Вимірювання lc-параметрів за допомогою цифрових приладів

Вимірювання LC параметрів електричних кіл за допомогою цифрових приладів здійснюється резонансним способом. Вимірювальне коло побудовано на базі LC-генератора гармонійних коливань, у коливальний контур якого вмикається L чи С елемент, параметри якого вимірюються. Частота генератора гармонійних коливань розраховується за формулою

, (11)

Портативний цифровий прилад, призначений для вимірювання індуктивності, ємності та частоти побудовано на базі однокристального мікроконтролера AT89S8252 (рис.3). Функціонально прилад складається з аналогової та цифрової частин.

Рис. 3. Функціональна схема вимірювача ємності, індуктивності та частоти на базі мікроконтролера AT89S8252.

Основою аналогової частини є два LС– генератори гармонійних коливань. Генератори реалізовано на мікросхемах-компараторах LM311. Перемикання діапазонів і вибір режиму вимірювання (вимірювання L чи С) здійснюється за допомогою малогабаритних реле.

Цифрова частина складається з мікроконтролера, мультиплексора, та дільників частоти. Основою цифрової частини є мікроконтролер AT89S8252, який виконує такі функції:

• вимірює частоту сигналу, що генерується LС – генератором чи поданого ззовні;

• здійснює необхідні математичні обчислення (реалізовано 24-бітні операції додавання, віднімання, множення та ділення чисел з плаваючою комою на мові ассемблер);

• здійснює індикацію результату вимірювання в цифровому вигляді на рідкокристалічному дисплеї;

• здійснює автоматичне перемикання діапазону вимірювання за допомогою реле;

• здійснює функції автокалібрування та корекцію нуля.

Під керуванням мікроконтролера мультиплексор під’єднує лічильний вхід мікроконтролера до відповідного джерела сигналу. Дільник частоти здійснює ділення частоти зовнішнього сигналу на 8 або 64, що дозволяє здійснювати вимірювання частоти до 25 МГц.

Функція автокалібрування дозволяє усунути вплив неточності номіналів конденсатора та індуктивності, що утворюють коливальний контур а також усунути вплив паразитних ємностей та індуктивностей на результат вимірювання.

Після увімкнення приладу мікроконтролер вимірює власну частоту коливань контура f₁, яка приймається за “нульову”. Далі за допомогою реле мікроконтролер вмикає зразковий конденсатор паралельно до коливального контура (рис.4).

Рис.4. Схема приладу для режиму калібрування

У наведеній на рис.4 схемі C_ref – ємність зразкового конденсатора, C₁ та L₁ – ємність та індуктивність коливального контура. У такому випадку частота f₂ генератора визначається із співвідношення:

. (12)

Невідомі параметри C₁ та L₁ визначаються :

, (13)

. (14)

На підставі рівнянь (13) та (14) мікроконтролер обчислює значення L₁ та C₁. Знайдені значення L₁ та C₁ зберігаються в оперативній пам’яті мікроконтролера, їх обчислення відбувається після кожного вмикання приладу.

В режимі вимірювання ємності (рис. 5) мікроконтролер комутує вхідні клеми таким чином, що вимірювальна ємність під’єднується паралельно до коливального контура. В цьому випадку невідома ємність С_х визначається за формулою:

, (15)

де f_х – частота генератора з під’єднаною ємністю С_х.

Рис. 5. Режим вимірювання С_х.

У режимі вимірювання індуктивності (рис. 6) мікроконтролер комутує вхідні клеми таким чином, що вимірювана індуктивність під’єднується послідовно до індуктивності коливального контура. В цьому випадку невідома індуктивність L_х визначається за формулою:

, (16)

де f_х – частота генератора з під’єднаною індуктивністю L_х.

Рис. 6. Режим вимірювання L_х.