前言：中文期刊網精心挑選了電容測量儀范文供你參考和學習，希望我們的參考范文能激發你的文章創作靈感，歡迎閱讀。
電容測量儀范文1
關鍵詞： 單片機 555定時器 電容 電阻 測量
一 前言
測量電子元器件集中參數R、C的儀表種類較多，方法也各有不同，但都有其優缺點。一般的測量方法都存在計算復雜、不易實現自動測量而且很難實現智能化。例如，目前常用的電容測量儀器，大多是模擬電路，如電橋電路等， 若用數字顯示就必須采用A/D轉換器.測量的方法主要是通過電感耦合交流電橋， 雙T型網絡等，這些方法均存在不足之處。雙T型網絡雖然能夠進行精密電容測量，但是需要有高精度標準電容和調節平衡的熟練工人， 儀器結構復雜，操作不便。而電阻測量的方法更是多種多樣。隨著單片機技術的發展，它在智能化測量儀表中的應用越來越廣泛。它適用于機、電、儀一體化的智能產品，具有精度高低功耗、控制功能強、小巧等優點。利用單片機的軟件來代替硬件功能，可使產品的體積縮小、功能增強實現不同程度的智能化以及儀表測量的自動化，并能進行數據分析處理，以達到儀表的高可靠性、高精度和多功能。
二 系統硬件部分介紹
1.C8051F系列單片機簡介
C8051F系列單片機是一種典型的高性能單片機，是Cygnal 公司開發的產品。C8051F系列單片機是完全集成的混合信號系統級芯片（SOC），具有與MCS-51完全兼容的指令內核，采用流水線處理技術，不再區分時鐘周期和機器周期，能在執行指令期間預處理下一條指令，提高了指令的執行效果。大部分C8051F單片機具備控制系統所需的模擬和數字外設，包括看門、ADC、DAC、電壓比較器、電壓基準輸出、定時器、PWM、定時器捉和方波輸出等，并具備多種總線接口。C8051F系列單片機采用Flash ROM技術，集成JTAG，支持在線編程和調試[6]。
2. 555電路
555定時器是一種模擬和數字電路相混合的集成電路內部電路如圖2-1。它結構簡單、性能可靠、使用靈活，外接少量阻容元件，即可組成多種波形發生器、多諧振蕩器、定時延遲電路、報警、檢測自控及家用電器電路，其應用非常之廣。[2]
三 ，電容測量原理
1C/f變換
如果把555定時器集成電路接成多諧振蕩器， 則其輸出脈沖波形的周期T與外接電容C值成正比.外接電容C經R1和R2充電，其充電時間常數為T1=（R1+R2）*C，但放電只通過R2，其放電時間常數為T2=0.7R2C。如果電容在1/3VCC和2/3VCC之間充放電，則輸出波形周期為：
T≈T1+T2=0.7（R1+2R2）*C……（1）
這里固定R1與R2，則T與C成正比，因此如果能夠測出波形的周期，則電容值就容易確定。
在通常被測電容范圍內，從（1）式計算出的周期很小、故改被測波形頻率不僅測量容易，而且測量準確度也高。 將（1）式改寫成（2）式：
f=1/0.7（R1+2R2）*C）…… （2）
從（2）式看出，只要測量輸出波形的頻率，就能夠確定被測電容值，實現了c/f變換。
2 f/c變換
利用單片機計數器，測出輸出波形的頻率，可測出被測電容值。電容值與頻率值成反比，利用軟件編程實現頻率值與電容值的轉換。從（2） 式可推出f/c變換式（3）式：
C=1/[0.7（R1+2R2）*f]……（3）
由于單片機計數器有位數的限制，所以電容的量程也受到限制，因此要擴展量程，一方面可通過改變定時器的定時時間及計數器的重載實現，另一方面可通過改變電阻的數量級實現.
四.電阻測量原理
1R/f變換
如果把555定時器集成電路接成多諧振蕩器， 則其輸出脈沖波形的周期T與外接電阻（R1+2R2）的值成正比。外接電容C經R1和R2充電，其充電時間常數為T1=（R1+R2）*C，但放電只通過R2，其放電時間常數為T2=0.7R2C。如果電容在1/3VCC和2/3VCC之間充放電，則輸出波形周期為：
T≈T1+T2=0.7（R1+2R2）*C……（1）
這里固定C，則T與（R1+2R2）成正比，而R1的值已知因此如果能夠測出波形的周期，則電阻R2的值就容易確定。
在通常被測電阻范圍內，從（1）式計算出的周期很小、故改變被測波形頻率不僅測量容易，而且測量準確度也高。 將（1）式改寫成（2）式：
f=1/0.7（R1+2R2）*C）……（2）
從（2）式看出，只要測量輸出波形的頻率，就能夠確定被測電阻值，實現了R/f變換。
2 f/R變換
利用計數器，測出輸出波形的頻率，可測出被測電阻值。頻率值和電阻值的轉換可通過單片機實現.從（2） 式可推出R/c變換式（3）式：
R2=（1/（f*C）-R1）/2 ……（3）
要測量電阻的量程可通過改變555外接電容電阻的數量級實現，在測量大電阻時也可以通過軟件改變定時時間來實現不過這樣不實用.
五 軟件設計
本課題研究的是如何利用C8051單片機對外部RC震蕩電路產生的波形的頻率進行測量，并把頻率值最終轉換成電阻、電容值送數碼管顯示。完成這個任務需要用到C8051單片機的內部定時器T0、T1和T3，T3作為定時器，T0和T1作為計數器。T3定時通過T0和T1計數這段時間外部RC震蕩電路所產生的方波的個數，從而計算出方波的頻率。并通過軟件計算求出電阻、電容值，把電阻值直接送數碼管顯示，電容值轉變成相對應的電容型號然后再送數碼管顯示。
六 結論
實現了通過C8051F005單片機測量電容電阻的目的，能夠精確的測量0.002μF～1μF的電容，并通過數碼管顯示電容的型號。同時能夠測量200Ω～300KΩ電阻的阻值并通過數碼管顯示出來。測量電阻、電容的誤差在±5%以內。
參考文獻
[1]董傳岱，于云華主編.數字電子技術. 石油大學出版社，2003.
[2]鮑可進主編.C8051F單片機原理及應用.中國電力出版社，2006.
電容測量儀范文2
Abstract： Bushing test is the project that verifies the transformer performance meets the standards or technical conditions， so as to detect transformer main insulation， capacitive bushing ground insulation resistance， dielectric loss of bushing， capacitance and partial discharge amount etc. In this paper， cause of abnormal changes in electric capacity measurement of bottom shielding of bushing was analyzed.
關鍵詞： 變電站；套管試驗；異常變化
Key words： substation；bushing test；abnormal changes
中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1006—4311（2012）28—0113—02
0 引言
變壓器套管是將變壓器內部的高、低壓引線引到油箱外部的出線裝置。套管作為引線對地的絕緣，它可以進行固定引線。因此，它一定要有規定的電氣和機械強度。如果末屏沒有很好的接地，不管是什么原因，那么末屏對地會形成一個比套管本身的電容小很多的電容，據電容串聯原理，這個電容會在末屏與地間形成一個懸浮電壓，這個電壓非常高，造成末屏對地放電，使周圍的絕緣物被燒毀，甚至會造成套管爆炸事故。
1 變壓器高壓套管試驗
作為電力變壓器非常重要的一部分的變壓器高壓套管，一旦出現問題就不能保障主變的安全及可靠運行，所以我們要對套管的環境溫濕度、檢修時間、施工安裝工藝等進行嚴格把關。預防性試驗規程中對高壓套管預防性試驗的“主絕緣及電容型套管末屏對地絕緣電阻測量”和“主絕緣及電容型套管對地末屏tanδ與電容量測量”項目規定如下。
1.1 主絕緣及電容型套管末屏對地絕緣電阻測量 用2500V 兆歐表進行主絕緣及電容型套管末屏對地絕緣電阻測量，按規程要求應為：①運行滿3年；②變壓器套管、電抗器套管在變壓器、電抗器大修后；③紅外測溫發現套管發熱，套管油位異?；驓怏w壓力異常。
事實上，依據變壓器、電抗器的運行決定變壓器套管、電抗器套管的試驗周期是重中之重。主絕緣的絕緣電阻值通常情況下要高于或等于下列數值：大于或等于110kV電壓等級的，電阻值為10000MΩ；35kV電壓等級的，電阻值為5000MΩ；而末屏對地的絕緣電阻值要高于或等于1000MΩ。
1.2 主絕緣及電容型套管對地末屏tanδ與電容量測量 主絕緣及電容型套管對地末屏tanδ與電容量測量，按規程應為：①運行滿3年；②變壓器套管、電抗器套管在變壓器、電抗器大修后；③紅外測溫發現套管發熱，套管油位出現異常，20℃時的tanδ（%）值要小于或等于表1中數值。當電容型套管的電容值與出廠值或前一次試驗值的差大于±5%時，要詳查其原因。如果電容型套管末屏對地絕緣電阻比1000MΩ小，應測量末屏對地tanδ，其值小于或等于2%。測量變壓器套管tanδ時，與被試套管相連的所有繞組端子連在一起加壓，其余繞組端子均應接地，末屏接電橋，正接線測量。
2 試驗概況
我局某變電站#3主變A相套管試驗合格后，檢修班在安裝該套管過程中，220KV套管不慎受到碰撞，當時外觀檢查良好，安裝后為了檢查套管絕緣是否受損，試驗人員對套管再進行了介損試驗。試驗時卻發現該套管末屏電容量有明顯變化，其試驗數據與安裝前數據列入表2。
由表1數據可見：
①兩次試驗中，一次對末屏tgδ%及電容量變化不大。
②安裝后末屏對地數據與安裝前相比，電空量明顯增大，增大值為50pF左右，tgδ%值則略小于安裝前試驗值。
在兩次試驗中環境溫度和相對濕度變化不大，相對濕度小于80%的試驗要求，兩次試驗均采用AI—6000變頻電橋，具有很強的抗干擾能力，測試精度達到D=2%D+0.0002。
是否碰撞后套管絕緣損傷導致末屏對地電容量增大呢？為了了解套管末屏電容量變化的原因，試驗人員分別抽取A、B、C三相主變各一只套管進行試驗，橫向對比并與安裝前比較分析，試驗數據見表3。
從表2可以看出，安裝后3只套管末屏電容量與安裝前比均增大了50—64pF左右，因此，基本上可以否定A相220kV套管存在絕緣問題。為什么兩次試驗中電容量存在較大偏差？看來還是應該從試驗回路進行分析。試驗人員再對測量結線和連接情況進行檢查，發現電橋Cx測量線串接了一段約3米的非屏蔽導線接至套管末屏，經研究分析可能正是這段非屏蔽導線對地的雜散電容影響了測量結果。為了證實這一原因，試驗人員用一段屏蔽導線與Cx測量線串接，重新對4只套管進行了試驗。試驗數據見表4。
從表4數據可以看出，串接屏蔽線后末屏對地tgδ%和電容量與安裝前相比基本一致，可以判定#3主變A相220KV套管安裝時發生碰撞并沒有導致絕緣損傷，該套管可以投入運行。
3 原因分析
套管安裝后由于離地面較遠，電橋Cx測量線（屏蔽線）較短，試驗人員把Cx測量線與非屏蔽線串接后，導致在這段導線上產生對地雜散電容。反接法測量中，雜散電容與試品電容并聯，根據電容并聯公式可得：
實測電容：C′x=C■+C■
實測介損：tgδ=■
由于一般情況下C■〈C■，且tgδ■ 較小，C■〈C■+C■。則公式簡化為tgδ■〈tgδ■，試品電容越小，tgδ與電容的偏差越大，分析結果與測量數據相符。結果表明，測量套管末屏對地tgδ和電容時，Cx測量線應采取屏蔽措施，否則會產生電容量增大和介損減少的情況。同時，還應屏蔽套管一次導電桿，否則也會引起電容量的增大和介損偏差。
4 相關建議
針對設備安裝、試驗過程中出現的某些狀況，有必要采取一些措施進行控制：
①在打開電容式高壓套管測量端子的蓋子時，若用粗大、尖利的工具推動銅套是不正確的，這樣能更好的保證銅螺桿與銅套接觸面的松緊度；恢復封蓋前應檢查銅套是不是能很好的活動、是不是有一個合適的表面粗糙程度，并測量其接地有沒有問題，正常與否。
②在未進行電容式高壓套管試驗的時候，適當對套管表面進行清潔，避免對地雜散電容的影響必要時可考慮采用屏蔽措施。
③進行套管介損試驗時，必須使用屏蔽導線，并且試驗導線不得纏繞在套管瓷套上，否則可能引起測量結果的偏差。
5 結束語
變壓器套管、互感器設備末屏裝置在質量上有問題的話，不能保證設備的安全及可靠運行，所以對變壓器套管、互感器設備末屏日常維護工作一定不能馬虎。檢修和試驗人員應對各種末屏裝置的結構有個深入認識，使那些對設備末屏損壞的人為因素不出現，同時在完成安裝、檢修和試驗后及時將末屏接地復位。
參考文獻：
[1]李克.220kV穿墑套管未屏燒損的原因分析及故障處理[J].電力設備，2005.6（7）：64.
電容測量儀范文3
【關鍵詞】傾角測量儀；MSP430；加速度傳感器；低功耗
1.引言
本超低功耗傾角測量儀的設計中，使用了TI公司的MSP430、TPS61070、TPS61040和TPS54331等器件和加速度傳感器，實現了超低功耗高精度角度測量儀的制作。首先，我們使用MSP430單片機，此單片機不僅具有處理能力強、運算速度快、片內資源豐富等優點，而且具有超低功耗和間歇工作的優勢。其在工作時工作電流只有200uA左右，當處于休眠狀態時其工作電流在1uA左右，較好的滿足了超低功耗和控制運算的需求。在實際使用中，我們讓它工作在2.5V，省電模式下RAM數據保持在低功耗模式，消耗電流僅0.1μA。其次，設計中還使用了TI公司的芯片TPS61070和TPS61040組成兩級BOOST升壓電路，相對于反激式升壓電路相比，該方案不但效率高，而且有利于降低電源損耗。在選擇降壓電路方案中，使用了TI公司的TPS54331芯片組成BUCK降壓電路。當25V將至2.5V時普通的線性降壓芯片效率只有10%，但是這塊芯片在輕載情況下效率也可達到30%以上，而且功耗低。此次設計中，主要使用TI的芯片，性能很好，對制作的實現起到了促進作用。
2.方案設計與論證
本設計要求通過測量重力加速度進行角度測量，并保證精度達到±1度以內，用2200uF電容供電，在工作情況下能持續工作60秒以上，并用1.5V干電池給電容充電。
2.1 控制系統的比較與選擇
方案一：采用DSP，具有高精度，運算速度快的優點，但DSP功耗高，不滿足本設計低功耗要求。
方案二：采用ATML的12C5A16AD，這款單片機價格便宜，但是運算速度比較慢，功耗大，不符合本設計的要求。
方案三：采用TI公司的MSP430單片機為控制系統。此單片機不僅具有運算速度快的特點而且具有間歇工作的優勢。在工作時其電流在200uA左右，當處于休眠狀態時其電流在1uA左右，較好的滿足了超低功耗的要求和控制運算需求。
綜上論證選取方案三。
2.2 測角傳感器比較與選擇
方案一：MMA7455，它是10位精度三軸數字加速度傳感器，具有I2C，SPI通信接口，但是測量結果偏差較大，需要校正。
方案二：MMA8452加速度傳感器，此傳感器是一款智能、低功耗、三軸、電容式微機加速度傳感器，具有體積小，重量輕和豐富嵌入式的特點，可以減少整體功耗，有利于實現系統的超低功耗運行。此傳感器具有12位高精度，偏差小，不需要校正的優點，而且能夠返回數字信號，有利于信號采集與功能實現。
綜上論證選取方案二。
2.3 供電降壓電路選擇
方案一：用7805組成線性降壓電路。選用7805雖然能將電壓降到要求值，但是，7805的工作原理就是將額外的壓降加在了芯片上，當電壓由25V降到5V時，7805會嚴重發熱，功耗很大，在超低功耗下很難工作。
方案二：用TPS54331芯片構成開關型BUCK降壓電路。TI的TPS54331芯片集成了MOSFET與控制系統的功能，可以實現25v到3.3v的穩壓。用此芯片實現的開關型BUCK降壓電路功能，比功耗小，效率也高。
綜上論證選擇方案二。
2.4 充電升壓電路選擇
方案一：用反激擊式升壓電路，此電路雖然實現輸入輸出隔離，但是此方案工作效率低，功耗大，不利于1.5v蓄電池長期使用。且反激式電路需繞制高頻變壓器，占用空間較大，不利于使用。
方案二：用TI公司的芯片TPS61070和TPS61040組成兩級boost升壓電路，相對反激式升壓電路相比，該方案效率高，易于低功耗設計的實現。
綜上論證選擇方案二。
2.5 系統總體結構設計
通過以上方案選取我們的系統總體結構為通過boost升壓電路，將1.5V電壓升到充電電壓25V給電容充電。用充好電的電容通過BUCK電路降壓對測量儀進行供電，通過測試按鍵發出信號后測量儀進行測量后顯示。系統設計框圖如圖1。
3.理論分析和計算
3.1 傾角的計算方法
低功耗單片機控制，通過MMA8452加速度傳感器將加速度在X、Y、Z軸上（芯片坐標軸如圖2）的分量通過I2C通信傳到單片機里，根據幾何關系進行角度計算后由HT1621驅動的4位LCD角度顯示。顯示分辨率為0.1度，精度達±1V，測角范圍為0-90度。
從傾角傳感器輸出到單片機的是重力加速度的XYZ軸分量，通過以下公式計算出：設X軸與水平面仰角α度，將坐標系投影到XZ平面，可得一平面坐標系，由此可求得各軸上的靜態加速度值：
經傳感器采集后輸送給單片機Ax、Ay、Az三個數字量，其中，，，角度值。
3.2 理論功耗分析
3.2.1 單片機功耗
MSP430此單片機不僅具有運算速度快的特點而且具有間歇工作的優勢，在工作時其電流在200uA左右，當處于休眠狀態時其電流在1uA左右，較好的滿足了超低功耗的要求和控制運算需求。
我們選用的MSP430單片機在典型的200KHZ時鐘、2.5V電壓下工作時，僅消耗2.5μA，在1MHZ時鐘、2.5V電壓下工作時有250μA，在RAM數據保持在低功耗模式下消耗電流僅0.1μA。它具有5種工作模式，不同模式下消耗在0.1～400μA間，待機模式下消耗僅0.8μA。將CPU置為省電模式，可以大大減小能耗。
3.2.2 顯示器功耗
HT1621驅動的段位顯示屏，此顯示屏雖然屏幕比較小，顯示內容有限，但是此顯示屏可以在極低功耗下工作，外接32KHZ晶振，而不用內置時鐘源，可以將工作電流控制在60μA以下。與普通的LCD顯示屏相比，此顯示屏不用背光，斷碼顯示，用I2C總線傳值，功耗更低。此顯示器驅動芯片有間歇模式，處理完指令后可以進入間歇模式，等待激活后繼續處理數據。這樣可以大大降低功耗。
3.2.3 加速度傳感器功耗
我們用的MM8452加速度傳感器可以低功耗和正常兩種模式。
如圖3所示，此傳感器開啟后可以工作在喚醒和休眠2種模式下，當可以設定工作時長，節省能耗。低功耗模式下工作電流僅為14μA，正常模式下工作電流為24μA。
3.2.4 供電電路功耗
用TPS54331芯片構成開關型BUCK降壓電路。TI的TPS54331芯片集成了MOSFET與控制系統的功能，可以實現25v到0.8-5v的穩壓。用此芯片實現的開關型BUCK降壓電路功能，比線性電源功耗小，效率也高。
我們為了進一步降低功耗，將單片機供電調整到2.5V，可以使MSP430工作在極低功耗下。
4.電路與程序設計
4.1 電路設計
4.1.1 Buck降壓電路
由于電容電壓為25V，所以必須采用降壓電路將電壓降到2.5V后對電壓和加速度傳感器供電。為了減小功耗采用TI公司的的TPS54331芯片組成buck電路。此芯片組成的Buck電路最大極限是由28V降到0.8V，且該芯片穩定性好，精度準，功耗低等優點。Buck電路圖如圖4。
4.1.2 充電裝置電路
用1.5V干電池對電容進行充電，要求充電到25V。所以要將1.5V電壓經過升壓電路升到25V。我們采用TI公司的TPS61040和TPS61070芯片組成兩個Boost電路，分兩級將1.5V升到5V再生到25V。TPS61040芯片最大升壓范圍是由1.8V到28V。TPS61070芯片最大的升壓范圍是由0.9V到5.5V。所以由單獨一片芯片不能制成由1.5V到25V的Boost升壓電路，故采用兩級升壓。這兩種芯片都具備穩定好，精度高，功耗低等特點，對充電穩定有重要意義。充電裝置電路圖如圖5-1。
TPS16070芯片將電池1.5V電壓升至5V，參數R1，R2及確定：根據芯片要求R2取180KΩ，R1=R2（Vo/VB-1）=180k*（5/0.5-1）=1.62MΩ，電容C2=3pF（200k/R2-1）=0.33pF。TPS61040芯片將上級輸出升至25V，通過調節電位器R5來調節輸出，其中輸出Vout=1.233（1+R4/R3），通過調節R3與R4值可以改變輸出電壓。
4.1.3 加速度傳感器電路
測試按鍵與單片機相連控制是否進行測試，單片機與MMA8452加速度傳感器通過I2C通信，由單片機與顯示器連接進行顯示，加速度傳感器電路圖如圖6。
4.1.4 總體設計電路圖（如圖7、8）
4.2 程序結構與設計
程序流程判斷圖如圖9所示。
系統供電后，單片機啟動首先進入休眠狀態，并實時監測是否有鍵按下，若無鍵按下，繼續等待；若有鍵按下則根據按鍵功能進入測量狀態或模式轉換顯示，然后由液晶顯示新測量的數值，單片機重新進入休眠狀態，繼續檢測是否有鍵按下。
5.測試方案和結果
5.1 測試方案
調整好水平臺，將斜坡放在水平臺上，將電容充好電后盡快的接入測量儀中，然后調整斜坡進行測試觀察電容能工作時間和測量的角度。
5.2 測試結果
如表1、表2所示，2200uF電容供電，以每5秒一次的頻率進行測量時，測量儀工作時間約3分鐘。
100uF電容供電，可工作時間約為20秒。
6.結論
本超低功耗傾角測量儀由于設計合理，結構簡單，方案選取恰當，單片機、芯片和電阻電容等參數選取合適，所以很好的滿足基本和發揮要求，真正實現超低功耗的功能。本設計以超低功耗為目標，設計制作，較好的完成了超低功耗工作的目標，并實現了較高的精度，成功的完成了設計目。該作品可用于實際測量，在實驗室及工業生產中可作進一步推廣。
參考文獻
[1]馬光.單片機原理及應用[M].北京：機械工業出版社，2006（1）.
[2]馬淑華，王鳳文，張美金.單片機原理與接口技術（第二版）[M].北京：北京郵電大學出版社，2007.
[3]張加勝，張磊.電力電子技術[M].東營：中國石油大學出版社，2004（6）.
[4]劉潤華，李震梅.模擬電子技術基礎（第二版）[M].東營：中國石油大學出版社，2007（1）.
[5]段曉敏，李杰，李文怡.基于MEMS加速度計的數字傾角測量儀的設計[A].電子設計工程，2009，17（8）：71-72.
[6]周慶飛，徐明龍.基于MSP430的高精度傾角測量系統設計與實現[B].自動化與儀器儀表，2011，153：40-42，48
[7]郭俊杰，趙維謙，邱麗榮等.基于差動電容的高精度傾角測量系統設計[B].傳感器與微系統，2009，28（8）：96-98.
[8]唐原廣，趙曙東.基于單片機的傾角測量系統[B].微計算機信息，2007，23（3-2）：95-97.
[9]謝浩元，喻言，歐進萍.基于無線傾角傳感器的橋梁擾度測量研究[A].防災減災工程學報，2010，30（增刊）：31-34.
[10]王志輝，康紹崢，李寧等.無線數字式傾角測量系統設計[J].
基金項目：國家大學生創新創業訓練項目（編號：20111080）。
電容測量儀范文4
【關鍵詞】磁彈效應；鋼索應力測量；磁通量傳感器
0 引言
斜拉橋的斜拉索、系桿拱橋的吊桿和系桿、懸索橋的纜索體系、預應力結構的體外索和預應力筋等是工程結構的關鍵受力構件之一，對其施工階段及運營階段的張力大小監控具有重要的意義。傳統的索力或應力測量方法，如振動頻率法、壓力傳感器測定法和應變片測定法等[1]，都存在明顯的缺陷，限制了它們在工程中的應用范圍。近年來，國外提出了基于磁彈效應法測試鋼索應力的新方法，工程界對于此方法的研究，正是想彌補傳統的索力或應力測量方法的不足。雖然磁彈效應法也存在測量過程中一些固有的弱點，但是其測量系統往往具有極低的成本，同時又不容易損壞，有著很長的使用壽命。隨著全球經濟的進一步發展，必然有更多的大型建筑需要更低成本檢測方案，因此從長遠來看磁彈效應法是最具有潛力的一種鋼索應力測量方式[2-3]。國際上對磁彈效應法測量鋼結溝應力的主要研究集中在歐洲、日本和美國等一些研究機構里。國內也有些大學和研究機構進行磁彈效應法測量鋼索應力的研究，但尚處于理論研究和實驗室開發階段，國內有企業（如柳州歐維姆機械股份有限公司）生產了適合磁彈效應法測量的磁通量傳感器，但國內沒有與之相配套的測量儀表，只能采用國外的儀表。因此，研發設計一套能運用于實際工程的鋼索應力測量儀表成為必要，本文將介紹自主研發的測量儀表樣機研況和實驗測試結果。
1 測量理論[4-5]
利用磁致伸縮效應可以使磁能（實際上是電能）轉換為機械能，而利用磁致伸縮的逆效應可以使機械能轉變為磁能（電能）。磁彈索力傳感器正是利用這種磁彈效應來實現索力測量的。當鋼索受到軸向應力時（拉力或壓力），其軸向發生形變，使得其磁化強度發生變化，而索力與磁導率的變化成正比，通過測量增加磁導率可計算出應力值。
直接測量磁通量或磁通量密度是比較困難的，可采用變通的方法，依據磁感應原理可簡便的研究一個材料磁化的磁性質。利用兩個線圈來進行，一個初級線圈，一個次級線圈，將被測材料作為線圈的鐵心。在初級線圈的兩端加一個脈沖激勵能量，就會產生一個隨時間而變化的變化磁場，其增加磁導率μ一般由磁場強度變化ΔH和磁通量密度變化ΔB之間的關系來描述：
可通過某時間段的積分電壓Vout和V0計算出增加磁導率，進而計算出應力值。
2 實施方法分析
由上述理論分析可由兩個積分電壓計算出鋼索應力值，但在實際工程應用中，影響積分電壓測量的因素很多，在鋼索應力一樣的情況下各種不良影響因素均能引起積分電壓Vout和V0有不同的測量結果，這些因素包括：傳感器一次側的勵磁能量的大??；積分時間段的選擇；由于現場連接傳感器導線長度的差異而引起勵磁電路參數的變化；鋼索材料鐵磁特性的不同；另外根據鐵磁材料磁導率的特性，鐵磁材料溫度的變化會導致磁導率的變化，進而影響積分電壓值。
首先，分析上述的各種因素，根據應用現場運用情況實施方法可分為：①通過算法可補償的因素，傳感器安裝位置不同導致連接導線長度的差異和環境溫度引起鋼索溫度的差異，導線長度的差異由初級線圈勵磁電壓和積分時間段的初級線圈電流通過特殊算法補償積分電壓，溫度的差異可設定標定溫度和實測溫度通過溫度補償算法補償積分電壓；②通過參數設制可控制的因素，對需施工的鋼索預先進行標定實驗，避免鋼索材料的影響，根據鋼索達到磁飽和但又不能產生大量磁渦流的原則確定初級線圈勵磁電壓值，積分時間段的選擇根據鋼索將近達到磁飽和而又未飽和的原則確定積分時間段開始時的初級線圈電流值；③通過針對需施工的鋼索預先進行標定的實驗，確定沒有鋼索時的空載積分電壓V0的值，確定標定時鋼索溫度和溫度補償系數的值，以及確定4個增加磁導率與應力值關系的3次線性方程的系數。
鋼索應力測量儀表首先檢測初級線圈電流曲線、次級線圈電壓曲線和鋼索溫度三組物理變量，對初級線圈電流曲線和次級線圈電壓曲線進行濾波等數字信號處理，再依據積分時間段計算次級線圈積分電壓值，該值經過導線長度補償和溫度補償計算后得到最終積分電壓值，運用公式（7）算出增加磁導率，最后依據增加磁導率與應力值關系的3次線性方程計算出鋼索應力值。
3 硬件實現
依據鋼索應力計算所需的物理量要求，儀表必須測得初級線圈電流、次級線圈電壓、初級線圈勵磁電壓和鋼索溫度四個物理量數據以及數據的處理計算，硬件電路主要包括單片機系統、勵磁控制電路和模擬量測量電路三個部分組成，如圖1。
圖1 硬件電路框圖
3.1 單片機系統[6]
單片機系統最關鍵的是處理器的選擇，依據測量要求，處理器必須有足夠的存儲器存儲初級線圈電流曲線和次級線圈電壓曲線的數據，以及能快速處理數字信號處理和計算能力，因此選擇高性價比的處理器芯片LPC2378芯片，它內嵌ARM7TDMI-S處理器，32KB的SRAM，高達72MHz的工作頻率。采用MAX485芯片與處理器UART接口組成RS485通訊鏈路與計算機通訊。
3.2 勵磁控制電路
根據測量原理，必須給傳感器初級線圈一高壓脈沖激勵，使得構件磁化，并進入磁飽和區。高壓脈沖的獲得是通過一高壓大容量急充放電電解電容放電實現。處理器LPC2378控制400V120mA的高壓模塊給急充放電電容充電，處理器啟動高壓模塊后，不斷的通過勵磁電壓測量電路測量實際的電容電壓值，并與勵磁電壓參數做比較，當實際的電容電壓值達到目標電壓后，處理器停止高壓模塊輸出，充電停止，處理器發出控制信號，經過光耦隔離開通可控硅，給初級線圈施與勵磁能量。
3.3 模擬量測量電路
依據力值的計算原理，需要采集4路模擬量信號：第一路模擬量信號為給初級線圈放電的電容電壓，在電容兩端用分壓電阻的方式采集電壓信號，再經過運放電路處理電壓信號；第二路模擬量信號為初級線圈施加勵磁能量后的電流信號，通過高精度測流電阻（50mΩ）獲取的電流值的電壓信號，再經過運放電路處理電壓信號；第三路模擬量信號為初級線圈施加勵磁能量后次級線圈產生的感應電壓，從次級線圈產生的電壓信號經過過壓保護和浪涌保護電路后，再經過運放電路處理電壓信號；第四路模擬量為溫度信號測量，溫阻信號經過處理和過壓浪涌保護后，再經過運放電路處理電壓信號。運放后4路模擬量信號，經過一獨立雙通道4路16位高精度A/D轉換器AD7654，把模擬量信號轉換為數字信號，輸入到處理器芯片。
4 實驗測試結果
鋼索應力測量儀表試制樣機出來后，在柳州歐維姆機械股份有限公司試驗室的拉索靜載試驗的臺座上，分別對磁通量傳感器CCT18B、CCT20J測量單根鋼絞線進行多次重復加載測試。測試實驗在650T試驗臺座上進行，標準傳感器采用30T應變片壓力傳感器，其不確定度為0.5%。試驗最大荷載為180KN（0.69倍公稱破斷索力）。
CCT18B對單根光面鋼絞線進行測量試驗，分別在不同溫度和傳感器連接導線長度進行實驗，勵磁電容電壓在50米以下、100米、150米的情況下分別設置為120V、130V、140V電壓，數據如表1：
表1
注：測試條件為相對固定環境溫度和傳感器連接導線長度；拉力單位為千牛.
CCT20J對環氧噴涂無粘結鋼絞進行測量試驗，分別在不同溫度和傳感器連接導線長度進行實驗，勵磁電容電壓在50米以下、100米、150米的情況下分別設置為120V、130V、140V電壓，數據如表2：
表2
注：測試條件為相對固定環境溫度和傳感器連接導線長度；拉力單位為千牛.
根據上面的實驗測試數據，在3米連接導線分別在20°C和35°C室溫的情況下對比儀表測量力值結果，以及在25°C室溫50米、100米、150米的情況下，儀表測量的力值與參照標準力值的誤差都小于2%。
5 結語
根據實驗結果表明，研制出的基于磁彈效應的鋼索應力測量儀表的樣機基本能避免實際工程應用中影響電壓積分測量的各種因素，精度小于2%，基本達到工程應用要求。
【參考文獻】
[1]高建勛.斜拉橋索力測試方法及誤差研究[J].公路與汽運，2004（4）：80-81.
[2]孫志遠，楊學山，石文勇.基于磁彈效應的索力傳感器研究[J].地震工程與工程振動，2008，2，28（2）：182-186.
[3]鄧年春，龍躍，等.磁通量傳感器及其在橋梁工程的應用[J].預應力技術，2008（2）：17-20.
[4]Ю.И.雷巴利琴科.磁彈性扭矩傳感器[M].北京：計量出版社，1985，10.
電容測量儀范文5
關鍵詞： 原油庫 液位儀 沉降罐
1 油庫液位儀表的使用現狀
目前油庫液位儀表種類繁雜，先進程度不一，質量參差不齊，儀表精度較低。下面按儀表引進年代逐個介紹。
20世紀80年代中期大部分油庫引進了浮子鋼帶液位儀，比較典型的有蘭州東升儀表廠生產的HIC-B型和YZJ-1型恒力彈簧液位儀，幾乎裝備了所有儲罐，目前在小容量儲罐上還有一定的占有量。這種液位儀表利用了重力平衡式原理和彈簧平衡式原理，編碼采用碼盤編碼。該表優點是精度較高，維護簡單，現場一次表指示清楚，價格低；缺點是對安裝要求較高，機械結構過為復雜，機械摩擦力、安裝精度和鋼帶線性膨脹等都會影響測量精度。特別是一次儀表內傳動機構復雜如同鐘表一般，任何一個零件失效將直接影響儀表運行。由于二次儀表碼盤制造比較粗糙，銅質電路板轉動時間較長容易磨損和受到油氣腐蝕，使得觸點接觸失效，二次儀表顯示錯誤，很容易形成安全隱患。該類儀表目前已經淘汰停產，油庫也在陸續淘汰。上世紀90年代初各油庫引進安裝了一批差壓液位儀，比如某油庫引進了蘭煉儀表廠生產的FPA35WB1型差壓液位儀。這種儀表屬靜壓式儲罐計量儀表，是利用帕斯卡定理進行測量的。該表優點是無需安裝罐內儀表，具有性能穩定可靠，便于操作、易于計算機網絡化管理等優點。根據該表的原理及理論計算公式P=（ρgh）可知，理論誤差幾乎是不存在的，但是實際使用過程中并非如此。該儀表的誤差主要是從測量儀表如壓力、溫度變送器的測量誤差引入的；還有一個重要的影響因素就是密度，就目前大部分油庫使用情況來看，密度是在每次質檢分析部門測得后才輸入的，然而由于收發油的影響，密度變化很大，與同實際情況多有不同，因此導致計算機計算值誤差也很大，一般在30～50mm。該表要求安裝條件也比較高，首先壓力變送器取壓孔依位于儲罐上油品相對靜止的地方，以防止進油或發油時產生油品擾動，而可能產生附加壓力；其次壓力變送器的固定支架應與罐壁成一體，以防止外力施加與變送器上使變送器受力從而增大測量誤差。該表還有一個缺點就是一次儀表校驗比較麻煩，必須倒掉罐內油品并拆下儀表進行校驗，在生產緊張時儀表將長時間得不到維修和標定。從某些油庫的使用情況來看，只能作為監測目的使用。
近年來，隨著變送器和計算機技術的發展，人們將靜壓測量儀表的變送器增加到2～3個，從而消除影響儀表精度的一些不確定因素，從而消除認為測量密度產生的誤差對儀表精度的影響。該種改進表稱為HTG系列靜壓測量系統。但是也有不足之處，比如由于實際存在的儲液溫度和密度的分層，是影響該表精度的主要原因，當然也存在壓力、變送器的測量誤差，但較之單變送器靜壓液位儀表來說已經相當精確了。另外該表還可以實現對儲罐內介質密度、液位、溫度、體積、質量等變量的測量。
從1995年起某些油庫開始引進內存碼多功能液位儀，代表產品比如溫州達達儀表廠生產的型號為ZD-B10型液位儀表。該表一次表是鋼帶浮子式，外部鋼帶為信息碼帶，刻有讀數和大小一樣的信息碼孔，當鋼帶產生位移時變送器將移過探頭的信息碼孔數量進行累加統計，然后換算成長度后加上初始值即得到液位。該表優點是一次儀表測量精度很高，缺點是由于初始值必須在儀表加電后輸入（即輸入人工檢尺值或相應信息碼孔邊的讀數），所以每次在掉電后都必須重新輸入初始值。
在引進內存碼多功能液位儀表后不久，光導液位儀表就出現了，比較具有代表性的是由航天部三院三部智控所研制的UBG系列光導液位儀。這種儀表從根本上解決了東升表，內存碼多功能液位儀存在的問題。UBG系列光導液位儀一次表同鋼帶浮子式液位儀一樣采用重力平衡方式，但是它的變送器采用了光導測量原理。該表的信息碼帶信息碼孔不同于多功能液位儀，每一種孔型代表一種數字編碼，并且采用多排并列，碼帶的任一位置代表唯一的液位讀數，因此不需要再輸入初始值，當儀表加電后變送器即刻讀出碼帶上的液位信息，不需要再進行別的運算。當然信息碼帶上也印有刻度值，可供肉眼讀取。目前該表的測量精度可達2mm。從油庫應用情況看，放映較好。該種儀表應是油庫中小型油庫液位儀表的首選類型。
2 新型液位測量儀表使用狀況
（1）分段式電容物位計。2001年10月在大慶油田采油六廠四礦290#污水站2000m3沉降罐上使用分段式電容物位計進行油水界面的檢測試驗。分段電容物位計檢測原理的主要特征就是將原來電容物位計1根全量程長度的檢測電極與罐壁構成一個傳感電容的結構，改變為用從上至下相同長度若干段（9段）獨立電極，相互串聯，相互絕緣，獨立引線，與罐壁形成從上至下9個傳感電容，相當于從上至下9個1/9量程小物位計共同來檢測全量程的總料位。安裝量程為400cm，總段數為40段。在該污水站進行調試，取得了令人滿意的結果。
（2）超聲波物位計。2002年12月在大慶油田采油六廠四礦喇II-I聯合站污水池安裝了一塊超聲波物位計。該儀表的特點是換能器表面可自清潔，防止發射頭表面結露、結霜、積塵；微處理器程序控制、智能信號處理技術，使物位計能夠適應固體、液體、粉塵等復雜工況；一體化設計，外形精巧美觀，并帶有液晶現場顯示；紅外線遙控編程全數字化參數設置，操作簡單可靠。與同類產品相比更能適應惡劣環境。
3 油庫液位儀表的發展趨勢
油庫液位儀表的發展趨勢應該緊跟國內和國際的形勢，要朝高精度、多功能、高度自動化方向發展。
從目前的應用情況來看，對于中小容量儲罐，UBG或UGZ系列光導液位儀表是首選，其次是HTG系列液位儀測量系統。而對于大容量儲罐來說雷達液位儀是首選，其次是光導液位儀表。另外值得一提的是現在很多國產儀表的生產技術在引進和消化國外先進技術后已經接近或超過國外儀表，比如國產雷達液位儀在擁有同國外產品同樣功能的基礎上，價格只有進口表的一半不到，這將給我們降低儀表采購成本，加快儲罐區儀表自動化帶來契機。
參考文獻
[1] 周紹騎.油罐儲量測量方法研究[J].油氣儲運，1993，6（3）：1-3.
電容測量儀范文6
關鍵詞：單片機；交流阻抗特性；等效電路參數
中圖分類號：TP216 文獻標識碼 A 本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 論 文 網專業寫作教育教學論文和畢業論文以及服務，歡迎光臨DyLW.neT
Design of Equivalent Circuit Parameter Analyzer for
Two Port Passive Circuit
TANG Zhengming1 ， ZHANG Sanmei2 ， Zeng Jing1
（1 School of Electronic Information and Engineering， China West Normal University， Nanchong Sichuan 637009，China；
2 Experiment Center， China West Normal University， Nanchong Sichuan 637009， China）
Abstract： Equivalent circuit parameter is very important for the process of circuit analysis and design. Based on the refined numerical algorithm of AC impedance， a digital equivalent circuit parameter analyzer is designed. In this system， MCU is used to control frequency synthesizer to generate excitation signal. By adjusting the capacitance and current trends ， the load impedance characteristic is determined. Finally， the AC impedance and equivalent circuit parameter are displayed， which can be obtained under different operating frequency.
Keywords： MCU； AC Impedance Characteristics； Equivalent Circuit Parameters
0引 言
電路交流阻抗隨信號源的頻率變化，其具體表現為一定電阻R、電容C和電感L的串聯、并聯或混聯在給定信號頻率下所得到的等效阻抗。頻率相對較高時，電路還可能產生相對較大的寄生電容、電感，從而出現寄生阻抗。如何快捷準確地獲取電路在不同工作頻率下的等效電路參數，對電路的分析與設計來說有著特殊重要的現實意義[1]。
已有的交流參數測試儀，其測量對象主要鎖定在對交流電路頻率、有效值、功率，或者單個元件阻值、電感量、電容量的測試，而對交流阻抗的智能化測量的探討研究仍舊較少，且未曾涉及到負載為黑盒子電路（其可能為RLC元件，某用電器或電路模塊，以下統稱為負載電路）的等效參數測量[2-6]。本設計所實現的電路交流等效電參數分析儀的核心即為交流阻抗特性分析，通過采用單片機產生激勵信號，能分析出給定工作頻率下負載電路的交流阻抗特性，并進一步得到其等效電路參數。
1硬件電路
系統原理框圖如圖1所示。主要電路模塊包括單片機（MCU）、放大電路、整流濾波電路、含雙可調電容的RC振蕩器等[7-8]。
圖1 等效電參數分析儀原理圖
Fig.1 Schematic diagram of equivalent circuit parameter analyzer
MCU的型號為MSP430F169。放大電路用于將采集到的弱信號放大，再送入整流濾波電路，便于單片機（MCU）接收識別，放大電路型號為AD620。整流濾波電路，用于將采樣信號轉化為單向脈動波并濾除附帶產生的雜波信號，使有用信號免受干擾，易于下一級電路的操作處理?？勺冸娙軨結合555定時電路模塊構成RC振蕩器，所產生的信號頻率送入單片機識別，進而確定出接入電路的電容值。其中，可調電容C與電路的連接通過開關控制，該可調電容C為特制的雙可調電容（構成RC振蕩器的電容與接入測量電路的電容相同，并由同一旋鈕控制調節），這樣，可在隔離電路影響的情況下，獲得接入電路電容的精確值。 為定值電阻，主要起限流作用，如當電路串聯諧振時，使電路電流不至于過大，損壞儀器。 為采樣電阻，為小阻值錳銅電阻，用于將負載電流轉換為電壓信號，再送入放大電路。 為負載電路。
2算法設計
根據有效值、功率因素的計算結果[9]，可得到電路總阻抗
（1）
其中， 、 、 分別表示電路電壓有效值、電流有效值、功率因素。 的正負與負載的特性有關，若負載為非電容性；則 ，若負載為非電感性則 。令 ，則有
（2）
系統采用調節可變電容C并結合單片機采集到的電流大小變化情況的方法，確定（2）中的正負符號，即實現負載阻抗特性的判定。由于可調電容與被測負載并聯，設被測負載的電導和電納分別為 和 ， 可調電容電納為 ，其等效電路如圖2所示。
圖2 阻抗特性的判斷原理圖
Fig.2 Schematic diagram for the judgement of impedance characteristic當端電壓有效值恒定時，電流有效值
（3）
即： （4）
可見，當 與 同號，即被測負載為電容性時，電容增大，電流 單調上升；而當 與 異號，即被測負載為電感性負載時，電容增大，電流 將先減小而后增大。因此，單片機可根據電容調節過程中采集到電流變化情況，判斷出負載的阻抗特性。在此基礎上，設負載 的等效阻抗為 ，由于測量電路為可調電容C與負載 并聯，然后再與定值電阻 串聯，根據電路串并聯關系，則有：
（5）
聯立（1）-（2）和（5），在已判斷得到負載的特性的情況下，便可以解出 中的電阻R和電抗X。結合頻率值即可得
（6）
（7）
因此，對于給定負載（如某單元電路），該測試儀能夠獲得給定工作頻率下的交流等效電路參數，便于電路的分析與設計。
3 系統測試
系統設計完成后，通過鍵盤設定激勵信號幅值和頻率，調節電容旋鈕，即可讀出負載的等效電路參數。首先測試并選取了三個R、L、C電路元件，其參數值分別為10，10mH，1uF。再將電路元件安插在萬用板上，借助萬用板連接線使其形成簡單的串聯電路和并聯電路，并同時具有典型的二端口結構，然后分別測試了信號頻率為1KHz時，負載的等效電路參數。用 Idealization（I）和Test （T）分別表示理論值和測量值，結果如表1所示。
表1 測試結果
Tab.1 Test results
電阻（） 電感（mH） 電容（uF） 串聯（；uF） 并聯（，mH）
I T I T I T I T I T
10 10.02 10 10.33 1 0.97 10 ； 1.65 9.97；1.59 9.91；0.15 10.04；0.23
測量 結果表明，在1KHz頻率下，所搭建的串聯電路具有阻容特性，而并聯電路具有阻感特性。等效電路參數測量結果與理論值存在一定差異的可能原因主要在于：除工藝等因素外，導線等所引入的分布阻抗。
4 結束語
本文設計了一種電路交流等效電參數分析儀，可用于完成無源二端口電路的等效電參數測量。在測量交流等效參數時（特別在用作RLC測試儀的情況下），若測量頻率較高，分布參數影響將較為顯著，對低標稱值元件的測量尤為不利。如何減小分布參數對測量結果的影響，還有待進一步研究。
參考文獻：
[1]陳鵬，李固，邊雁，等.采用RLC激勵的EMAT圓柱探頭設計參數分析[J].傳感器與微系統2012，31（2）：77-80. 本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 論 文 網專業寫作教育教學論文和畢業論文以及服務，歡迎光臨DyLW.neT
[2]王秀霞 電阻電容電感測試儀的設計與制作[J].電子技術，2012，30（2）：47-49.
[3]任斌， 余成， 陳衛等.基于頻率法和 MCU 的智能 RLC測量儀研制[J].微計算機信息，2007，23（10）：129-130.
[4]陳小橋，黃恩民，張雪濱，等.基于單片機與 AD9851 的信號發生器[J].實驗室研究與探索2011，30（8）：98-102.
