付出相当大的代价。
    自由轴法中相敏检波器的相位参考基准可以任意选择,即x,y坐标轴可以任意选择,只要求保持两个坐标轴准确正交(相差90),从而使硬件电路简化,准确度也得以提高。自由轴法的计算量比较大,近年来智能RLC电路大都采用这种方案。
6.3.2        自由轴法测量原理
(下文中有关“固定轴法”摘自于:陈尚松 等编著.电子测量与仪器.北京:电子工业出版社,2007年2月,p302)
   采用相量电压一电流法,即将阻抗看成正弦交流电压与电流的复数比值,即








 
 
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