简易电容测试仪设计

2024-11-07

简易电容测试仪设计（精选6篇）

简易电容测试仪设计篇1

本文通过研究标准函数信号的产生以及信号频率与电容容值的关系,设计了一种基于MAX038便携式电容测试仪。在设计中,采用了数字信号处理技术[1,2,3,4]和比对修正[5]方法,使得测试仪具有快速、较准确地测出电容值的特点。它不仅可作为一般的便携式电容测试仪使用,而且更适合作为学生课程设计的选题,从而使他们在实践中成长,在改进设计的创新中成才。

1 简易小电容测试仪的硬件组成及工作原理

本文设计的电容测试系统主要包括电源模块、函数信号发生模块、放大调理模块、TM4C123GH6PM控制系统以及显示模块,其系统结构如图1所示。其中,电源模块为函数信号发生器MAX038提供±5 V电源,同时, 利用低压差线性调压器LM1117将5 V电压降至3.3 V, 为TM4C123GH6PM供电;MAX038函数发生器提供准确的方波信号,其频率与被测电容有关;方波信号经调理放大后,由TM4C123GH6PM控制系统测算出频率,进而推算出被测电容的容值,最后显示在LCD屏上。

1.1 函数信号发生器和频段选择

1.1.1函数发生器MAX038

函数信号发生模块用来产生一个频率与电容相关的准确信号,通过测量该信号的频率从而计算得知电容容值。本设计采用的MAX038是一款低失真、高频、高精度单片集成函数发生器,通过少量的外接元件可以产生准确的高频三角波、正弦波、方波等,输出频率范围为0.1 Hz~20 MHz。MAX038输出信号的频率由调频输入电压UFADJ、参考电流IIN及外接振荡电容共同决定。

当UFADJ=0 V时,IIN端与基准电压输出端REF之间外接一电阻RIN,IIN= UREFRIN。输出振荡频率为:

式中CF即为外接在MAX038上的被测电容。

1.1.2频段选择

本测试系统中,在尽量扩充测量容值的前提下,MAX038的外接电阻RIN应满足两个条件:

(1)MAX038的输出频率不宜过低,否则等精度测频的测量准确度就会降低;以输出频率50 Hz为例,外接电阻RIN不应大于5 kΩ。

(2)保证输出频率不超过20 MHz,可尽量取阻值较大的电阻,但应同时兼顾IIN的最佳工作电流范围;例如设定IIN为100 μA,可使电路产生的温度系数最小。

综合上述因素,本测试系统中取三种外接阻值将电容测量分为两个档位:取RIN=12.5 kΩ用于1 μF~1 n F档;取RIN=25 kΩ用于1 000~10 p F档。

1.2 放大调理模块

MAX038输出的方波信号经过放大调理模块后,幅值放大到TM4C123GH6PM可接受的幅值范围。该模块采用AD8048接成同相比例放大电路,按照MAX038外接10 p F电容的输出信号,幅值放大到3 V左右调节放大电路的增益。

1.3 TM4C123 控制模块

TM4C123GH6PM微控制器构成的控制系统主要实现两个功能:一是采用等精度测频法[6,7,8,9]测量MAX038输出的方波信号频率;二是应用最小二乘法拟合和比对修正方法准确计算并显示被测电容值。

等精度测频的工作波形如图2所示。由TM4C123GH6PM内部产生一个闸门信号,计数器A和计数器B在闸门信号内分别对测量信号(方波频率为fx)和标准频率信号(时标频率为fc)同时计数。设在一次预置闸门时间T内对方波信号的计数值为NA,对时标信号的计数值为NB,则有:

当闸门信号T = 1s时,被测信号的计数器数值NA就是在接入被测电容后的频率输出值,即:

因此,实际电路设计中省去对时标信号频率fc的计数器 ,仅由计数器A就可以获得方波频率。 TM4C123GH6PM将测得的频率值代入推算公式即可得出被测电容值并显示。

2 电容测试仪的软件设计

系统软件设计包括两个模块,分别为主函数和定时中断函数。主函数主要进行微控制器TM4C123GH6PM配置初始化、显示控制初始化以及中断初始化,计算被测信号频率和电容容值。定时中断函数则用于1 s定时。系统主程序和定时中断服务程序的流程图如图3所示。

主程序检测到待测信号上升沿时,清零计数器,同时使能1 s定时中断,即产生一个1 s的同步闸门信号, 对MAX038输出的已放大的方波信号进行计数。闸门信号终止,计数结束,显示方波信号频率值,计算并显示电容值。

3 最小二乘法分段拟合

为了提高测试仪的准确度,将2档待测电容分别采用最小二乘法[10]在Matlab上按照公式C= a f + b拟合曲线。拟合公式参数及分段曲线如图4所示。将拟合好的公式写入TM4C123GH6PM,可按不同档位测得电容值,并通过多次重复测量求平均值,以减小测量系统的随机误差。采用准确度高的LCR电表进行比对测试,以修正系统误差。

4 测试结果与误差分析

4.1 测试原理

用高准确度等级的仪器和本测试仪对同一测试源进行比对测试,从而确定出该测试仪的测试等级。测试原理框图如图5所示。

4.2 测试仪器

测试仪器选用TH2821A手持式LCR数字电桥,电容测试范围:110000 HHzz,112200 HHzz:11 pp FF~~99 999999 μμFF;11 kk HHzz,1100 kk HHzz: 00..11 pp FF~~999999..99 μμFF;测试精度为00..33%。

44..33测试结果

测试数据见表1。从测量结果可以看出,在10 p F~1 μFF的范围内,电容的最大引用误差值出现在标准值为11..003377 μμFF的点上,测试精度为00..8877%,则本测试仪的测量准确度为11级。

5 结论

基于MAX038函数信号发生器的电容测试,是将函数信号发生器的外接电容看作被测电容,产生相应的频率信号输出;依据外接电阻和测量频率值计算出被测电容值。采用分档最小二乘法拟合和比对修正方法,提高了测试准确度。测试结果表明,在10 p F~1 μF范围内,测试准确度优于1级。该测试仪具有快速、较准确的测出电容值的特点,可作为一般的便携式小电容测试仪使用。

摘要：设计了一种基于MAX038函数信号发生器的小电容测试仪,其原理是将函数发生器的外接电容看作被测电容而产生相应的频率信号输出,选用TM4C123GH6PM微控制器实现等精度测量频率值,然后计算出被测电容值。为了提高准确度,采用最小二乘法分段拟合曲线,同时与准确度较高的LCR表进行分段比对测试,实现自动修正并显示测量结果。该测试仪测量范围为10 p F1μF的小电容。测试结果表明,该测试仪具有运行稳定,测量快速的特点,准确度可达1级。

关键词：MAX038,小电容测试,TM4C123GH6PM,等精度测频

一款简易电阻电容测量仪的设计篇2

本设计采用的是STC89C52芯片作为主控芯片, 由于单片机只能检测二进制的高低电平并不能直接测量模拟量, 因此, 需要一个电路模块将电阻阻值或电容容值转换为高低电平的方式来供单片机检测。由电阻、电容、555芯片构成的多谐振荡电路可以在相应阻值或容值不同时产生不同频率的方波。本设计将多谐振荡电路产生的方波送入单片机来测量其频率并通过频率与相应的容值或阻值的对应关系来计算出电阻值或电容值。测量电阻和电容是两个独立的测量模块, 所以加入档位选择功能, 通过两个按键来选择测量方式, 相应的两路信号通过一个多路复用器CD4052来选择对应的信号输送至单片机。显示电路通过一个LCD来实现, 读取方便。

2 电路设计

2.1 电路工作原理

本电阻电容测量仪设计的电路原理图如图1所示。

2.2 555多谐振荡器

如图2所示, 555多谐振荡器通过门限端与触发端相连, 方波频率由外部电阻R1, R2和C1决定。C2用于增加电路稳定性。555芯片内部三个串联的电阻分压构成基准电压, 加上外部的电路, 通过不断给电容C1充电和放电而一直循环, 所以输出一定频率的方波信号。方波的频率公式为f=1.44/ (R1+2R2) C1。通过设置R1和R2可调整输出的方波占空比, 公式为 (R1+R2) / (R1+2R2) *100%。本设计是通过单片机来检测电平的变化而测频率的, 所以占空比越接近50%越好。根据此原理即可逆向通过测出方波频率来计算出对应的电阻或电容的大小。

2.3 多路复用器的应用

多路复用器可以通过输入不同信号来选择对应通道的通断, 可以通过单片机来简便的实现自动控制。本设计采用了三个多路复用器。两个多谐振荡器模块分别采用一个多路复用器来作档位选择。这两个多路选择器的作用都是通过选择不同的电容或电阻来使多谐振荡电路产生的方波频率在一定的范围内而不会超出单片机的检测范围造成测量结果错误, STC89C52单片机内部的定时/计数器可存储的最大值为65535, 测量频率较为有限, 此多路复用器的使用弥补了这一不足。最后一个多路复用器输入端为两个多谐振荡电路的信号输出端, 测电阻或电容时, 按下对应按键, 单片机便控制多路复用器来选择相应的信号来输入。本设计通过三个多路复用器实现了档位选择和测量模式选择。

3 程序设计

本设计的程序部分主要为档位选择和频率测量。两个多谐振荡电路的档位选择都是通过单片机来自动控制的。编程的基本思路为默认为最小档位, 判断其频率, 当频率刚好在合适的范围内时就根据频率和相应的档位进行相应的运算并将结果输送至显示电路, 当其频率大于某一值时便选择下一个档位来重新执行之前的命令, 直到最后显示出测量结果。档位选择则是通过判断测量时按下的按键来控制多路复用器选择对应的信号作为输入。需要说明的是, 多路复用器并非理想的开关, 对数字电路具有一定的影响, 这最终通过程序进行参数修正可修正由多路复用器本身的特性而造成的误差。频率测量则较为简单, 通过单片机内部的定时/计数器来计数一定时间内输入的方波数并计算出频率, 本设计是通过对一秒内的电平变化进行计数, 计数值即为频率值, 单片机将得到的频率值通过预设的公式进行计算, 最终将结果通过LCD显示出来。

4结束语

本设计可以方便地用来测量电阻和无极性电容, 测量时直接将待测电阻或电容插入对应座子, 按下测量按键即可, 显示方式为数字式, 读取方便准确。设计本身较为简单, 成本低廉, 测量可靠, 一般万用表在测量时需要选择不同档位来使用, 而本设计档位是根据被测电阻或电容的大小来自动切换, 被测电阻或电容固定在接线端子上, 也避免了普通万用表由表笔接触问题造成的测量误差, 在电子设计或产品开发中有较大的使用价值。

参考文献

电阻电容电感测试仪的设计与制作篇3

测量电子元器件集中参数R、C、L的仪表种类较多,方法也各有不同,但都有其优缺点。传统的测量仪表和方法虽然操作简单,但是存在精度不高、无记忆功能、不易实现自动测量而且很难实现智能化等问题。如果把较难测量的物理量转化为精度较高且较容易测量的物理量,再加上单片机的记忆功能及对频率信号处理的方便性,可以先把电子元件的集中参数R、C、L转换为频率信号f,然后再利用单片机对被测量进行运算,求出R、C、L,最后用LCD显示出来。基于上述思想设计了此款操作简单、具有记忆功能的智能化电阻电容电感测试仪。

1 系统整体设计

以AT89C51单片机为核心,主要由RC振荡电路、多谐振荡回路、通道选择、功能按键和显示器(LCD)组成。系统电路框图如图1所示。

相关的振荡电路将待测参数转换为频率信号,经通道选择与单片机接口,由单片机对其进行采样、运算后,将测试结果输出到LCD显示。功能按键可实现待测参数的选择,量程转换由单片机程序自动实现,使用方便。

2 系统硬件设计

2.1 单片机最小系统电路

系统采用ATMEL公司的AT89S52单片机为主控芯片,这是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器,与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。由其组成的单片机最小系统电路如图2所示。

2.2 1602液晶显示电路

为了实现数字化,系统采用市场上常见的1602液晶,它能够同时显示16×02即32个字符。1602 LCD模块可以和单片机AT89S52直接接口,其接口电路如图3所示。

2.3 电阻、电容测量模块

2.3.1 电阻测量模块

利用555定时器和待测电阻器或者待测电容器构成多谐振荡电路,再利用单片机的定时器测量振荡电路的振荡周期,根据振荡周期的公式测得待测电阻R=t/1.4×C。利用单片机的P3.2引脚接到555定时器上,将555多谐振荡电路的频率信号f送到单片机,然后单片机的定时器测量振荡电路的振荡周期,再求电阻的值。

电容器的充电时间t1和放电时间t2分别为:充电时间t1=0.7RC;放电时间t2=0.7RC。所以多谐振荡器的周期T为:T=t1+t2=1.4RC,R=t/1.4×C。

由于单片机的定时器的最大时间为65536μs,因此我们选择电容C为0.1μF。

2.3.2 电容测量模块

测量电容采用的RC振荡电路与测电阻的振荡电路完全一样。

误差分析:有|△Cx/Cx|=|△f/f|+|△C/C|。已知|△f/f|能满足1%以下的精度,而精密的金属膜电阻,其阻值的变化率|△R1/R1|亦满足1%左右的精度。这样电容的测量精度也可以做得比较高。注意:由于建立RC稳定振荡的时间较长,在测量电容和电阻时,应在显示稳定后再读取参数值。

2.4 电感测量模块

在测量电感电容值时,传统的测量大都采用交流电桥法和谐振法。然而这些方法通常采用刻度读数,读数不够直观。着眼于对传统测量方式的改进,基于LC振荡电路原理,结合以AT89S52单片机为核心的频率测量电路来测量电感。

利用普通的CMOS反相器构成一个皮尔兹CMOS缓冲振荡器,通过测量频率来间接测量电感,并且测量值与电感的内阻基本无关。本电路设计简单,无需调试即可正常工作。其原理图如图5所示。

误差分析:因为,所以

由此可见,因为|2△f/f|相当小,|△L/L|的精度主要取决于电容值的稳定性,从理论上讲,只要|△C/C|小于1%,|△L/L|也就能达到相应的水平。一般而言,电容的稳定性,特别是像独石电容一类性能比较好的电容,|△C/C|都可以满足小于5%的要求,这样误差精度就能保持在-5%~+5%以内。

3 系统软件设计

AT89S52有两个定时器/计数器T0和T1。初始化程序将T0设置为计数器,T1设置为定时器。T0是工作在计数状态下,对输入的信号进行计数,但对工作在计数状态下的T0,最大计数值为fOSC/24,由于fOSC=12MHz,因此,T0的最大计数频率为500kHz。T1工作在定时状态下,最大定时时间为65ms,达不到1秒的定时,所以采用定时50ms,共定时20次,即可完成1s的定时功能。频率计开始工作或者完成一次频率或周期的测量,程序都进行测量初始化。测量初始化模块是用来设置1602 LCD、工作寄存器、中断控制和定时/计数器的工作方式的。

系统软件设计采用模块化设计方法。整个程序由初始化模块、测量电感模块、测量电容模块、测量电阻模块、测量实时时钟模块、测量电感品质因数模块、测量频率模块、记录并保存数据模块等各种功能模块组成。上电后,进入系统初始化模块,系统软件开始运行。在执行过程中,根据选择分别调用各个功能模块完成对应的物理量测量。�

4 实测结果

为了衡量本电阻电容电感测试仪的工作情况和测量精度,我们对系统进行了试验,利用自制的测试仪对电阻、电容和电感的测量结果分别示于表1、表2和表3。

5 结论

由于电路的增益很高,非常容易起振,即使在不接入电感的情况下,电路也会由于分布参数而起振。我们用了2个15cm长的线,接两个鳄鱼夹,直接短路的时候,电路的输出频率稳定在502kHz,折算出分布电感为2μH左右。这表明该测试仪最低只能勉强测出5μH。但是,如果电感值稍大,测量值还是比较准确的。

考虑到存储空间的限制,在ROM中只存储3k个数据,实际分辨率为3.4%,测量小阻值的电阻器或者小容量的电容器误差比较大,所以本系统适合测量阻值较大的电阻器和容量较大的电容器。

本测试仪操作简便,智能性强,误差较小,并且性能稳定,数据显示一目了然,已在实验室使用。

参考文献

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[7]赫建国,刘立新,党剑华.基于单片机的频率计设计[J].西安邮电学院学报,2003(3):31-35.

恒流放电容量测试仪的软件设计篇4

1 系统功能

恒流放电容量测试仪主要有四大功能。分别如下:

参数修改功能:用户可以修改测试仪五个参数,包括放电电流、放出容量、终止总电压、放电时间和实时时间。

故障自动记录与清除功能:如果测试仪出现故障,能够自动记录故障出现的日期和时间,以便用户查找故障原因。

停止放电自动记录功能:无论人工干预停止放电,还是故障导致停止放电,都能够自动记录停止放电的日期、时间和原因,以备查阅。

开始放电/停止放电功能:用户认为各项参数设置正确,下达开始放电命令,放电即刻开始。

2 系统总体方案设计

2.1 硬件总体方案设计

硬件总体框图如图1所示:

恒流放电容量测试仪硬件部分包括:ATMAGE128单片机电路,电源电路,触摸屏及其控制电路,LCD显示模块,PWM信号驱动电路,存储器及时间芯片电路,数据采集电路[1-2]。

ATMAGE128单片机是本仪器的主控核心,触摸屏作为输入设备,LCD显示模块完成界面显示功能,PWM信号驱动电路可以直接驱动IGBT进行斩波调整负载,存储芯片中存储放电曲线数据,时间芯片是整个放电器的时间基准,为放电过程提供时间累积数据,同时为停止放电提供时间点,数据采集电路是恒流放电容量测试仪输入电压和放电电流的调理电路。具体硬件设计思路见参考文献3[3]。

2.2 软件总体方案设计

根据系统功能和使用需求,给出主操作界面框图,如图2所示:

其中参数修改可以修改五个参数,分别是放电电流、放出容量、终止总电压、放电时间和实时时间。程序中设置一个通用数字小键盘,用于输入数字,每个参数都有其输入范围,超过这个范围则要求重新输入。参数修改框图如图3所示:

清除记录、停放记录和开始放电/停止放电分别实现本系统其它三个功能。

为了实现上述功能,设计的主操作界面如图4所示:

主操作界面分为实时显示区、操作区和设置参数显示区。

实时显示区(图中左上区域)主要用于显示实测参数和放电曲线。操作区(图中右上区域)用于用户向测试仪发送操作指令设置参数显示区(图中左下部区域)显示用户设置的放电电流、放电电压、放电容量和放电时间。

本方案采用keil C作为软件编译调试平台[4-5],恒流放电容量测试仪的软件实现的功能有:对输入电源的电压电流进行实时测量和显示,开始放电,停止放电,参数设置,清除记录,停放记录查看,放电曲线查看,在放电状态下累计放电时间,累计放电容量,绘制放电曲线。

本测试仪可以存储五条放电曲线,即可以保存最近放过电的五块电池的放电数据,这些数据包括放出的电池容量,放电时间放电电压和放电曲线。

数据存储、修改及显示子程序的调用通过可视化图形界面与用户交互,该交互系统作为软件方案设计的核心部分,占整体工程量的百分之七十。

3 程序实例

以恒流放电容量测试仪的主操作界面为例,其部分关键程序如下:

在触摸显示屏上显示主操作界面前,刷新屏幕,清空一切。切换到绘图模式,先画垂直线条,再画水平线条。然后切换到文字模式,显示主操作界面上所有文字,便完成主操作界面的显示工作。

4 结论

简易电容测试仪设计篇5

现代工业生产中,粮食、茶叶、食品、烟草等产品对干燥保存要求较高,其含水量的多少直接影响生产质量和保存时间,如何有效检查和控制物质的含水率是物质保持干燥的关键,水分含量成为评价产品品质的重要指标之一。长期以来,都是由人工通过目测和手试等方法检测产品的含水情况。然而,人工方法因劳动强度大、耗时长、误差大等问题逐渐被自动化检测法[1]所代替。本文研究的一款即是利用先进传感器实现对产品水分控制的细微检测。

1 电容式传感器的基本概念

电容式传感器是利用将非电量的变化转化为电容量的变化来实现对物理量的测量[2,3]。设电容式传感器两极板相互覆盖的有效面积为S(m2),两极板间的距离为d(m),极板间介质的介电常数为ε(F/m),在忽略板极边缘影响的条件下,平板电容器的电容量C(F)为C=εS/d。

上式中ε、S、d三个参数都直接影响着电容量C的大小。如果保持其中两个参数不变,而使另外一个参数改变,则电容量就将发生变化。如果变化的参数与被测量之间存在一定函数关系,那被测量的变化就可以直接由电容量的变化反映出来。所以电容式传感器可以分为三种类型:改变极板面积的变面积式、改变极板距离的变间隙式和改变介电常数的变介电常数式。

水分检测实质上就是通过改变电容的介质,实现电容量的变化来测出水分含量,采用同心圆柱式电容传感器改变电容传感器的介质,如图1所示。假设所含物质介电常数为ε,传感器的高度为H,同心圆柱的内半径为R,外半径为r,电容器所带电荷量为Q,圆柱单位长度所带电荷量为Q/H,则两圆柱间与圆柱轴线之间的距离S处的场强为:E=Q/(2πεHS)[4],两极板间的电压为:

该电容传感器的电容量为:

2 数学模型的建立与分析

为了获得水分测试仪最佳的设计数据,现通过建立传感器数学模型,用函数关系式描述传感器输入输出变量、结构、参数与被测物体含水率之间的关系[5]。

当传感器中装满质量为m的含水物质时,假设m1为该物质的所含水分的质量,m2为不含水分时的质量,则m=m1+m2,其中,

式中,ρ0、ρ分别为水的密度(ρ0=1g/cm3)、物质不含水时的密度。

V1、V2分别为所含水的体积、物质不含水时的体积。

那么,物质的含水率x为该物质所含水分的质量与含水分的物质质量之比,即:

同心圆柱式电容传感器内半径和外半径形成的两个小电容呈串联结构,按照电容串联的连接方式,总电容C的容量应为:

式中,C1、C2、C0分别表示为物质中含水、不含水和干燥常态时的电容量。H1、H2分别表示物质含水分和不含水分时的高度,ε1、ε2分别表示水的介电常数和物质不含水时的介电常数。K1为,均为常数。

由上式可知电容的变化量为:

则物质的含水率x的数学模型可表示为[5~7]:

根据上式分析可知,将传感器的电容变化量通过电容—频率(C-F)转换电路处理后,将电容的变化转换为频率的变化,即:

同时,不难分析得出,物质的含水率x为传感器输出信号频率f的函数,测出f,则含水率即可得出:

3 工业应用

3.1 设计思想

根据建模分析,设想在一个同心圆柱式的容器中装入被测物体,在容器中间放入一根金属电极,作为电容传感器的内电极,容器壁作为外电极,被测物体作为介质,构成一个电容器。当被测物含水分量发生变化时,其介质也将发生变化,从而导致电容产生变化量∆C[8,9]。只要检测出∆C,就可以间接获得含水量的大小。电容式传感器水分测试仪结构原理图如图2所示,设计框图如图3所示。

3.2 工作原理

根据设计框图,选择合适参数,绘制电容式传感器水分测试仪电路原理图,如图4所示。图中Ya、Yb、Yc、Yd分别为信号测试点,Yo为输出信号,各点输出波形如图5所示。

NE556时基集成模块,构成方波信号发生器和单稳态触发电路。调节电位器RP1,使得NE556的占空比为50%,输出方波为Ya。方波经C3、R4组成的微分电路,输出尖顶波为Yb。尖顶波经Vd1整流组成的单稳态触发电路,正向脉冲截止,负向脉冲导通触发,信号发生翻转,翻转恢复时间τ=(RP4+R6)CH,调节RP4和CH的大小改变τ,输出矩形波为Yc,其频率与Yb相同,脉冲宽度随CH值变化。Yb、Yc输入vd2、vd3、R7组成的与门电路,由与门检出两个波形脉宽不同的部分,输出窄脉冲矩形波Yd。最后经过R8、C5、vd4组成的积分电路和集成运放OPA603组成的低通滤波器,输出直流电压信号Yo[5]。

3.3 数据分析

抽取2份1kg玉米粒的样本进行测试,并进行多次测量。对其中一份玉米粒进行烘干处理,该数据记为标准值X0,另一份用本电路进行检测,该数据记为测量值X,环境温度为室温,仪器灵敏度为5mv/1%。产品含水率用相对误差δ表示,即δ=(测量值—标准值)/标准值×100%=(X—X0)/X0×100%[10]。实验数据如表1所示。

从表1实验数据可知,|δmax|=1.1%,|δmin|=0.1%,能够较好地反映测量数据的真实性,可以满足一般测量要求。但也因人为读数、设备精度、样本选取、环境温度和数据处理等方面的问题导致误差增大,所以在进行实验测试对比时,要尽可能避免这些问题,以保证数据的有效性。

4 结束语

水分测量受被测物所处的环境、温度等众多因素的影响,测量时应综合分析处理[11]。文章通过建立传感器的数学模型,分析得出传感器输出电容的变化量与被测物体含水分率之间的函数关系,为水分测试仪的设计和研究提供了必要的理论依据。本电路采用分立元件构成,模拟信号检测,测量精度有待提高。现代信息技术迅速发展的时代,应充分考虑人机智能和数据融合技术,开发高集成度的数字式在线检测系统,这对提高水分测量仪的检测精度、缓解劳动强度、实现产品科学管理具有十分重要的意义。

参考文献

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[10]胡向东,刘京诚,余成波.传感器与检测技术[M].北京:机械工业出版社,2009.

简易低频信号测试系统设计篇6

一、基本原理

1频率的测量

频率的测量实际上就是在1S时间内对信号进行计数,计数值就是信号频率。用单片机设计频率计通常采用两种办法:

1)单片机外部使用计数器对脉冲信号进行计数,计数值再由单片机读取;

2)使用单片机自带的计数器对输入脉冲进行计数,或者测量信号的周期。

2结构框图

低频信号测试仪由信号输入通道、CPU单片机处理器、显示器三个大部分组成,如下图所示:

二、硬件电路的设计

该简易低频信号测试仪是基于Wave6000单片机开发工具自带的8752仿真器而设计,该仿真器能硬件仿真51系列的单片机,因此我们的实验板不必考虑为51芯片单独地提供电源、复位电路、晶振电路等。

1信号输入采集模块

根据题目要求,信号频率为0～100kHz,输入信号电压为矩形波,电平为3-5V,为了得到比较标准的方波信号,我们采用了74HC00与非门来对输入的信号进行标准的整形。为了防止输入行号通道对单片机系统的干扰,我们采用了6N173光电耦合器件对输入通道进行隔离。6N173最高响应速度为10MBd,完全能应付该频率的输入信号。

2人机交互界面

LCD液晶显示模块

字符型液晶显示模块YM1602是一类专用于显示字母、数字元、符号等两行16个字符的点阵型液晶显示模块,该模块驱动控制器为KS0066U,右图为液晶的显示屏的接口电路。51单片机运行检测过程中通过P1口与其LCD1602进行并行数据通信,达到显示信息的目的。

KS0066U有8条指令,指令一览表如下表示。

注;“*”表示任意值,在实际应用时一般认为是“0”

四、系统测试步骤以及现象结论:

1)试验板电源端与5V直流电源连接;

2)运行仿真软件,并运行程序;

3)信号发生器开机,产生50kHz的方波信号源,并接入试验板信号输入端口;

4)LCD开始显示“Welcome...Pengpeng_love”,进入开机运行阶段;

5)LCD显示“Prepare_Complete",内测完毕,一切正常,等待按键;

7)按键按下,一秒钟过后,工作指示灯开始闪烁,LCD显示“F=51220Hz”;