电容测试仪范文

电容测试仪范文第1篇

关键词 NE555；单片机；电容测量

中图分类号TP368.1 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）96-0228-02

0 引言

随着电子元器件的发展，电子测量技术迅速发展起来，其中电容测试仪的使用也越来越广泛[1]。本文首先利用NE555芯片设计能够将电容值转化为单片机可测信号的电路，在单片机检测这种信号的基础上，对这种信号分析和处理，计算出电容值，最后将电容检测结果显示在显示电路上[2，3]。因此本文设计的在线电容测试仪包括信号转换、信号检测、以及数据显示三大部分。此外，选择增加LCD液晶屏用来显示，蜂鸣器用于声音提醒。用LCD液晶显示器替代传统的数码管，这样使得结果更加美观直接；而蜂鸣器可以作超量程报警或者其他操作不规范的报警信号。对于电容的测试范围，要求是100pf到99uf，也就是说任何一个实际电容值只要在此范围内，都能被测试出来，而对于超出量程的电容可以用蜂鸣器进行报警提醒。

1 硬件电路设计

1.1 NE555脉冲电路

1.2 单片机测量电路

2软件仿真与测试

软件编程平台选择最常用的keil软件。由于实现的功能并不复杂，因此这里我们选择汇编语言来编程。程序中，共分为四个模块：测量模块，数码管显示模块，1602显示模块及主函数模块。

3 结论

本次设计对电容的测量产生了5%左右的误差，该误差主要由NE555定时器构成的多谐振荡触发电路的非线性误差T、数器的量化误差N 和标准计数脉冲的频率偏移TC 产生。系统采用的标准计数脉冲来自单片机内核时钟，由片外的高精度晶振与片内电路自激振荡产生，频率非常稳定，可以忽略其频偏对测量结果的影响。量化误差是数字电路的特有误差，通过设置充电电阻R 的阻值，使TW达到毫秒级时，量化误差的影响非常小，可以忽略。非线性误差是由器件的非线性特性产生的，可通过硬件参数修正和软件算法补偿来减小。

参考文献

[1]李群芳.单片微型计算机与接口技术[M].电子工业出版社，2005，1.

[2]王世玲.数字式电容测试仪部分部件设计[J].科技与企业，2011（16）.

[3]鹿桂兰.利用电桥法测量电容[J].中国教育技术装备，2009（23）.

[4]韩文超.多功能电容测量仪的设计[J].科技信息，2012（11）.

[5]田海军，周云龙.ECT系统微弱电容检测[J].化工自动化及仪表，2012（6）.

[6]陈进军，王丽.一种基于单CPU芯片的电容测量仪[J].实验技术与管理，2010（12）.

[7]刘远社.电容在线测量电路的设计[J].西南民族大学学报（自然科学版），2010（6）.

电容测试仪范文第2篇

关键词：电容 数字式 555定时器 译码器 LED显示

中图分类号：TM934.2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）06-0188-01

1 引言

随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，电容因其独特的功能，广泛应用于隔直、耦合、旁路、滤波、调谐回路、能量转换、控制电路等方面，是电子设备中大量使用的电子元件之一。而选择一个合适的电容就成为设计人员必须注意的问题。数字电容测试仪的应用也就逐渐广泛起来。

2 系统概述

2.1 测量系统构成

2.2 系统的总体方案设计

利用NE555电路的多谐振荡器或单稳态电路来测量。本方案采用单稳态触发器或电容器充放电规律等，可以把被测电容的大小转换成脉冲的宽窄，即控制脉冲宽度TX严格CX成正比。只要把此脉冲与频率固定不变的方波即时钟脉冲相与，便可得到计数脉冲，把计数脉冲送给计数器计数，然后再送给显示器显示。如果时钟脉冲的频率等参数合适，数字显示器显示的数字N便是CX的大小。

3 各部分电路设计

3.1 单稳态触发器

3.2 计数、译码和显示电路

3.3 LED数码显示

LED数码管分为共阳极与共阴极两种，对于共阳极LED数码管，将8只发光二极管的阳极短接后作为公共阳极，接+5V电源。共阴极LED数码管则与之相反，它是将发光二极管的阴极短接后作为公共阴极，接地。

4 结语

简易电容测试仪的构造比较简单，所使用的元器件相对用以找到，结构也不复杂，但是非常的方便实用，是一种非常有效的测量工具。

参考文献

[1]童诗白.模拟电子技术基础[M].第2版，北京：高等教育出版社，1986.

[2]杨兴琼，张益清，杨震绪.新编实用电子电路500例[M].北京：化学工业出版社，2006.

[3]蒋立平.数字逻辑电路与系统设计[M].北京：电子工业出版社，2009.

[4]刘修文主编，新编电子控制电路300例，北京：机械工业出版社，2006出版.

[5]陈有卿，叶桂娟.555时基电路原理设计与应用[M].北京：电子工业出版社，2007.

电容测试仪范文第3篇

关键词：电阻；电容；电感测试仪；程序设计

本设计是用汇编语言对AT89S51编程，以下是各个单元的软件设计。

1 整体程序设计

整体程序是对各个子程序的调用和组织，系统开始后，主程序负责安排初始化、系统信号的发送和读取，以及数据的处理，最后通过LED做数据显示。系统的测量选择可以由按键选择并且由发光二极管做指示。

整体程序设计如下：

ORG 0000H

LJMP START

ORG 001BH

JMP INTM1 ；定义中断地址

ORG 0030H

START ： MOV A，#3H

MOV P2，A ； 初始化p2口

LOOP1：P2.2，DZ1； 有按键1动作则转dz1

JB P2.3，DR1； 有按键2动作则转dr1

JB P2.4，DG1； 有按键3动作则转dg1

LCALL DELAY； 延时

LJMP LOOP1； 若无按键动作，继续扫描

DZ1： MOV A，#24H

MOV P2，A； 点亮二极管1并选通电阻测量

LCALL DZ ； 调用电阻处理模块

LCALL DISPLAY； 调用显示程序

LJMP START ； 电阻处理完毕，程序返回等待下次测量

DR1： MOV A，#49H

MOV P2，A ； 点亮二极管2并选通电容测量

LCALL DR ； 调用电容处理模块

LCALL DISPLAY； 调用显示程序

LJMP START ； 电容处理完毕，程序返回等待下次测量

DG1： MOV A，#92H

MOV P2，A ； 点亮二极管3并选通电感测量

LCALL DG ； 调用电感处理模块

LCALL DISPLAY； 调用显示程序

LJMP START； 电感处理完毕，程序返回等待下次测量

程序运行顺序是先定义程序开始地址，定义T1口中断地址，初始化P2口，判断按键动作，如果有动作，则被选择电路的指示灯亮，否则继续循环扫描按键，直到有键按下。

2 初始化模块设计

初始化首先是通过单片机P2口的赋值来使CD4052按照要求选通，定义中断类型和中断地址，初始化计数定时器。

初始化P2口的赋值来使CD4052按照要求选通：

3 按键扫描和指示电路程序设计

按键通过上拉电阻给予高电平，动作时直接会给P2.2或者P2.3或者 P2.4一个高电平，通过扫描P2.2-P2.4则可以判断按键动作，如果有按键按下，通过P2.5 P2.6 P2.7分别点亮指示灯，同时P2.0 P2.1送出相应数据选通CD4052使相应的测量电路选通，数据通过CD4052的13脚进入单片机T0计数器，到此，按键扫描电路工作完成。

4 数据处理模块设计

数据处理主要是把从T0读取的频率数通过计算转换成相应的电阻、电容和电感值。图为读取频率的子程序流程图（如图1）

设计思想是通过计数定时器来计算在10ms内的频率计算，然后通过中断服务程序循环100次来达到定时1s的频率计算。部分程序如下所示：

START1：

MOV TMOD，#15H； 方式1，t0计数，t1定时10ms

MOV TH1，#0D8H；

MOV TL1，#0F0H； 初始化t1，定时10ms

MOV TH0，#0H；

MOV TL0，#0H； 初始化t0

MOV IE，#88H； 开中断

MOV R2，#0H； 循环记数器初始化

SETB TR1； 开始定时和记数

SETB TR0；

YL1： CJNE R2，#100，YL1 ； 中断100次，定时1s

CLR TR1 ； 关定时记数

CLR TR0 ；

MOV A，TL0 ； 保存记数值

MOV B，TH0；

RET

INTM1： MOV TH1，#0D8H； t0中断

MOV TL1，#0F0H； 初始化t1，定时1us

INC R2

RETI

首先计算定时时间为10ms，则定时初值为65536-10000=55536=D0F0H，所以分别赋予TH1=0D8H，TL1=0F0H，循环计算器R2初值为零，开中断，EA=1，ET1=1，开始定时计算，定时时间到，判断R2是否等于100，不等，则进中断，等，则关定时计算器，保存TL0和TH0的频率到A和B。中断程序首先初始化T1，R2自加1。整个频率读取完成。

5 数据显示模块设计

数据显示由四位数码管显示，其中第一位显示个位，第二位显示十分位，第三位和第四位显示倍数，如显示1即表示101倍。

以下是十位和个位显示程序。

DISPLAY： MOV DPTR，#NUMTAB； 指定查表启始地址

MOV R0，#4 ； 定义外循环次数

DPL1： MOV R1，#250 ； 定义内循环次数

DPLOP： MOV A，A_BIT ； 取十位数

MOVC A，@A+DPTR ； 查十位数的7段代码

MOV P0，A ； 送出十位7段代码

SETB P1.0 ； 开十位显示

ACALL DLMS ； 显示161微秒

CLR P1.0 ； 关闭十位显示，防止鬼影

MOV A，B_BIT ； 取个位数

MOVC A，@A+DPTR ； 查个位数的7段代码

MOV P0，A ； 送出个位的7段代码

SETB P1.1 ； 开个位显示

ACALL DLMS ； 显示161微秒

CLR P1.1 ； 关闭个位显示，防止鬼影

、、、、、、、、、

、、、、、、、

DJNZ R1，DPLOP ； 循环执行250次

DJNZ R0，DPL1 ； 循环执行250X4=1000次

RET

DLMS： MOV R7，#80 ； 1+2X80=161微秒，延时按12MHZ计算

DJNZ R7，$

RET

NUMTAB： DB 0CFH，03H，5DH，5BH，93H，0DAH，0DEH，43H，0DFH，0DBH

电容测试仪范文第4篇

关键词：MAX038 小电容测试 TM4C123GH6PM 等精度频率测量

本文通过研究标准函数信号的生成及信号频率和电容值之间的关系，设计出基于MAX038的便携式电容测试仪。在设计中，应用数字信号处理技术和误差纠正的方法，使测试仪运行更快、更准确。它不仅可以作为一般便携式电容测试仪应用，也可作为适合学生的课题，在实践中反复修正达到更好。

1 硬件组件和小电容简易测试仪的工作原理

本文设计的电容测试系统包括电源模块、函数信号发生器模块、电压调节模块、TM4C123GH6PM控制系统和显示模块，系统结构如图1所示。其中，电源模块提供给函数发生器MAX038 ±5V的电源，同时使用低压差电压调节器LM1117，使电压从5 V降至3.3 V，同时也为TM4C123GH6PM提供电源；MAX038函数信号发生器可以提供一个精确的方波信号，其频率与测量电容相关，该方波信号被放大后，其频率可由TM4C123GH6PM控制系统估算出来，然后换算为测量电容的电容值，最后显示在液晶屏幕上。

2 信号发生器和频率范围的选择

2.1 信号发生器MAX038

信号产生模块的功能是生成一个精确的信号，其频率与电容器相关联，通过测量信号的频率，可以求出电容的值。本设计中采用的MAX038是一种低失真、高频率、高精度的单片集成函数信号发生器，它借助少量的外部组件，可以产生准确的高频三角波、正弦波、方波，其输出频率范围是0.1Hz至20 Mhz。MAX038输出信号的频率，依据当前的系统和外部振荡电容由输入电压UFADJ调整得到。

当UFADJ = 0 V时，在网络系统终端与参考电压的输出终端之间连接一个电阻RIN，输出振荡频率fo=UREF/RINCf。

Cf即为MAX038外接部分的待测电容。

2.2 频率范围的选择

在这个测试系统中，在放大的前提下，要使测量值尽可能大，外部电阻器RIN应该满足两个条件：第一，MAX038的输出频率不能太低，否则等精度频率测量的测量精度将降低，比如，输出频率为50Hz，外部电阻RIN不应超过5 kΩ。第二，在确保输出频率不超过20 MHz的情况下，可以尝试增大电阻，但也应该考虑到系统的最佳工作电流范围。基于上述因素的测试系统中，三个外接电阻值将外接电容测量分为两个区间：RIN = 12.5 KΩ划分 1μF ～ 1nF；RIN= 25 kΩ 划分1000 pF ～ 10 pF。

3 放大调节模块

由MAX038放大的方波信号输出之后，其振幅被TM4C123GH6PM接收。模块连接到同相位的AD8048放大电路，调节放大电路增益，使电容为10 pF时，由MAX038输出3 V的电压信号。

4 TM4C123控制模块

由TM4C123GH6PM微控制器组成的控制系统能实现两个主要功能：第一，使用等精度频率测量方法测量MAX038输出的方波频率；第二，应用最小二乘法拟合和一致性修正方法，可以准确地计算和显示测量电容值。精密频率测量的波形如图2所示。

TM4C123GH6PM内部生成一个门信号，门信号期间，计数器A和计数器B分别计数测量信号（方波频率fx）和标准频率信号（定时频率fc），假设在设定时间T内，fx计数为NA，fc计数是NB。可以得到：fx=fcNA/NB。

门信号T = 1s时，被测信号的计数值NA就是被测电容频率的输出值，即

fx=NA。

因此，实际的电路设计不需要定时频率fc，因为方波的频率可以通过计数器A获得。当TM4C123GH6PM把估算频率值代入公式，就可以获得并显示测量的电容值。

5 电容测试仪软件的设计

系统软件设计包括两个模块，即主功能和定时器中断功能。前者主要涉及微控制器TM4C123GH6PM，包括配置初始化，显示控制初始化和中断初始化；计算信号频率和电容值。而后者主要用于定时。

当主程序检测到被测信号的上升沿，计数器清零，同时定时器中断1秒，然后会产生1秒的同步信号，并对MAX038输出的放大方波信号进行计数。

6 最小二乘法分段拟合

为了提高测试的准确性，使用最小二乘法处理两个测试电容器，运用MATLAB的公式 C = a / f + b，使其形成一个拟合曲线。拟合公式参数和曲线在图3中标示出。拟合公式写入TM4C123GH6PM，可以根据不同的取值估算电容值。通过多次估算，找出平均值，以减少随机误差，并使用高精度测试仪进行比较测试，纠正系统错误。

7 测试结果和误差分析

7.1 测试原理

用高精度的测试仪和简易测试仪分别检查相同的测试源，比较二者的测试情况。测试原理如图4所示。

7.2 高精度的测试仪测试情况

使用TH2821A手持LCR数字电桥作为测试仪器，电容测试范围： 1pF～ 9999μF；1 kHz，10 kHz：0.1 pF ～ 999.9μF；测量精度是0.3%。

7.3 简易测试仪测量结果

从测量结果可以看到：在10 pf ～ 1μf的范围内，最大误差值出现在标准电容值为1.037μf时，即0.87%，该测试仪的测量精度是一级。

8 结论

基于MAX038函数信号发生器的简易小电容测试仪，将函数信号发生器的外接电容作为测量电容，它可以产生相应的频率信号输出，根据外部电阻的测量频率值，我们可以计算出电容值，使用最小二乘法和一致性修正方法来提高测试的准确性。试验结果表明：在10 pf ～ 1μf的范围内，测试精度为一级。测试仪可以快速和更准确地测量电容值，并可以作为一般便携式小电容测试仪使用。

参考文献

[1]苏梁，便携式电容测试仪的设计与研究 [D]，华中科技大学，2007.

[2] 刘军、李智，基于单片机的高精度电感、电容测试[J] 研究与开发，2007，26（6）：48-51.

[3] 沈晓顾，使用脉冲计数方法测量电容单片机[J]，上海理工学院，2006年6（4）：290 - 293.

[4] Y. Geng， J. Chen， K. Pahlavan，使用射频信号作为第一响应应急操作的动态检测，移相器项目，个人室内移动无线电通信国际研讨会（PIMRC）， 英国，伦敦， 2013年9月.

电容测试仪范文第5篇

【关键词】单片机，555多谐振荡电路，LED动态显示模块，电容三点式振荡

【中图分类号】TM53【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0400-02

【基金项目】 本文为《大学生创新创业训练计划项目》 项目编号：0205-02010008，指导老师：赵波、郝武帮。

1、设计的背景及意义

目前，常见的高精度L、C、R电桥均采用阻抗―矢量电压测量L、C、R参数。通常这些仪器都设置了高精度差动放大器、精密鉴相电路、高性能的滤波器、比较器、积分器、高分辨率的双斜式A/D等一系列功能电路。因正弦信号源直接影响测量精度，所以在正弦电路中均采取了一系列稳频、稳幅和降低失真的措施[1]。虽然这类仪器的精度较高，但整个仪器结构复杂，对元器件要求高，选配和调试困难，生产成本高，体积较大，需220VAC供电等，使其推广受到限制。

本设计开发的这测试仪采取阻抗―相角法测量L、C、R参数。这测试仪以MCS―51单片机[2]为核心，采用过零鉴相填充计数法[3]进行测相，由程序控制定时实测正弦信号频率，从而大大降低了仪器对正弦信号电路的要求，故不必像阻抗―矢量电压法仪表那样对正弦发生电路采取专门的稳压、稳频措施。仪器采用自行设计的低成本、高精度测相电路和正弦发生电路，并由程序控制定时实测正弦信号频率，采用多次测量中值滤波等，既保证了仪器的精度，又降低了仪器的生产成本，适应了普通测量的需要。

新型R、L、C测试仪设计的创新点：成本低、体积小、便于携带、测试方便、双电源模式。

2、系统的原理框图

本设计中，考虑到单片机具有物美价廉、功能强、使用方便灵活、可靠性高等特点，拟采用MCS -51系列的单片机为核心来实现电阻、电容、电感测试仪的控制[4]。系统分四大部分：测量电路、控制电路、通道选择和显示电路。通过P1.3和P1.4向模拟开关送两位地址信号，取得相应的振荡频率，然后根据所测频率判断是否转换量程，或者是把数据进行处理后，得出相应的参数值。系统设计框图如图2-1如下所示。

框图各部分说明如下：

1）控制部分：本设计以单片机为核心，采用AT89C52单片机，利用其管脚的特殊功能以及所具备的中断系统，定时/计数器和LED显示功能等。LED灯：本设计中，设置了1盏电源指示灯，采用红色的LED以共阳极方式来连接，直观易懂，操作也简单。数码管显示：本设计中有1个74HC02、2个74LS573、1个2803驱动和6个数码管，采用共阳极方式连接构成动态显示部分，降低功耗。键盘：本设计中有Sr，Sc，SL三个按键，可灵活控制不同测量参数的切换，实现一键测量。

2）通道选择：本设计通过单片机控制CD4052模拟开关来控制被测频率的自动选择。

3）测量电路：RC震荡电路是利用555振荡电路实现被测电阻和被测电容频率化。电容三点式振荡电路是利用电容三点式振荡电路实现被测电感参数频率化。通过51单片机的I/O口自动识别量程切换，实现自动测量。

3、电阻、电容、电感测试仪的系统硬件设计

3.1 MCS―51单片机电路的设计

在本设计中，考虑到单片机构成的应用系统有较大的可靠性，容易构成各种规模的应用系统，且应用系统有较高的软、硬件利用系数。还具有可编程性，硬件的功能描述可完全在软件上实现。另外，本设计还需要利用单片机的定时计数器、中断系统、串行接口等等，所以，选择以单片机为核心进行设计具有极大的必要性。在硬件设计中，选用MCS-51系列单片机，其各个I/O口分别接有按键、LED灯、七位数码管等，通过软件进行控制[5]。

MCS-51单片机包含中央处理器、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时/计数器、并行I/O口、串行口和中断系统等几大单元，以及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线。

3.2 测量电阻电路的设计

由于555定时器是一种中规模集成电路，只需外接少量R、C元件，就可以构成多谐、单稳及施密特触发器[6]。电阻的测量采用“脉冲计数法”，由555电路构成的多谐振荡电路，通过计算振荡输出的频率来计算被测电阻的大小。

555接成多谐振荡器的形式，其振荡周期为：

参考文献

[1] 邱关源主编.电路[M].4版.高等教育出版社，2009

[2] 张毅刚.MCS―51单片机应用系统[M].哈尔滨工业大学出版社，1997

[3] 余孟尝主编，清华大学电子学教研组编.数字电子技术基础简明教程[M].3版.高等教育出版社，2010

[4] 杨素行主编，清华大学电子学教研组编.模拟电子技术基础简明教程[M].3版.高等教育出版社，2006.5

电容测试仪范文第6篇

关键词:电阻电容检测;微处理器;usb;visual b + +

基于usb接口虚拟在线电阻电容测试的方法其总体设计思想为：将电阻电容的参数值转换成与之成正比关系变化的电压输出，经模数（a/d）转换，然后送pc机进行数据及信息处理，在pc机上进行数据和信息显示。最终完成电阻电容的在线测试与显示。

一、电阻电容测试原理

电阻电容的参数测试在电子设计中是至关重要的，目前其测试基本上都采用直接测量的方式，即用万用表直接测试元件的两端以测得元件参数。但通常设计者们在电路设计初期只能通过理论分析计算需要的电子元件的参数，在实际的设计中，需要测试更换一些电路板上的电子元件。但此时元件已经焊接在电路板上，特别像电阻电容往往都不是分立的元件，直接测试将会造成极大的误差。传统的做法是焊开原器件再测量，以避免受板上其他元器件的影响。

二、visual b + + 6.0

visual b++6.0是微软公司推出的一种开发环境，以其强大功能友好的界面，32位面向对象的程序设计而受广大软件开发者的青睐，被广泛应用于各个领域。

应用程序用visual b+ +开发环境在windows xp系统下编写，对usb接口的电阻电容测试仪进行打开、读写、关闭等操作都通过调用系统api函数完成。应用程序首先调用creat file得到usb设备的句柄，然后利用device io control 函数提交一个i/o控制代码，通过设备句柄打开连接驱动的输入输出缓冲。

三、通用串行总线(usb)及其接口芯片

通用串行总线(usb)是一种简单的计算机接口标准。在早期的计算机系统上常用串口或并口连接设备。每个接口都需要占用计算机的系统资源(如中断，i/o地址，dma通道等)。无论是串口还是并口都是点对点的连接，每添加一个新的设备，就需要添加一个isa/eisa或pci卡来支持，同时系统需要重新启动才能驱动新的设备。usb总线是intel、dec、microsoft、ibm等公司联合提出的一种新的串行总线标准，主要用于pc机与设备的互联。usb总线具有低成本、使用简单、支持即插即用、易于扩展等特点，已被广泛地用在pc机及嵌入式系统上。

四、usb协议栈驱动程序及设备驱动程序需实现的功能

usb协议栈驱动程序需实现的功能：提供与设备驱动程序的接口；读取并解析usb设备描述符，配置描述符；为usb设备分配唯一的地址；使用默认的配置来配置设备；支持基本的usb命令请求；连接设备与相应的驱动程序；转发设备驱动程序的数据包。

设备驱动程序需实现以下功能：提供与应用程序的接口；读取并解析usb设备特有的描述符，获得设备提供的传输通道；发送设备特有的和基本的usb命令请求；通过设备提供的传输通道与设备进行数据传输；通过usb命令请求重新配置设备。

五、结论

系统测试时选定若干电阻和电容的测试结果如表1所示。

数据中3号代表数字变化，数据不能读出。通过测试结果与实际值的对比，本测试仪已达到设计时的技术指标，基本满足测试人员的测试要求。

参考 文献 ：

电容测试仪范文第7篇

中图分类号:TN710-34文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)18-0028-02

Design and Realization of Intelligent Capacitance TesterBased on Single Chip Microcomuter

XU Si-cheng

(Department of Mechanical and Electrical Engineering, Henan Quantity Engineering Vocation College, Pingdingshan 467002, China)

Abstract: A new scheme for design and implementation of the intelligent capacitance tester is proposed based on the analysis and comparison of traditional capacitance measuring instrument. Taking MCS-51 SCM as a control core of the instrument, the instrument was realized in combination with multichannel harmonic oscillator, multi-way switch and fewer external resources, and the measurement process intellectualization, simple structure, low cost and digital display were achieved. The system testing and application prove that the system has reliable performance, high accuracy of measurement, and achieves the desired effect of the design.Keywords: single chip micro-controller; intelligent capacitance tester; multivibrator; digital display

0 引 言

测量电容元件集中参数值的仪表种类较多,方法也各有不同,但都有其优缺点。一般的测量方法都存在计算复杂,不易实现自动测量,而且很难实现智能化的不足。该设计打破了传统的设计模式,首先把较难测量的电容元件参数利用555定时器构成的多谐振荡器转换成简易测量的频率信号[1-2],然后使用单片机计数后再运算求出电容值,最后送数码显示电路,实现了智能化测量,避免了由指针读数引起的误差。

1 电路的设计与实现

1.1 电路设计方案及说明

系统分为测量电路、通道选择和控制电路三大部分[3],如图1所示。测量电路的核心是由555定时器[4]构成的多谐振荡器,通道选择由集成数据选择器实现,控制通道由MCS-51[5-6]构成。根据所选通道,通过P0.3口和P0.4口向模拟开关发送两位地址信号,取得振荡频率,然后根据所测频率判断是否转换量程,或者是把数据进行处理后,得出相应的参数值。

1.2 各部分电路设计

1.2.1 电容测量电路

电容的测量采用脉冲统计法[7],如图2所示。由555电路构成的多谐振荡电路,通过计算振荡输出的频率来计算被测电容的大小。555定时器接成多谐振荡器的形式。该电路的振荡周期为:

T=T1+T2=Cx(ln 2)(R+2R3)(1)

有:

fx=1/T=1Cx(ln 2)(R+2R3)(2)

所以:

Cx=1/T=1fx(ln 2)(R+2R3)(3)

图1 系统硬件设计

为了使振荡频率保持在这一段单片机计数的高精度范围内,在选择合适R的前提下,所测电容分为两档:

(1) 当0.001 μF≤Cx≤0.1 μF,且P3.0接高电平,P3.2接低电平时,R=R1=R3=483 Ω,C3取0.01 μF。由式(2)可知,对应频率fx的范围为10 kHz≤fx≤1 000 kHz,所以Cx=13fxR1ln 2。

(2) 当0.000 01 μF≤Cx≤0.001 μF,且P3.1接高电平,P3.3接低电平时,R=R2=R3=48.3 kΩ,同样C3取0.01 μF。由式(2)可知,对应频率fx的范围为10 kHz≤fx≤1 000 kHz,所以Cx=13fxR2ln 2。

图2 电容测试电路

1.2.2 多路选择开关电路

利用74LS253实现测量类别的转换,74LS253是双四选一的模拟开关选择器件[4]。当选择了某一通道的频率后,输出频率通过P3.4作为CPU定时器的时钟源,并开始计数(P3.5悬空),当计数后读出计数器的值,除以24就得到了被测C所对应产生的频率,通过计算得到要被测值,如图3所示。

图3 选择电路

1.2.3 数码管显示电路

图4是四位LED静态显示驱动电路。

该电路具有锁存、译码、驱动功能的CD4511[4]作为锁存/译码/驱动电路,笔段测试输入LT及消隐输入BI接高电平(无效),锁存输入端LE分别接P1.7,P1.6,P1.5,P1.4。当LE为低电平时,译码输出由ABCD输入端编码决定;当LE由低电平变为高电平时,锁存输入端ABCD的状态,译码输出也相应地保持不变,且具有超量程显示功能[3,8]。

图4 四位LED静态显示驱动电路

图4中数码管显示显示内容如图5所示。

图5 内容显示

2 系统测试及整机指标

为了检测该仪表的整机性能,该表和DT9508B型数字万用表的实测数据如表1所示。

表1 测试数据pF

电容(理论值)万用表读数本仪表读数

7066.767.8

400420410

850810821

5 0004 8104 870

20 00020 60020 400

80 00076 80077 500

经检测该仪表指标达到了如下要求:

(1) 测量范围:0.000 01 μF≤Cx≤0.1 μF;

(2) 测量精度:±5%;

(3) 制作4位数码管显示器,显示测量数值,且能超量程显示。

3 结 语

与传统的电容测量仪表相比,基于单片机技术简化了电路板的空间,提高了系统设计的可靠性,实现了测量过程的智能化[9-10]。经实际运行检验,仪表性能稳定可靠,测量精度高,响应速度快,且基本不受电源波动的影响,抗外界电磁干扰能力强,受周围外界环境的影响小,因此有着广泛的应用空间。

参考文献

[1]阎石.数字电子技术基础[M].上海: 高等教育出版社,2006.

[2]薛燕红.传感器自动检测系统的设计与实现[J].电子测量技术,2007(5):196-199.

[3]何克忠.计算机控制系统[M].北京: 清华大学大学出版社,2004.

[4]康华光.电子技术基础[M].北京:高等教育学出版社,2006.

[5]李刚民.单片机原理及实用技术[M].北京: 高等教育学出版社,2008.

[6]崔华,刘高.单片机原理实用技术[M].北京:清华大学出版社,2004.

[7]杨静.电子设计自动化[M].北京:高的教育出版社,2006.

[8]新型集成电路简明手册及典型应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2005.

[9]李刚,林凌.现代测控电路[M].北京:高等教育出版社,2004.

电容测试仪范文第8篇

为确保输电线路工频参数测试仪在输电线路工频参数测试工作现场测试的数据的准确性，我们要定期对输电线路工频参数测试仪测试准确度进行校验。在校验输电线路工频参数测试仪阻抗角测量准确度时，若采用真实感性负载来调节阻抗角时，所需的电感需要专门定制，不经济。因输电线路工频参数测试仪电流及电压测量回路是各自独立的，所以我们可以采用电阻、电容移相电路，可以很方便的得到所需的阻抗角，其中所需的电阻器及电容器都很常见，且价格便宜。

1、输电线路工频参数测试仪校验工作简介

1.1输电线路工频参数测试仪测试功能

为确保输电线路工频参数测试仪以下简称测试仪在输电线路工频参数测试工作现场测试的数据的准确性，我们要定期对测试仪测试准确度进行校验。测试仪测试项目可分为两类，即阻抗类：包括正序阻抗、零序阻抗、互感阻抗等3个项目和电容类：包括正序电容、零序电容、耦合电容等3个项目。

1.2输电线路工频参数测试仪两种校验方法比较

1.2.1标准负载法

在测试仪输出端接上标准负载，将标准负载标称值与测试仪测量示值进行比较。这种校验方法优点是直观明了，缺点是所需的标准负载不仅要求精度高，优于0.2%，还要能承受一定的功率，一般这种标准负载的数值都是单一的，若要对测试仪范围内多个测试点进行校验就需要多个不同电容值、不同阻抗值各不同阻抗角的标准负载，配齐这样一套专用标准负载进行测试仪的校验很不经济。

1.2.2多功能交流标准表法

在测试仪的输出端接上合适的可调模拟负载，同时接入多功能交流标准表（以下简称标准表），通过调节负载得到各个参数校验点，将测试仪上的电流值、电压值及阻抗角示值与标准表的实测值进行比对。这种方法对所需的可调模拟负载的精度没有要求，只需要有足够的额定功率、额定电压、额定电流，及相应的可调范围就可以了，用常见滑线变阻器及电机启动电容器就能满足，标准表是我们电测专业的通用仪表，不需要另外投入，因此这种方法的优点是很经济，不需要另外投入其它设备。

标准表的准确度要求优于0.1%，这样电压及电流的测量结果准确度为0.5%，计算结果的合成准确度为1%，阻抗角的测量准确度要求优于±0.05度。

1.3多功能交流标准表法各个参数调节方法

电流电压的校验比较简单，本文不作详述。本文主要介绍阻抗角参数调节方法：

输电线路工频参数阻抗类参数都是感性阻抗，也就是说阻抗角的测量范围在0°～90°之间。那么阻抗角的调节，若采用真实感性负载来调节阻抗角时，所需的电感需要专门定制，同样不经济。因测试仪电流及电压测量回路是各自独立的，所以我们可以采用电阻、电容移相电路，可以很方便的得到所需的阻抗角，其中所需的电阻器及电容器都很常见，且价格便宜。

2、阻抗角测量准确度校验接线图

因为测试仪的三相电源及测量系统都是独立的，我们可以使用一套电阻、电容移相电路依次对三相的测量系统分别校验，以A相为例，校验接线图如图1：

3、相量分析

在图1中，设标准表测得的阻抗角为Φ，它是电流I及电压U相量的夹角，与测试仪测量的阻抗角相同，R1和C1组成分压电路，因此I1远小于IL，据此可以作出相量图（图2）。

I1超前Us的夹角Φ1，其范围在0°～90°之间，C1越大Φ1越大，R1越大Φ1越小。相量I≈相量IL，且相量U为相量I1在电阻R1上的电压降，方向相同，因此相量U超前于相量I的夹角Φ0≈Φ1，也可以在0°～90°之间调节。这样就可以在0°～90°的范围内对测试仪阻抗角测量准确度进行校验。

（作者单位：江西省送变电建设公司）

作者简介

电容测试仪范文第9篇

【关键词】高压；电容；介质损耗因数；检定系统

0 引言

高压介质损耗因数测量仪是一种检测各种绝缘套管、绝缘板、线缆、CT、PT等中高压仪器的介损和电容[1-2]。依据电力行业推荐标准DL/T962相关技术条件要求，测量点需要覆盖全部量程，且要选取若干单点电容的标准器对被检的上、中、下三个位置的误差进行检定。而从当前国内高压介质损耗测试仪的检定装置来看，各类标准器均需要人工切换档位，这也大大影响检定效率。因此自动高压介质损耗因数测试仪检定系统的构建就显得尤为重要。

1 高压介质损耗因数测试仪的工作机理

介损仪工作原理（如图1所示）在结构上采用一体化设计，应用数字测量技术对各种高压电力设备进行自动测量电容量及介质损耗因数的仪器设备。通常高压电容及介质损耗因数测量单元、内置高压试验电源和高压标准电容器组成的测量装置。高压试验电源通常不高于10kV，输出试验电压频率为45Hz～55Hz[3-4]。

2 高压介质损耗因数测试仪检定系统的实现

绝缘材料一般可用C或R通过串联或并联组成的等效回路和矢量图来表示。基于串联模型的高压介质损耗因素测试仪检定系统如图2所示[5]。

检定时，先设置需要检定的标准点。设定完成后，计算机给标准器发送控制命令设定一个电容及介损，并控制被检开始升压。当被检仪器电压降至零后，上位机再发出指令，通过光电隔离器和继电器进行电容切换，重复以上过程，即可完成被检测试仪的检定工作。

3 介质损耗因数测量结果不确定度评定

采用直接测量法，将被检和标准高压端并联，由标准器给出参考值同时读取被检示值，从而确定被检示值误差。测量时，温度为18℃～22℃，相对湿度为45% RH～75% RH。

3.1 数学模型

数学模型为？驻D=Dx-Ds。其中，Dx为被检示值，Ds――标准示值。

3.2 A类标准不确定度分量评定

在相同条件下，选取标准器介质损耗因数的测量点为1%，每次测量均重新接线，测量列如下：

根据贝塞尔公式可得，A类标准不确定度uA为0.119%，转化成相对形式为：uArel=0.012%。

3.3 B类标准不确定度分量评定

3.4 扩展不确定度

4 结论

本文在分析高压介质损耗因数测试仪的工作机理的基础上，设计了高压介质损耗因素测试仪检定系统，并简要说明控制流程的实现。介质损耗因数测量结果不确定度评定结果表明，测量结果的扩展不确定度为0.027%，小于被检最大允许误差绝对值（1%）的三分之一，可作为计量标准解决1级及以下等级高压介质损耗因数测试仪的量值溯源问题。

【参考文献】

[1]杨文斌.基于虚拟仪器的变压器套管介质损耗因数在线检测的研究[J].绝缘材料，2007，40（6）.

[2]田科.介质损耗因数自动测试仪的研究及实现 [D].四川：西南交通大学，1999.

[3]张杰梁，董小龙，黄洪，赵斯b，等.互感器校验仪差压回路的分析及其附加负荷推算[J]，中国测试，2015（12）：

[4]国家质量监督检验检疫总局.JJG 1126-2016 高压介质损耗因数测试仪检定规程[S].北京：中国计量出版社，2016

电容测试仪范文第10篇

以高压标准电容器测量结果不确定度评定为例，在提出数学模型的基础上，对各不确定度分量的来源及影响进行了详细分析和评定，并给出了有效自由度和扩展不确定度概念。由于有关高压电器方面的测量结果不确定度评定目前尚无标准，所以这一分析将有助于这方面信息和经验的交流，并促进同类实验室间的相互合作与研究。

【关键词】： 标准电容器 ，不确定度分量， 评定

【 abstract 】

High voltage capacitor measurement results in standard uncertainty as an example, the proposed based on mathematical model, the uncertainty of the source and the impact on the detailed analysis and evaluation, and gives the effective freedom and expanded uncertainty concept. Due to the high voltage apparatus areas of measurement results of the uncertainty at present there is no standard, so this analysis will help this information and experience of the exchange, and promote similar laboratory of mutual cooperation and research.

【 key words 】 : standard capacitor, uncertainty, and evaluation

中图分类号：O141.4文献标识码：A 文章编号：

一、测量标准

1．建立测量标准的目的、意义和用途

标准电容器是保存和传递电容量的实物标准。电容测试仪、电容电桥、RLC测试仪等仪器是我厂检验电容器质量的主要计量器具，广泛应用于生产和科研部门，为保证量值的准确可靠，解决量值溯源和传递问题，建立计量标准—标准电容箱标准器是十分必要的。

标准电容箱标准器是校准电容测试仪、电容电桥、RLC测试仪的电容量测量不确定度的一套标准器具。

2．测量标准的组成和工作原理

测量标准由SB2020精密十进位电容箱组成。SB2020精密十进位电容箱采用进口材料、特殊工艺加工制作的精密标准电容器，并经过老化处理、严格筛选，具有电容值准确性高，稳定性好，介质损耗小，容量随温度和频率变化小的特点，用于对电容测试仪、电容电桥、RLC测试仪的直接校准，测量工作原理如下图所示：

3．检定方法和检定依据

检定方法为直接检定法，检定依据为GJB/J5412-2005宽量程数字RLC测量仪检定规程。

二、测量标准性能

SB2020精密十进位电容箱主要技术指标：

电容值范围： 100pF～111.111uF

电容箱精度：±0.05%（100pF～1.0uF：1000Hz, 1uF～100uF: 100Hz）

温度系数：±5×10-5/℃

扩展不确定度：

置信概率P=95%，扩展因子tP =1.96，标准电容箱的扩展不确定度U为0.038%。

三、校准（检定）环境条件

项目名称 要 求 实际情况

四、测量标准不确定度的评定

1. 输出量

在实际检定时,标准电容箱标准器的输出量为标准器的有效C值。

2．数学模型

Y = Cei

Cei—— C 标准的实际有效C值

3. 不确定度来源

3.1 标准电容箱实际输出有效C值的不准确

3.2 Cei年稳定度引入的不确定度

3.3 温度变化引入的不确定度

3.4重复测量引入的不确定度

4. 标准不确定度评定

4.1 标准电容箱输出的Cei不准确所引入的不确定度分量u1

采用B类评定方法评定，视为正态分布，取包含因子K=2， a由上级计量检定部门检定证书中给出的扩展不确定度为0.02%

u1=0.02%/2=0.01%

数据来源于上级校准证书，认为u1很可靠，其自由度为ν1∞

4.2 Cei年稳定度引入的不确定度分量u2

由SB2020技术说明书给出其年稳定度为5×10-4，按B类方法评定，视为均匀分布，取包含因子K=1.73，则

u2=5×10-4/1.73=2.89×10-4=0.03%

不可靠度为10%，自由度ν2=50

4.3 温度变化引入的不确定度分量u3

温度是影响标准电容器量值的重要因素,由技术说明书得知,标准电容量的温度系数为

5×10-5/0C,在实际测量中，温度变化了50C，按B类方法评定，视为均匀分布，取包含因子K=1.73，则

u3=5×10-5×5/1.73=1.44×10-4=0.014%

不可靠度为10%，自由度ν3=50

4.4 重复测量引入的不确定度分量u4

次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

测量值（uF） 0.1000 0.0999 0.0999 0.0999 0.0999 0.0999 0.1000 0.1000 0.1001 0.0999

由于电容测试仪的测量不重复引入的标准不确定度，可以通过连续测量得到测量列，采用A类方法进行评定。选择重复性较好的4263B型RLC测试仪对SB2020输出为0.1uF时，在短时间内重复观测10次，得到测量列：

按下式计算出单次实验标准偏差：

=5.3×10-5uF

实验标准偏差相对值：

sn（）/0.1001=0.053%

=0.017%

自由度ν4=10-1=9

5. 合成标准不确定度

由于各分量互不相关，因此合成标准不确定度：

= 0.038%

6. 扩展不确定度

有效自由度νeff =

由νeff =∞，查t分布临界值表得：当置信概率P=95%，t P=1.96，则

U= t P·uc =1.96×0.038%=0.074%

五、测量标准重复性

选择重复性较好的4263B型RLC测试对SB2020输出为0.1uF时，在短时间内重复观测10次，得到测量列：

按下式计算出单次实验标准偏差：

=0.000020uF

实验标准偏差相对值：

sn（x）/0.100=0.020%

结论：用10次测量的实验标准偏差相对值来表征标准器的重复性，标准器的重复性小于合成标准不确定度的三分之二，符合要求。

六、测量标准稳定性

选择重复性较好的4263B型RLC测试仪对SB2020输出为0.1uF时，每隔一个月测量一次，每次取10个数据，共测5次，（即n=10，m=5），进行测量标准的稳定性测量，测量数据如下：

实验标准偏差相对值：sm/0.100=0.036%

结论：用5次抽查测量的实验标准偏差相对值来表征标准器输出的稳定性，标准器的稳定性小于合成标准不确定度，符合要求。

七、测量标准不确定度的验证

本电容标准器送上级计量检定技术机构检定，给出检定值Y0，本标准器的示值Y与其检定证书中给出的检定结果Y0进行比较，其偏差相对值应小于本检定装置的扩展不确定度U。

本检定装置

示值Y 检定证书测量值Y0 本标准扩展

不确定度U

1000nF 1000.20nF 0.02% 0.074%

本检定装置的扩展不确定度经验证满足≤U，符合要求。

八、结论

经评定，本标准电容箱标准器的扩展不确定度为0.074%，并经验证满足要求，符合

GJB/J5412-2005宽量程数字RLC测量仪检定规程的要求。可以开展RLC测量仪、LCCG-1、WQJ-1等电容测试仪、电容电桥的检定工作。

九、参考文献

1. SB2020 技术说明书

2. GJB/J5412-2005宽量程数字RLC测量仪检定规程

3. JJG197—79 LCCG—1型高频电感电容测试仪试行检定规程

4.JJG137-86CC-6 型小电容测试仪检定规程

5.JJG138-86CCJ-1C 型精密电容测量仪检定规程