LCR表设计成功了！

362647315

看来这个表楼主已经基本调试完成

xjw01

已经做成了，再做一点小调整即可。
这个电路有一点不满意：就是受100Hz的拖累，测量速度慢。100Hz，要得到最终的正确结果，要等待5秒。1kHz和7.8kHz要等待2秒钟左右。

qzlbwang

100Hz时是否可以考虑高速采样软件平均呢？

xjw01

我采用STC自带的AD，是10bit，且只能测量正电压。为了测得负电压，采用相位加180度，转换为正电压。
因此，为了测得一个电压，得测量0度和180度，测量两次，其中一次是0，另一次才是有结果。
同样，正交的那个电压，得测量90度和270度，也是测两次才能得到结果。
最后，上、下臂的电压得测量8次才能得到Vx1、Vy1、Vx2、Vy2四个量，因此速度下降。
100Hz影响速度的原因是，DC输出时，要滤波。100Hz所采用的滤波电容的RC时间常数10ms，效果不好，只好采用30ms一级，10ms两级，1kHz和7.8kHz采用10ms两级，其中两级10msRC滤波与100Hz的共用。
当开关切换后，需要70ms至100ms左右，才能时10ms RC常数的电路进入稳态，所以每次测量一次需要0.1秒，8次测量则需要0.8秒才能得到Vx1、Vy1、Vx2、Vy2。
自动桥，还需要自动判断增益，需要增益换档数次才能得到理想增益档位，按3次计算，这样一平，需要3*0.8=2.4秒才能得到正确结果。
100Hz档，时间常数大，须要5秒。

软件采样，速度会快很多，由于电路结构与1kHz不一样，电路复杂化。

fzyahoo

找到一个资料是高分辨率电感表制作的，楼主可以集成进你的LCR表吗？精度会进一步提高，以前手电论坛有人做过，40KHZ-400KHZ采样，分辨率可以到0.01UH，高频开关电源的小感量电感也可以测出来。资料如下：
     本电感表共分20μH,200μH,2mH,20mH ,200mH、2H、20H 7量程,分辨力为0.01μH，所以可测量长1-2cm导线的电感。校准后的精度不低于3%，且电路简洁，体积小巧，既可做成独立的测量仪表，也可附加在普通的数字万用表上，电路见附图。

1．工作原理

该电感测量的基本原理是恒流源法。由于运放及外围元件组成一定频率的交流恒流源，然后测量串联在这一恒流源电路中电感两端的电压，从而得出电感的感抗，即间接测出电感的电感量。该电路由TL074和OP-37组成。

TL074的IC1-1组成文氏电桥正弦波振荡器。该振荡器有两个振荡频率，通过开关K1同步切换电路中的两个电容来选择频率。两个频率分别是400Hz和40kHz（理论值应为398Hz和398kHz），以适应测量大小不同电感的需要。文氏电桥振荡器频率的计算公式为，这是理论公式。笔者实测其频率随电源电压而变化，在本电路的条件下，若电源电压为±5V，则若电源电压为+3V,-6V（普通电池供电数字万用表工作电压），则F=.电阻R3和R4为增益调整及稳幅元件。按图中元件输出振幅约7Vp-p,折合正弦波有效值约为2.48V，波形的底部略有削波，但对测量精度没有影响。若电桥元件RI、R2选用金属膜电阻，C1、C2选用聚丙烯或涤纶电容，在电源电压不变的前提下，该振荡器的频率及振幅均相当稳定。所以电感表的正负电源均应采用稳定度高的电源，以保证电感表的精度。ICI-I输出经IC1-2跟随器隔离后，作为电感表的信号源。

IC 1-2的输出经R5--R9等5个恒流电阻（均应用金属膜电阻）转化为五挡交流恒流源，然后将Lx串人恒流电路中，由于电感感抗与电感量成正比，因而，测出了电感两端交流电压就测出了电感量。本电感表满量程时电感两端电压为20mV，不到ICI -2输出幅度的1%，目的是为了尽量减少Lx感抗、附加相移、寄生振荡对恒流源的影响。由于电阻和感抗的合成为矢量合成,当感抗为电阻的1％时,合成阻抗为原电阻的1.00005倍,由此造成的理论误差.不超过十万分之五.即使感抗为电阻的10％,理论误差也不超过万分之五。由此可见，恒流源环节因待测电感造成的恒流源误差可忽略不计。同时，也可得知，本电感表的每个量程均有超量程功能，且因恒流环节造成的误差也不会超过千分之五。

IC 1-3及电阻Rll、R10组成十倍同相放大器。电感两端电压经IC 1-3放大后输人IC 1一组成的带通滤波器，滤除各种干扰及寄生振荡，输出理想正弦波。带通滤波器也有400Hz/X4OkHz两个工作频率，与ICl-1同时通过K1切换电容来改变。用示波器可以观察到，LX两端的正弦波叠加有毛刺或寄生振荡，通过滤波器就十分干净了。该滤波器对于电感测量十分重要，不可省去。

IC2的增益带宽积达63MHz，属于高速运放（OP-37），可组成40kHz以上的线性整流器。整流器的输出接ICL7107组成的200mV数字表头或普通数字万用表200mV挡，即可指示出电感量。一般数字表均用TL062构成线性整流器，由于其增益带宽积仅为I MHz，因而构成的线性整流器线性范围不超过1kHz，这正是数字万用表交流挡只能测几百赫芝以下频率的原因。本电感表要对40kHz以上的交流电压整流，必须用宽带运放，才能保证其线性范围满足本表的要求。即使采用了上述OP-37，其小信号线性仍不理想，这也是本电感表3%误差的主要根源。因而，若能采用较OP-37更高带宽的运放，将会进一步提高电感表的线性个精度。

由于本电感表可测出Icm导线的电感（约0.015wH），因而在安装电路时，印刷线及接线电感均可能造成误差，所以电感Lx的插座应以最短距离接人电路。同时，为降低上述影响，电路中设置了调零电路，由R20及W组成。在20wH挡，短路电感插座调整W使数字表头指示为零即可。当用7107构成的200mV表头制作电感表的显示器时，ICL7107的IN一端（第(30)脚）应与地断开，浮地输人，以保证调零电路的正常工作。

2.电感表的校准

调零后，在电感插座中插人标准电感，例如在2owH挡接人18wH电感，调整电阻R5，使显示18wH即可，然后再用同样方法校准其他各挡。由于20wH挡电流较大，约4tnA ,已达运放输出极限，本电阻与其他各挡电阻相比要小些。其余4挡电阻基本上为10倍率的关系。其他各挡依此类推。如频率不是准确的39.8kHz，则满度阻抗不是5Ω应重新计算，按计算后的电阻值代替玩进行校准。在40kHz频率校准各挡后，将频率降为400Hz一般不用校谁。可用400Hz各挡测几个标准电感或电阻，若误差太大，可能是频率或振幅较之40kHz挡变化太大，应检查电容C7和C8是否不准或不等。

由于电感有直流电阻、寄生电容，本电感表测量的是总阻抗，因而当电感的寄生电容、直流电阻过大时，测量误差也会较大。为减少寄生电容影响，本表设置400Hz,40kHz两个频率作测量频率，当电感大时，寄生电容也往往较大，只能用低频测量，以减少电容造成的误差。对于直流电阻，若在测量频率下，电阻小于感抗的10%，则测量误差<0.5%；若电阻小于感抗的20%，pi误差＜2%；当电阻大于感抗的20%时，误差过大，不宜测量，或测量后剔除电阻造成的误差。例如用40kHz测收音机中波中周电感，约585 wH，工作正常，若在 400Hz下测量，其感抗只有1.5Ω，而直流电阻高达5Ω，测出的就只能是电阻而非电感了。

另外，当测量带有磁芯的电感时，还要考虑磁芯导磁率的影响。磁芯导磁率不是常数，而是磁通密度的函数。当磁通密度为零时，磁芯有一个初始导磁率。当磁通密度增大时，导磁率上升，且有一个最大值，然后随磁通密度增大而减小，当磁芯达到磁饱和时，导磁率趋近于1。例如，用本电感表测16.5 wH的空芯电感，在20wH挡显示16.50；在200wH挡显示16.5；在2mH挡显示16；在20mH挡显示1，误差较小。而测量带磁芯同一电感时，往往各挡读数均不一样，有的误差达百分之几十甚至几倍，这并不是电感表的误差，而是各挡工作电流不同，因而磁芯磁通密度不同，导致导磁率的不同，致使电感量不同。

fzyahoo

电路图：

中国机器

楼主这个制作非常引人入胜啊！
模拟电路+数字电路+单片机+对元器件特性的了解，了不起。

建议出套件，建议把显示改为LCD显示

xjw01

回复 82# fzyahoo


    这类表我做过，精度可以达到2%，但量程偏较小。
受滤波器稳定性的影响及信号源稳定性的影响，精度不易做得很高。
可以分辨到0.01uH，那是真的，但受到分布参数的影响，精度较差。
有几个麻烦的是：
1、对精密整流电路要求高
2、带通滤波器的Q值不能太高，否则，谐振频率温漂偏一点，误差会很大。
3、带通的中心点须与信号源一致，不然稳定性下降。对振荡器要求高，否则长期精度很难真正超过2%，整个表的精度按2%比较合理。
4、上臂电阻很大时（如100k）机械开关的分布电容对测量的影响很大
优点是：测量速度很快，是即时测量的。
从制作难度看，这种表的制作难度与我现在制作的LCR电桥差不了多少。

xjw01

回复 83# 中国机器


    我打算打样10块10cm*10cm的PCB，现在正在设计PCB。
   我打算尽量采用直插元件布线。因为飞线多，所以个别元件可能会使用贴片元件，以降低布线难度。
   LED占用的IO口比1602多，所以打样时还是准备按LED设计，如果要更换为1602，只需更改程序即可。

苏北明珠

回复 85# xjw01


    期待成品

worldly_guest

回复  中国机器


    我打算打样10块10cm*10cm的PCB，现在正在设计PCB。
   我打算尽量采用直插元件布 ...
xjw01 发表于 2011-10-13 08:11

一直关注套件或成品，希望早点出来(最好能用1602显示，我还有几块1602)；另，我业余玩过AVR的单片机，有AVR可用的ISP的下载线，能不能用这个单片机上？

大眼晶

楼主打算打样10块，太小了。

worldly_guest

建议要PCB的跟个帖，楼主统计后，平摊全部PCB制作费用。
bigradio 发表于 2011-10-13 11:43

支持，不过十块是太少，看上面的跟贴就十几二十块都有了！

xjw01

打样10片，我自己留两三片，其它的送给矿石技术区的一些朋友。
如果这边有人需要，到时可以再打样一次。但我不承档费用。发货条件也差。得由一个人统一发货。我在淘宝上问了，10cm*10cm双面板，一片120元，10片也是120元，11片240元，20片240元。邮费如何计算，没有问。9cm*15cm，10片270元，量大，价格才会优于10cm*10cm。
PCB板设计，还要一两天。如果这两天忙，还得拖几天。