【参赛】自制简易LCR电桥

yjmwxwx · 发表于 2022-1-24 02:22:00

前些日子买了几种0603封装的贴片电容，用9.9买的万用表测太小了两个表笔不容易对准，面对散落的电容不容易分类。看到网上的镊子型LCR电桥不错，于是我就抄袭许老师设计的电桥的电路图也想试着做一个，在此先感谢许老师的开源资料让我学到很多东西，做的过程中又得到小鬼头老师的帮助，又看了一些闻太师的帖子，终于做到能分辨出我买的这几种电容了，我喜欢自己DIY于是自己写的程序，但是我水平非常差，写的程序很不好用，也就能勉强运行分辨出1NF和10NF电容的区别，也就能方便归类，感觉自己也就这水平了，实在是做不好，熟悉我的网友也知道我做的东西没一个好用的。。

测量频率100HZ、1KHZ、10KHZ、100KHZ，24个档位自动切换，但是常常不能切换到正确的档位。

最小测过0.5欧电阻，最大测过1M欧电阻，测电阻误差还不是很大，就是有时候切换不到正确档位没办法测量。

最小测过10PF电容，最大测过1万UF电容，测电容误差比较大，10PF测成了11PF，相位也不对，只能用来分辨不同容量电容。

我这没有电感，就绕了个线圈也不知道多少，虽然也做了显示电感的，但是没电感实际测量。

我这能测电容的只有9.9买的万用表，但是我做的比这万用表测的误差还大，电桥实物见都没见过，没办法比对到底差多少。。感觉电桥没什么用，还是万用表比较常用。

电路比较简单，单电源转成+-5V，单片机的SPWM经过RC滤波器得到正弦波，四个频率大概不到200mVpp，具体多少我也不知道怎么测，不同频率控制三极管导通来改变RC滤波截止频率，四个运放用了UTC的MC4580，三个模拟开关切换量程和上下臂，这部分是抄袭许老师的设计，但是有抄错的地方。后面放大设置三个档位分别时3、6、10倍，只要高振幅信号切换到低振幅信号运放输出信号总是抖动一下，严重影响后面的信号采集。

程序也比较简单，只有三千行出头，就是读正弦表用定时器输出SPWM，ADC采集回来1000点做乘法和加法就得到信号的实部和虚部了，接着算一个复数除法就得到阻抗了，阻抗实部就是电阻虚部就能用来计算电容和电感了，再就是控制IO口控制外面模拟开关的开和关，显示电容和电感由于档位过多可能有的小数点位置有问题，24个档位四个频率每个档位实验比较麻烦。校准程序我也不会写那些开路短路的程序，只写了一个相位和幅度校准的，24个档位四个频率做了一个288点的校准表用来调相位和幅度，实测感觉还不如不校准测的准确，校准起来还很麻烦，要逐个档位逐个频率夹上相应电阻校准到程序里面预设的相位和幅度，总之反正是不好用，越校越不准，要是哪位老师程序写的好给写个就好了，我写的太不好用了。

机械部分直接用电路板做的镊子部分，轴采用4平方铜线，焊接上拿开烙铁不停的转动就不会固定住了，结合非常紧密，上一点机油后非常灵活，这个结构仿照网上的那种像钢笔一样大小的LCR表的结构，但是我没有磁铁用的头绳弹力在整个范围基本差不多，就是结构设计的不好，电路元器件一面在背面，要是和液晶在一面，镊子在背面就好了，这是我第一次设计这样的东西经验不足。后来加上两块电池感觉太笨重了。。

电路图

PCB文件（我第一次画这样密度高一点的板子，画的非常差，基本没法看）

lcr_2.zip (240.56 KB, 下载次数: 278)

KICAD

kicad.zip (602.73 KB, 下载次数: 245)

程序

程序.zip (23.49 KB, 下载次数: 280)

https://github.com/yjmwxwx/stm32asm/tree/master/gcm0/lcr_2

实物图

演示视频，简单分辨几种电容和电阻，可以看到误差比较大还有的数据不正常，那是因为档位切换不对造成的。

按键2频率加，虽然两个按键但是那个在测量模式没用。

屏幕第一行显示阻抗，第一个是电阻第二个是电抗
第二行显示角度和电容电感数值（小数点可能有问题）

https://www.bilibili.com/video/BV1vm4y1S7dr?spm_id_from=333.999.0.0

https://www.bilibili.com/video/BV1vm4y1S7dr?share_source=copy_web

我写的程序太差了，为了让程序固件在16K之内没设置默认校准表，要手动校准才能用。

校准方法测量模式两个按键一块按进入校准模式，过一会显示要校准的档位，根据档位选电阻夹子上，默认调到0度，要改得改程序，校准表没数据会显示179.99度。由于IO紧张按键和SWD调试口公用没办法调试。

截图_2022-01-24_01-16-20.png

虽然越校越不准但是也演示下校准方法，太麻烦只演示前面几个档位，校完了会显示校准完成请关机

https://www.bilibili.com/video/BV1va411m7dy?spm_id_from=333.999.0.0

https://www.bilibili.com/video/BV1va411m7dy?share_source=copy_web

补充内容 (2022-2-26 20:18):
慢慢改进下。。
http://www.crystalradio.cn/forum ... p;extra=&page=1

yjmwxwx · 发表于 2022-1-28 15:27:09

焊了个NE5532版，怎么感觉这俩运放差别很大，5532就没正弦波不对称问题。

电路

lcr_3.pdf (120.46 KB, 下载次数: 167)

实物

hujingdi · 发表于 2022-1-24 06:59:32

感谢参赛13届！

JuncoJet · 发表于 2022-1-24 10:06:24

电源部分使用DCDC噪声没问题么？

yjmwxwx · 发表于 2022-1-24 11:17:36

JuncoJet 发表于 2022-1-24 10:06
电源部分使用DCDC噪声没问题么？

影响比较小吧，测-5V波纹比较大就把一些运放的-5V滤波电容并联了10UF的电容，并联后强多了，电源干扰最大的是单片机的3.3V，虽然电路图上画了电感和电容滤波，但是焊的时候图省事直接VDD和VDDA连接在一块了，这个干扰很大，也并联了10UF电容还是波纹很大，阻抗很小或者很大的时候，测量信号的电压还没干扰的信号电压大，怪不得俄版URLC电源滤波搞那么多电感电容。

我这电路干扰最大的是档位切换引起的，从大信号切换到小信号会抖动，换运放会有改善但是买了100片这个UTC MC4580又不能换别的。。

现在干扰主要就像下面图片上说的一样，切换通道就有个抖动。

截图_2022-01-23_13-34-35.png

名字不好起 · 发表于 2022-1-24 11:32:02

用两个废PCB板，一个焊接在底座上，一个焊接一个顶针，拉开顶针放入测试件，我们都是这样测试电阻电容

yjmwxwx · 发表于 2022-1-24 13:17:49

名字不好起发表于 2022-1-24 11:32
用两个废PCB板，一个焊接在底座上，一个焊接一个顶针，拉开顶针放入测试件，我们都是这样测试电阻电容

我只有两个万用表，一开始买的还不能测电容，最近买的这个才带着测电容的档位，自己DIY虽然不好用，但是也学了技术不是么。

jysl · 发表于 2022-1-24 15:24:44

设计上省的太多…

yjmwxwx · 发表于 2022-1-25 01:26:21

jysl 发表于 2022-1-24 15:24
设计上省的太多…

电路本来就简单啊，成本不到30元

火箭 · 发表于 2022-1-26 13:41:12

没想到楼主会这些比较高深的东西，有如此技术而选择一种与世无争的农村田园生活，令人总是有点不可思议

axiaofeng · 发表于 2022-1-26 17:43:35

不知道准确度如何

yjmwxwx · 发表于 2022-1-26 18:50:16

火箭发表于 2022-1-26 13:41
没想到楼主会这些比较高深的东西，有如此技术而选择一种与世无争的农村田园生活，令人总是有点不可思议

其实我电子就是个门外汉，就是照着许老师设计的电桥抄的，照猫画虎还搞的很不好用，能做一个东西和能做好之间距离差很远。

农民造飞机造各种东西的多了去了，我比他们差远了。

yjmwxwx · 发表于 2022-1-26 18:58:30

axiaofeng 发表于 2022-1-26 17:43
不知道准确度如何

完全没准头，电路不知道为啥这运放出来的正弦波总是偏离零点正弦波不对称，程序里面没有开路短路校准，现在这个校准方法可能不行，电路和程序都不行，也就只能勉强用来区分不同容量电容

atz123 · 发表于 2022-1-26 19:19:33

厉害，佩服，辛苦了

yjmwxwx · 发表于 2022-1-28 15:31:16

atz123 发表于 2022-1-26 19:19
厉害，佩服，辛苦了

这东西比收音机简单多了，只是我技术不行做的测不准，用来分辨1NF和10NF没问题

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