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大小通吃的电感表，精度还很好 ----许剑伟 莆田十中  1、制作 先是试制了网上流行的LM311电路。因手上没有LM311，用LM393代换。虽然只有几个元件，但也焊接了几个小时。 原电路出现以下问题： 1、频率稳定性不好，跳得比较历害 2、测量大电感误差非常大，可达20% 3、测量更大的电感，如10H以上的电感，很多无法测量，不起振。 解决方法： 用示波器观察，谐振器上面的波形非常差，说明电路Q值太低。 原电路使用33k电阻反馈（就是那3个100k电阻的并联值），测大电感时，频率低，阻抗大比33k电阻还大， Q值严重下降，造成电路不起振，就算起振了，测值误差也大得惊人。所以改用1兆欧高阻耦合。 改了之后，可以测到1000H以上的大电感，而且很准。 2、性能 为了与电桥比对，所以上限频率只做到200kHz，辅助电感是220uH 零点缓慢漂移，得经常清零，比较讨厌。这是谐振元件温漂害的。 不过，秒一级的稳定性比较好，读数不会乱跳，因为频率只会跳1个计数值（1计数对应2Hz，计数时间采用0.5秒），所以清零后，及时测量，还是可以准确测量0.x uH电感的。 从几uH到1H之间实测来看，误差小于1%，1H到几百H，误差可以5%左右估算，一般是偏大。因为本电路测量大电感的电压比较高，不易与电桥比对。铁芯电感的电感量随测量电压升高，电感量略有增加。 3、校准 #p#分页标题#e#通过修改程序中的这一句校准： c0 = 3.12e-9 * c2c(f); 其中3.12e-9表示谐振电容在1kHz频率下是3.12nF。 实测700uH空芯线圈，根据误差大小，调整3.12的值，重新下载，使得测量准确。 本表测量的结果实际上是等效并联电感。 4、电容容量修正 •谐振器的极限谐振频率是200kHz。 •涤纶电容随频率变大而变小，所以程序内建修正表，改正电容的容量误差。 以下是3.12nF电容的真值修正表，其中b数组是容量的修正系数 code float a[5]={100, 1000, 10000, 100000, 200000 }; //频率 code float b[5]={1.004, 1.000, 0.992, 0.975, 0.973 }; //修正量(涤纶原真修正表) •修正值改进 那个1M欧的耦合电阻，在超声波范围内并不是存阻的。当频率较高时，电阻两端的分布电容及LM393内的信号耦合是不可以忽略的。虽然是电容耦合量很小，但在密勒效应的作用下，会被成百上升倍放大，有效谐振电容变小。频率比较高时，谐振器的阻抗很小，所以反馈系数非常弱，这就造成密勒效应的影响严重，可影响2%以上，为此高频率下，有效谐振电容仅修正系数仅为0.973是不够的。 此外，LM393的延迟也会造成振荡频率变小，引起测值变大。如果谐振器高Q，则影响小。整个回路的Q值只有20左右，所以频率高时，这个影响也是不能忽略的。用排除法证明：表笔接20R电阻测量电路中的那个功率电感，结果输电感量变大了2%，并联串联关系的转换远没有2%变化，谐振电压的变化也远不足以造成2%的变化，而接电阻后谐振阻抗变低，密勒效应更大，应造成电感量测值变小才对。显然，这2%的增加是LM393引起的。 以上因素，结合起来，修正表变为 code float a[5]={100, 1000, 10000, 100000, 150000 }; //频率 code float b[5]={1.004, 1.000, 0.992, 0.960, 0.950 }; //修正量(综合修正表) •测量100uH以下的电感的改正 测量这种电感，频率大约在150kHz至200kHz 这个范围内频率变化，产生如下效果：#p#分页标题#e# 功率电感约有0.5uH的变化，电感量随频率变大而变小，引起电感测值变小。 涤纶电容随频率增加，容量变小，引起电感测值变大。 以及其它方面因素影响，相互补偿，最后结果150kHz以后的电容修正值与200kHz的修正值是一样的。所以电容修正表上限只要做到150kHz即可，大于150kHz的使用150kH的修正值。   以下内容： PCB板及上面的元件及 1602液晶。 主谐振电容使用云母电容。这种电容稳定性好且高Q，有助于提升谐振器Q值，但精度不行，得进行标定。到时标定了再给大家。 大约制作20套以内，做这东西比较费时，还得等我有空。大约用时几个星期吧，多于20套也不大算制作了。 如果远不足20套，那就每人两套。小量做这东西本身贴钱的，请体量。 主要功能： 用于矿机元件测量。因为量程很宽，照顾了小电感精度，则大电感量程上不去，反之，照顾大电感，小电感精度受到一定的影响。不过，测量精度总体还行，谐振法测量，还是比较好的测量方法。精度大约在2%至3%级别，实测结果是，小电感1%左右误差，超大电感5%左右误差。 谐振法测量对电感的Q值有一定要求。所以测量大电感的次级是不行的，次级电感小，谐振频率高，超出变压器的自谐振频率，所以无法则量。当然，把初级去除，次级就可以测量了。 可以测量1uF以下的无极性电容。精度一般，也就普通万用表的水平。精度与电感档差不多。最小分辨力比万用表好，可达0.1pF，所以测量几pF电容是可以的。我可能会屏蔽这个功能，有需要的自行打开此功能。因为测小电容用Q表更历害的，它有固定的接线柱，测量更可靠。 如果有热心人愿意帮助大家出套件，我就多开一些板子，小于50片免费赠送。因为一次性开板50片与100片，费用差不了多少，我就多开板50板即可。 我增加一个RD测量功能 1N5819  1N4148  1N60   #p#分页标题#e# 这次给坛友做的是电感表(附加小电容测量)，给矿机制作使用的，不做频率计。 矿机DIY，需要测试电感、电容。偶尔频率测量可以使用示波器即可。 准确的频率测量，可以用数字示波器或频率计或万用表，这些仪器量程宽、表笔也是专业的，弄个二手的也不贵。DIY要达到或接近它们的水平，是很费劲的。 如果给这个LC表加入频率计，功能上会显有些重复，因为最高也只测到到10MHz左右（普通示波器也可以达到这一级别），为了提升灵敏度，还要加入一组高频放大器，吃力不讨好。因此，测频率接口让位给Rd测量接口了。 因为这个LC表本身就自带频率计，只是没有设计信号输入及放大接口，有需要的，还是自行DIY一个接口板吧。不过，分布参数对测量是有影响的，接口及切换开关没弄好，会影响到L/C的测量精度。 我自己也曾经DIY过收音机、矿机等。上学时期，觉得很难。根本原因就是元件参数测不出来、波形也看不到，瞎搞。DIY收音机有两种形式，一种是用套件，这是别人设计好的，安装容易。还有一种就是根据现有元器件，电路、电感……通通自己搞，这个难度就大了很多，带有“设计”的成份了，需要知道元器件的参数。制作矿机，“设计”的成份多。 Rd测量倒是挺实用的，用万用表测量Rd很麻烦的。当你要批量比较Rd时，万用表测法就相当费事了。所以这次决定增加一个Rd测量模块。不然，一块8cm*5cm的PCB板子上，剩余一大片，觉得可惜。PCB厂是按面积计价的，不是按钻孔数量算钱的(钻50孔与钻500孔，费用一模一样)，所以我尽量把PCB排满。 两年前，与大家一起讨论矿机，为了测量大电感、二极管Rd，没有现成工具可以测量，都是使用间接方法，所以这次就解决这个问题。只要元件夹上去，参数就出来了。 实际上，要保各种电感都测量正确，还要加一个1H左右的辅助电感。电路图如下。 这个1H的电感没地方买，得自己绕。比如使用节能灯的EI形磁芯，大约用0.1至0.15线径吧，绕满。 需要降频测量时，采用A、B夹子，然后短路清零。不需要降频，使用A、C夹子。  说明书 因元件不够，所以主板上两个472电容未安装。但也可以测量Rd的。以后你们有元件了，自行补上这两个元件。#p#分页标题#e# 一、关于低频测量功能扩展 如果要加入低频测量功能，可以按电路图补接一个CBB 630V/100nF或47nF的电容。接线示意如图。 如不需要低频功能，请将P1.0接到地线上。 图中是一个扭子开关，接触电阻为2mR左右。不要使用接触电阻为100mR以上的开关。 二、关于取消L/C开关 如果不需要电容测量，可以取消此开关。实际上，这个自锁开关的质量要求很高，要求接触电阻小100mR。找不到合适的开关，建议取消它。我焊接进去的那个L/C开关是不达标的，所以我在PCB上直接短路焊点直通（如下图），禁用此开关，这样只能使用电感档，而电容档无法测量。 可以取出L/C开关，然后在PCB板上面，用焊锡把电感档的两刀焊点分别连接起来。这样就只剩下电感档了。 强烈建议取消电容档。越简单，本表越好用。见下图，图中有一刀的焊点被我直通连接了。 三、屏上的标识及使用 第1行显示电感量。首字是“L”或“C”，分别表示测电感和测电容，用“L/C”按键切换。 第2行显示频率。行末还有一个“H”或“L”，分别表示高频档和低频档。安装了那个扭子开关及100n电容，才有“H”与“L”两档。否则，请把P1.0接地，这样只有“H”档。 低频“L”档主要用来测量10mH至1H的铁芯电感。 当Rd端子接入二极管或短路，会自动切换到Rd测量状态。 已安装了双6V变压器接口。也有9V电池接口，它受power开关控制。9V电池与变压器不可同时使用，否则变压器会对电池充电，电池受损。 四、清零，用CLEAR键清零 Rd档要短路清零，电感档要短路清零，电容档要开路清零。 每次使用时，要先看一下零点。如果零点偏移较大，影响你的测量，则做清零。不影响测量，则不要清零。如果零点异常，显示有“*”号或超大零点数值（这一般是错误清零操作造成的），这时须做清零操作。 Rd档短路清零后，Rd与uT会含有“*”号是正常的。后面显示的两个电压值，则应变为0mV 平时测量，不必频繁清零。因为，每次清零，就会把清零数据写到EEPROM，而EEPROM的擦写寿命有限。约几万次到百万次吧。 比如，当前测量1000uH，而零点是1.2uH，相对于1000uH来说，1.2uH是可以忽略的，所以不必清零。 再比如，测量10H，不用清零的。因为零点的uH级或nH级漂移，根本不会影响10H电感的测量。 四、表笔制作 长度10cm就够了。不要太长。 五、精度 我实测3个电感比对，与电桥测值基本相同，在同频率下用0.2V比对。 使用质量较好的电感比对： LCZ1062电桥 LC-Rd V1.0 4.26mH 4.27mH 179uH 181uH 56.8uH 56.8uH 672uH 669uH 虽然上表得到的测量结果还不错，但不表示所有电感都能得到这样的结果。应注意到，不同Q值的电感，测量误差不相同。一表测量Q值为几十的小电感，精度高，测量高Q小电感，测值会偏大1%左右。这是因为本表算法补偿造成的，它针对普通电感修正了1%左右。此外，Q值过低的电感测量，得到的精度会下降。 我做的这10台，印象中，测量同一电感，各表之间的差异小于0.3% 因为没有认真全面测量比对。具体精度标定为多少比较合适，我也不清楚。建议估计为3%即可。当然，极限测量的精度还要下降一些，如测量大于500H或小于1uH 如果与电桥比对，要注意测量条件，如频率与电压。 当被测电感远大于220uH时，本表测量结果是等效并联电感 综上，LC-Rd表不是高精度的仪表。主要原因测量的条件不透明。特别是测量大电感，它的测量条件更糟糕一些。 六、常见问题： 1、晶振 仪表用的晶振，质量要求高。建议使用有源晶振，可靠性好些。 调试10套，遇到一台，无故误差1%，经反复测试，发现是无源晶振不可靠。 如果你们有高级的18.432MHz晶振，可以偿试更换。 2、LCD1602液晶的固定 使用铜柱子固定，要固定好，铜柱子不能接触不良。 微小电感使用相对值法测量。即相对于220uH辅助电感的变化量来测量。 希望清零时一字不抖(即0.01uH)，则要求测值变化量抖动小于0.01/220=2万分之一，对应频率变化小于4万分之一。 器件接触不良引起4万分之一或4千分之一频率变化是很正常的。 液晶板与主板，通过两个铜柱子，形成了一个地线环。对频高频率来说，地线环会改变振荡频率。 当地线环时有时无，就造成零点不稳。手碰一下，零点变一下，甚至变了0.5uH，再动一下，又变成了0.00uH 3、PCB板上有个失误，晶振不易安装。请长脚立装 关于小电感测量的修正（20uH以下） 前面已说到，本表测量精度与被测元件的Q值有关。分以下几种情况： 1、大电感测量，Q值低，选频能力差，所以测量精度下降一些。不过，达到5%问题不大 2、小电感测量，当Q值与辅助电感Q值接近时，取得较高精度，可以达到1%以内的精度。辅助电感Q=50，所以被测电感Q值在25到100以内，测量效果好。一般电感的Q值会在此范围内。矿机电感的Q值高，所以测值会稍大一点点，约偏大1%以内。 3、特别小的电感（20uH以下），其内阻影响谐振回路的Q值，引起测量误差不可忽略。大约直流电阻每欧姆引入0.6uH的负偏差。可以接入1欧姆电阻测量，观察零点偏情况。注意，请把表笔接线端子移到L/C座子上，表线不得靠近220uH电感。 比如，你测量4.7uH色环电感，内阻0.8欧，测得4.00uH，那么真值将得加上0.8欧*0.6uH/欧=0.48uH，得4+0.48=4.5uH 矿机用的小电感，直流电阻很小，所以一般不用进行修正 如果要更新为此程序，请注意开机的标定参数，要把它写到程序中的Cm参数中 La=25uH时，测量10uH以下的小电感效果比使用La=220uH的好很多。20uH以上，则差不多。 #p#分页标题#e# 以下是La=25uH的实测结果，并与精密型LCR数字电桥比对      几个常见问题： 1、拿到表之后，发现uT或Rd会漂。 这是正常的，二极管的Rd、uT对温度非常敏感，手拿二极管去测量时，实际上你已对他加热。测量时，把手拿开，开始降温，所以Rd一直在漂。 这种漂移，不是仪表的问题，主要是二极管的问题。 2、有的变压器测不准。 应注意，变压器的Q值、自谐振频率这两个要素。测量频率要低于自谐振频率2倍以上，才能可靠测量。比如仿制T725，自谐振频率是1kHz，所以得在400Hz以下，测值才会准确，不管是测量初级还是次级。 电感量较小的铁芯变压器，在3kHz以下，Q值才会提高，才能得到可靠测值。因此，必要时，要使用低频档。100nF电容，就是用来实现低频档的。不必过份追求这个100nF电容的精度。因为铁芯感本身就是非线性的，没必要高精度测量电感量。 3、关于精度测试 20H以下的铁氧体电感，实测误差一般在1%以内，按3倍余量，估计为3%误差。 与手持的普通电感表比对，要注意频率。 如果是10mH以下的小电感，而且Q值较好的电感。本表测值可靠性高，手持电感表精度比它低。特别是测量10至几百uH的电感。 测量10uH以下的电感，当辅助电感使用La=220uH时，测量高Q的电感，才会得到高精度；如果是La=25uH，则对被测电感Q值要求不高。 4、如果与Q表比对，要注意电感分布电容的影响，需要人工修正。 Q表的谐振电容很小，最大只有500pF，很容易受分布电容的影响，造成测值偏大。详见HP Q表的手册，第“3-9”页。 比如，被测电感分布电容5pF，就会造成电感测值编大5/500=1% 本表测得结果为真电感值（按HP Q表手册的说法，真电感就是 TRUE INDUCTANCE或TRUE L），所以与Q表比对，也要换算为TRUE INDUCTANCE来比对。 其实，本表也是使用谐振法，主谐振电容采用3300pF，所以分布电容的影响可以忽略。当谐振电容本身稳定、低温漂，测值就高可靠。 5、如果希望小于20uH的电感，测值精度也很高，应把那个220uH电感换为25uH 本人喜欢DIY的仪表类外壳要做的好看些，我没有那些高技术的加工设备，只有手电钻，手锯、锉刀之类简单工具，体会是只要注意细节，外壳和面板也可以做的至少看得过去。 外壳去电子城买，选用塑料的价格便宜也好加工。  先设计打印好面板，贴塑料面板上，用刀划出开窗的位置尺寸。   
 先用3mm钻头钻孔，然后用5-6mm钻头扩沉头孔，这时只能用手工转，绝对不能使用电钻。 使用双面胶也有个麻烦，不容易撕去，大家看看有别的办法也许更好。 #p#分页标题#e# (责任编辑：admin) |
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