电容和电感表的改进。方案、说明

电容和电感计的改进。无线电电子电气工程百科全书

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简单的电容和电感表，如[1, 2]中所述，测量精度较低。要理解其原因，请考虑测量原理，如图 1 所示。 XNUMX.

测量电容时（图1a），来自电压源U的电容器Cx接收电荷q≥U·CX，经开关S切换后，放电电流流过测量装置。测量电感（图 1b）也是基于记录流经测量电路的放电电流。如果我们假设开关是瞬时的，则电荷由电感中的磁通量（等于 I Lx）与直流电路 R 和 + RL 的总电阻之比确定，即 q = 1- L x / (R 和 + RL) 实际上，使用电子换向器以频率 f 周期性地进行开关，并且测量装置记录直流分量 Ii= q -f。

电容和电感表的改进

所述装置中测量误差的第一个原因与测量电流 Ii 的微安计的灵敏度不足有关。因此，开关频率f必须选择较高，并且电容器Cx在与测量电路断开后仍保留很大一部分初始电荷q，这在一定程度上降低了实际测量的电流Ii。这种减少取决于电容器的电容：电容越小，电容器放电越完全。因此，测量装置的刻度必须是非线性的，使用微安表本身的线性刻度会导致百分之几的误差。

在进行电感测量时，除了高开关频率和相关非线性导致的误差之外，对于具有明显绕组电阻 RL 的线圈还会产生额外的误差。例如，如果您使用其自身电阻 RL 远小于 Ri 的参考电感来校准设备，然后测量电阻 RL 与 Ri 相当的线圈的电感，则读数将被低估 (Ri + RL)/Ri 次。在根据参考扼流圈进行校准时，有时需要考虑有源电阻，例如，电感为 0,1 μH 的 DM-500 电感器的 RL = 10 欧姆。

为了消除指出的误差源，更改了 [2] 中设备的测量部分（图 2）。由于使用了运放DA1，仪表的电流灵敏度提高了10倍，并且开关频率在相应限值下降低了相同的量。结果，标尺的非线性变得小于1%。

（点击放大）

使用 M1 微安表在 24 μA 电流下测量 100 MHz 开关频率下的电容和电感的上限分别为 10 pF 和 1 μH。通过为被测线圈和电容器引入额外的第三个夹具并消除 L-C 开关，可以减少安装容量。另外，开关二极管VD1-VD3通过其中一根引线直接焊接到端子上。因此，在使用自由夹具的情况下，可以通过箭头与零的偏差来判断安装电容小于1 pF。

10 µF 和 1 H 时的开关频率非常低，仅为 1 Hz。在这种情况下，微安表的惯性不足以平滑指针的振荡，因此电容器C2的电容选择等于4700μF。当以此频率测量时，针稳定时间增加到数十秒。在开关频率较高的其他极限下，大约 470 μF 的电容就足够了，此时测量时间为秒。在测量限值开关上，建议添加一个触点组，仅在最后一个限值处打开全电容 C2。

u=R1+R2。当绕组电阻较大时，引入的 R1（右）部分的值应减小，以使总值 R 和 = RL + R1 + R2 保持不变。如果有精密电阻器，则可以提供有刻度的电阻器。本设计采用常规电阻SP2-3b，因此增加插座XS4、XS5，用欧姆表测量R1的输出部分，用于测量绕组的电阻。

为了切换被测元件，晶体管VT1、VT2上的互补射极跟随器用作电源，蜿蜒形式的电压脉冲通过并联连接的元件R5、C5馈送到其基极。所需的开关频率由石英谐振器振荡器和 K176 或 K561 系列微电路上制作的一系列十进制分频计数器设置。该方案的这一部分与[2]中给出的没有任何区别，因此这里省略。

为了防止电源电压的波动给测量带来额外的误差，从稳定器向电路的这一部分和开关提供+9V的电压。运放DA1允许使用±12V不稳定电压的电源供电；为了消除脉冲整形器的干扰，在电源电路中添加了电容器 C3、C4，放置在该微电路附近。

设置仪表归结为使用电阻器 R4 将测量设备的零值设置为最高限值之一（“1 µF”或“0,1 µF”），通过电阻器 R3 调整来针对参考电容器进行校准，然后针对调整 R2 的参考电感（使用此滑块，电阻器 R1 将其电阻设置在 XS4 和 XS5 之间，等于线圈绕组的电阻）。建议多匝调谐电阻R2、R3（SP5-2、SP5-22等）。

文学

Stepanov A. 简单的液相色谱仪。 - 广播，1982 年，第 3 期，第 47 页。 48、XNUMX。
Terentiev E. 电容和电感计。 - 广播，1995 年，第 4 期，p。 37.

作者：V.Ivanov，顿河畔罗斯托夫

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