|
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 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。 |
