测1000H和0.0xuH的谐振法测电感

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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
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：
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。

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大模式编译

1. //==========================================================================
   
2. //  LC表驱动程序 V1.0
   
3. //  许剑伟 于莆田 2012.10
   
4. //==========================================================================
   
5. //==========================================================================
   
6. #define uchar unsigned char
   
7. #define uint  unsigned int
   
8. #define ulong  unsigned long
   
9. #include <reg52.h>
   
10. 
    
11. //==========================================================================
    
12. // 项目：LCD1602 四线驱动程序
    
13. // 设计要点：
    
14. //     LCD1602 的运行速度慢，而单片机运行的速度快，因此容易因为速度不
    
15. //     匹配造成调试失败。因此，调试之前应准确测试lcd_delay() 延时函数
    
16. //     准确的延时量，如果不能满足注释中的要求，则应调整循次数。每步操
    
17. //     作所需的延时量，按照数据手册指标指行，同时留下足够的时间余量。
    
18. // 硬件连接：
    
19. //     至少需要9条线，电源线2条，7条信号线。信号线详见程序中的接口定义。
    
20. //     清注意对LCD1602比对的调节，否则无显示。
    
21. // 设计：许剑伟,于莆田,2010.12
    
22. //==========================================================================
    
23. sbit lcd_RS = P0^1; //数据命令控制位,0命令1数据
    
24. sbit lcd_RW = P0^2; //读写位,0写1读
    
25. sbit lcd_EN = P0^3; //使能位,下降沿触发
    
26. sbit lcd_D4 = P0^7; //数据端口D4
    
27. sbit lcd_D5 = P0^6; //数据端口D5
    
28. sbit lcd_D6 = P0^5; //数据端口D6
    
29. sbit lcd_D7 = P0^4; //数据端口D7
    
30. //==========================================================================
    
31. void lcd_delay(int n){ //LCD专用延时函数
    
32.   //32MHz钟频下，约循环3000次延迟1毫秒
    
33.   int i,j;
    
34.   if(n<0)    { for(i=0;i< 20;i++); return; } //10us
    
35.   if(n== 0)  { for(i=0;i<100;i++); return; } //50us
    
36.   for(;n;n--){ for(j=0;j<2000;j++);        } //n毫秒
    
37. }
    
38. //==========================================================================
    
39. void lcd_B(char f, uchar c, char t){ //控制四线式接口LCD的7个脚
    
40.   //f=0写命令字, f=1写RAM数据, f=2读地址（或读忙）, f=3读RAM数据
    
41.   lcd_EN = 0;
    
42.   lcd_RS = f%2;
    
43.   lcd_RW = f/2%2;
    
44.   //移入高四位
    
45.   lcd_D4 = c & 16;
    
46.   lcd_D5 = c & 32;
    
47.   lcd_D6 = c & 64;
    
48.   lcd_D7 = c & 128;
    
49.   lcd_EN = 1;  lcd_delay(-1);  lcd_EN = 0; //使能脉冲
    
50.   if(f==4) { lcd_delay(t); return; }
    
51.   //移入低四位
    
52.   lcd_D4 = c & 1;
    
53.   lcd_D5 = c & 2;
    
54.   lcd_D6 = c & 4;
    
55.   lcd_D7 = c & 8;
    
56.   lcd_EN = 1;  lcd_delay(-1);  lcd_EN = 0; //使能脉冲
    
57.   lcd_delay(t);  //不同的命令,响应时间不同,清零命令需要2ms
    
58. }
    
59. //==========================================================================
    
60. void lcd_init(){ //LCD1602 初始化
    
61.   //启动四线模式须势行9个步骤，初始化所须耗时较长，约65ms，时限不可减
    
62.   lcd_delay(20); //启动lcd之前须延时大于15ms，直到VDD大于4.5V
    
63.   lcd_B(4, 0x30, 9); //置8线模式,须延时大于4.1ms
    
64.   lcd_B(4, 0x30, 5); //置8线模式,须延时大于100us
    
65.   lcd_B(4, 0x30, 5); //置8线模式,手册中未指定延时
    
66.   lcd_B(4, 0x20, 5); //进入四线模式
    
67.   lcd_B(0, 0x28, 5); //四线模式双行显示
    
68.   lcd_B(0, 0x0C, 5); //打开显示器
    
69.   lcd_B(0, 0x80, 5); //RAM指针定位
    
70.   lcd_B(0, 0x01, 5); //启动清屏命初始化LCD
    
71. }
    
72. //==========================================================================
    
73. //=========================几个功能常用函数=================================
    
74. void lcd_cls()         { lcd_B(0, 0x01+0, 2);  } //清屏
    
75. void lcd_cur0()        { lcd_B(0, 0x0C+0, 0);  } //隐藏光标
    
76. void lcd_goto1(uchar x){ lcd_B(0, 0x80+x, 0);  } //设置DDRAM地址,第1行x位
    
77. void lcd_goto2(uchar x){ lcd_B(0, 0xC0+x, 0);  } //设置DDRAM地址,第2行x位
    
78. void lcd_putc(uchar d) { lcd_B(1, 0x00+d, 0);  } //字符输出
    
79. void lcd_puts(uchar *s){ for(; *s; s++) lcd_B(1,*s,0); } //字串输出
    
80. //==============字符显示函数====================
    
81. #define digW 4 //数字显示位数宏
    
82. void lcd_puti(long a,char w){ //定宽显示正整数
    
83.   char i=0, s[10]={32,32,32,32,32,32,32,32,32,32};
    
84.   if(a<0) { a=-a; lcd_puts("-"); }
    
85.   else    lcd_puts(" ");
    
86.   do{
    
87.    s[i++] = a%10+48;
    
88.    a /= 10;
    
89.   }while(a);
    
90.   for(;w;w--) lcd_putc(s[w-1]);
    
91. }
    
92. void lcd_putf(float a,char n,char w){ //浮点输出，n是保留小数的位数,w是数字宽度
    
93. char i,g,fi=0;
    
94. long b,c=1;
    
95. if(a<0) { lcd_putc('-'); a = -a; }
    
96. else    { lcd_putc(' '); }
    
97. for(i=0;i<n;i++) a *= 10;
    
98. for(i=1;i<w;i++) c *= 10;
    
99. b = a;
    
100. for(i=0;i<w;i++){
     
101.   g = b/c;
     
102.   b -= g*c;
     
103.   c /= 10;
     
104.   if(g>9||g<0) g='*'-48;
     
105.   if(i == w-n ) lcd_putc('.');
     
106.   if(!g && !fi && i<w-n-1) { lcd_putc(' '); continue; }
     
107.   lcd_putc(g+48);
     
108.   fi = 1;
     
109. }
     
110. if(!n) lcd_putc(' '); //无小数点的补足显示宽度
     
111. }
     
112. 
     
113. //==========================================================================
     
114. //===============================延时函数===================================
     
115. void delay(uint loop) { uint i; for(i=0;i<loop;i++); } //延时函数
     
116. void delay2(uint k)   { for(;k>0;k--) delay(10000);  } //长延时,k=100大约对应1秒
     
117. 
     
118. //==========================================================================
     
119. //=================================AD转换===================================
     
120. /*
     
121. sfr P1ASF = 0x9D;     //将P1置为模拟口寄存器(使能),各位中为1的有效
     
122. sfr ADC_CONTR = 0xBC; //A/D转换控制寄存器
     
123. sfr ADC_res   = 0xBD; //A/D转换结果寄存器
     
124. sfr ADC_resl  = 0xBE; //A/D转换结果寄存器
     
125. 
     
126. void set_channel(char channel){
     
127. P1ASF = 1<<channel;
     
128. ADC_CONTR = channel+128; //最高位是电源开关,低3位通道选择
     
129. delay(1); //首次打开电源应延迟，使输入稳定
     
130. }
     
131. ulong getAD10(){
     
132. uchar i;
     
133. uint a=0,b=0;
     
134. for(i=0;i<200;i++){
     
135.   ADC_CONTR |= 0x08;             //00001000,置ADC_START=1启动A/D 转换
     
136.   while ( !(ADC_CONTR & 0x10) ); //等待A/D转换结束(ADC_FLAG==0)
     
137.   ADC_CONTR &= 0xE7;             //11100111,置ADC_FLAG=0清除结束标记, 置ADC_START=0关闭A/D 转换
     
138.   a += ADC_res;
     
139.   b += ADC_resl;
     
140. }
     
141. return a*4L + b;
     
142. }
     
143. 
     
144. uint getAD2(){
     
145. ADC_CONTR |= 0x08;             //00001000,置ADC_START=1启动A/D 转换
     
146. while ( !(ADC_CONTR & 0x10) ); //等待A/D转换结束(ADC_FLAG==0)
     
147. ADC_CONTR &= 0xE7;             //11100111,置ADC_FLAG=0清除结束标记, 置ADC_START=0关闭A/D 转换
     
148. return ADC_res*4 + ADC_resl;
     
149. }
     
150. */
     
151. /*
     
152. uchar get_AD(){
     
153. ADC_CONTR |= 0x08;             //00001000,置ADC_START=1启动A/D 转换
     
154. while( !(ADC_CONTR & 0x10) );  //等待A/D转换结束(ADC_FLAG==0)
     
155. ADC_CONTR &= 0xE7;             //11100111,置ADC_FLAG=0清除结束标记, 置ADC_START=0关闭A/D 转换
     
156. return ADC_res;
     
157. }
     
158. */
     
159. 
     
160. 
     
161. //==========================================================================
     
162. //==================================EEPROW偏程==============================
     
163. sfr IAP_data  = 0xC2;
     
164. sfr IAP_addrH = 0xC3;
     
165. sfr IAP_addrL = 0xC4;
     
166. sfr IAP_cmd   = 0xC5;
     
167. sfr IAP_trig  = 0xC6;
     
168. sfr IAP_contr = 0xC7;
     
169. /********************
     
170. 写字节时，可以将原有数据中的1改为0，无法将0改为1，只能使用擦除命令将0改为1
     
171. 应注意，擦除命令会将整个扇区擦除
     
172. *********************/
     
173. int eepEn = 0;
     
174. void saEEP(){ //触发并EEP保护
     
175. if(eepEn==12345) IAP_trig = 0x5A;  //先送5A
     
176. if(eepEn==12345) IAP_trig = 0xA5;  //先送5A再送A5立即触发
     
177. IAP_cmd = 0;      //关闭令，保护
     
178. IAP_contr = 0;    //关EEPROM，保护
     
179. IAP_trig = 0;
     
180. IAP_addrL = 255; //设置读取地址的低字节，地址改变才需要设置
     
181. IAP_addrH = 255; //设置读取地址的高字节，地址改变才需要设置
     
182. }
     
183. uchar readEEP(uint k){ //读取
     
184. IAP_addrL = k;    //设置读取地址的低字节，地址改变才需要设置
     
185. IAP_addrH = k>>8; //设置读取地址的高字节，地址改变才需要设置
     
186. IAP_contr = 0x82; //设置等待时间，1MHz以下取7，2M以下取6，3M取5，6M取4，12M取3，20M取2，24M取1，30M取0，前导1表示许档IAP
     
187. IAP_cmd = 1;      //读取值1，写取2，擦除取3，擦除时按所在字节整个扇区撺除
     
188. saEEP(); //触发并保护
     
189. return IAP_data;
     
190. }
     
191. void writeEEP(uint k, uchar da){ //写入
     
192. IAP_data = da;    //传入数据
     
193. IAP_addrL = k;    //设置读取地址的低字节，地址改变才需要设置
     
194. IAP_addrH = k>>8; //设置读取地址的高字节，地址改变才需要设置
     
195. IAP_contr = 0x82; //设置等待时间，1MHz以下取7，2M以下取6，3M取5，6M取4，12M取3，20M取2，24M取1，30M取0，前导1表示许档IAP
     
196. IAP_cmd = 2;      //读取值1，写取2，擦除取3，擦除时按所在字节整个扇区撺除
     
197. saEEP(); //触发并保护
     
198. }
     
199. void eraseEEP(uint k){ //擦除
     
200. IAP_addrL = k;    //设置读取地址的低字节，地址改变才需要设置
     
201. IAP_addrH = k>>8; //设置读取地址的高字节，地址改变才需要设置
     
202. IAP_contr = 0x82; //设置等待时间，1MHz以下取7，2M以下取6，3M取5，6M取4，12M取3，20M取2，24M取1，30M取0，前导1表示许档IAP
     
203. IAP_cmd = 3;      //读取值1，写取2，擦除取3，擦除时按所在字节整个扇区撺除
     
204. saEEP(); //触发并保护
     
205. }
     
206. 
     
207. 
     
208. xdata struct Ida{
     
209. float L0;
     
210. float C0;
     
211. } cs;
     
212. 
     
213. void cs_RW(char rw){
     
214. uchar i,*p = &cs;
     
215. const int offs=512;
     
216. if(rw){
     
217.   eraseEEP(offs);
     
218.   for(i=0;i<sizeof(cs);i++) writeEEP(i+offs,p[i]);
     
219. }else{
     
220.   for(i=0;i<sizeof(cs);i++) p[i]=readEEP(i+offs);
     
221. }
     
222. }
     
223. 
     
224. 
     
225. //==========================================================================
     
226. //================================电感表主程序==============================
     
227. //==========================================================================
     
228. sfr P1M1=0x91; //P1端口设置寄存器
     
229. sfr P1M0=0x92; //P1端口设置寄存器
     
230. sfr P0M1=0x93; //P0端口设置寄存器
     
231. sfr P0M0=0x94; //P0端口设置寄存器
     
232. sfr P2M1=0x95; //P2端口设置寄存器
     
233. sfr P2M0=0x96; //P2端口设置寄存器
     
234. sfr P3M1=0xB1; //P3端口设置寄存器
     
235. sfr P3M0=0xB2; //P3端口设置寄存器
     
236. sfr WAKE_CLKO = 0x8F;
     
237. sfr AUXR = 0x8E;
     
238. sfr BRT = 0x9C;
     
239. 
     
240. 
     
241. sbit K1=P3^7;  //清零键
     
242. 
     
243. long feq=0;
     
244. char Tk=0,Tkm=12,fa=0;
     
245. void timerInter1(void) interrupt 3 {//T1中断
     
246. fa++;
     
247. }
     
248. void timerInter0(void) interrupt 1 {//T0中断
     
249.   uchar a,b,c;
     
250.   if(++Tk>=Tkm){ //读取计数值
     
251.         Tk = 0;
     
252.     TR1 = 0; //暂停计数
     
253.         a = fa, b = TH1, c = TL1;
     
254.         fa = TH1 = TL1 = 0;
     
255.         TR1 = 1;
     
256.         feq = (a*256L*256L + b*256L+c) * (24/Tkm);
     
257.     if(feq<=5) feq = 0;; //去除本频率(通常有1Hz)
     
258.     if(feq<300&&feq>10) Tkm = 24; //低频（小于10视为不起振）
     
259.         else                Tkm = 12; //频率较高时，闸门时间减小一些，加快测量速度
     
260.   }
     
261. }
     
262. void putLx(float L){
     
263.   if(L<1e-4) { L*=1e6; lcd_putf(L,2,4); lcd_puts(" uH"); return; }
     
264.   if(L<1e-3) { L*=1e6; lcd_putf(L,1,4); lcd_puts(" uH"); return; }
     
265.   if(L<1e-2) { L*=1e3; lcd_putf(L,3,4); lcd_puts(" mH"); return; }
     
266.   if(L<1e-1) { L*=1e3; lcd_putf(L,2,4); lcd_puts(" mH"); return; }
     
267.   if(L<1e+0) { L*=1e3; lcd_putf(L,1,4); lcd_puts(" mH"); return; }
     
268.   if(L<1e+1) {         lcd_putf(L,3,4); lcd_puts("  H"); return; }
     
269.   if(L<1e+2) {         lcd_putf(L,1,4); lcd_puts("  H"); return; }
     
270.   if(L<1e+5) {         lcd_puti(L,5);   lcd_puts("  H"); return; }
     
271.   lcd_puts("Overflow.");
     
272. }
     
273. float c2c(float f){ //针对涤纶电容修正
     
274. code float a[5]={100,   1000,  10000, 100000, 150000 };  //频率
     
275. code float b[5]={1.004, 1.000, 0.992, 0.960,  0.950  };  //修正量(综合修正表)
     
276. //code float a[5]={100,   1000,  10000, 100000, 200000 }; //频率
     
277. //code float b[5]={1.004, 1.000, 0.992, 0.975,  0.973  }; //修正量(涤纶原真修正表)
     
278. char i;
     
279. if(f<a[0]) return b[0];
     
280. if(f>a[4]) return b[4];
     
281. for(i=0;i<4;i++){
     
282.   if( f>=a[i] && f<a[i+1]) return b[i] + (b[i+1]-b[i]) * (f-a[i]) / (a[i+1]-a[i]);
     
283. }
     
284. }
     
285. float Lx=0;
     
286. void calcL(){ //电感计算
     
287. float f,w,c0;
     
288. f = feq/1.024;
     
289. c0 = 3.12e-9 * c2c(f);
     
290. w = 2*3.1415926*f;
     
291. if(w) Lx = 1/(w*w*c0);
     
292. else  Lx = 1e20;
     
293. lcd_goto1(0); putLx(Lx-cs.L0);
     
294. lcd_goto2(0); lcd_puts("F="); lcd_puti(f,6); lcd_puts("Hz");
     
295. }
     
296. 
     
297. main(){
     
298. uchar kn=0;
     
299. eepEn = 12345;
     
300. //端口初始化
     
301. P3M0 = 0x00;    //00000000
     
302. P3M1 = 0x20;    //00100000 P3.5置为高阻口
     
303. 
     
304. delay2(5);    //等待升压电源电压上升
     
305. lcd_init();   //初始化LCD
     
306. lcd_cur0();   lcd_puts("LC 1.0");   //隐藏光标并显示片本
     
307. lcd_goto2(0); lcd_puts("XJW Putian,2012"); //显示作者
     
308. delay2(200);  lcd_cls(); //启动延时
     
309. eepEn = 12345;
     
310. cs_RW(0);   //读EEPROM
     
311. 
     
312. AUXR |= 0x40;
     
313. TMOD =  0x51;  //T1置为16位计数器,T2置为16位定时器
     
314. TR0 = TR1 = 1; //起动计数
     
315. ET0 = ET1 = 1; //开定时器中断
     
316. EA = 1;        //开总中断
     
317. 
     
318. while(1){
     
319.   calcL();
     
320.   if(!K1 && kn <255) kn++;
     
321.   if(K1) kn=0;
     
322.   if(kn==3){ //键按下
     
323.     lcd_cls();
     
324.     if(!feq) { cs.L0 = 0; lcd_puts("Removed."); }
     
325.         else     { cs.L0 = Lx; lcd_puts("Cleared."); }
     
326.         cs_RW(1);
     
327.         delay2(50);
     
328.   }
     
329. 
     
330.   delay(20000);
     
331. }
     
332. 
     
333. }
     
334. //==========================================================================
     

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xjw01

sssshhhh

做过谐振法测试LC, 误差比较大, 只是粗略判断下电容电感, 没许兄深入细致的研究, 对不同频率做修正.

worldly_guest

学习

zydl123

认真学习

heguowan

学习

城北

学                      习

大斧

前排就坐，许老师高产啊

城北

搞个电感表对比测好

无行风

前排就座。

恶灵骑士

徐老师可以综合起来出个套件了

yitiaotui

许老师，393周围的元件误差范围有要求吗？

weisohu

跟许老师学习。

yitiaotui

LM393高阻型 是什么意思？