專利名稱：一種數(shù)字萬用表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量電變量、磁變量的裝置。
已有的數(shù)字萬用表可以測(cè)量交／直流電壓、交／直流電流、電阻、電導(dǎo)、二極管正／反向電阻、三極管HFE等參數(shù)，數(shù)字電橋可測(cè)量電感、電容、電感器品質(zhì)因數(shù)Q值。電容器損耗D值等參數(shù)。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種組合式多功能的數(shù)字式電、磁變量測(cè)量裝置，它不僅可測(cè)量交／直流電壓、交／直流電流、電阻、電導(dǎo)、電感、電容、電感器品質(zhì)因數(shù)Q值。電容器損耗D值、二極管正／反電阻、三極管HFE等參數(shù)，而且具有短路蜂鳴器功能，還可作為信號(hào)源提供穩(wěn)定的正弦波音頻信號(hào)，同時(shí)，還能顯示被測(cè)量的量綱。
本實(shí)用新型包括已有的數(shù)字萬用表和電感電容(LC)測(cè)量裝置，所說的LC測(cè)量包括半橋電路、恒流／恒壓振蕩器、比較器、整流器、移相器、相敏檢波器和功能切換開關(guān)等部分，采用雙積分式A／D轉(zhuǎn)換器。半橋電路由兩路放大器組成，分別放大被測(cè)阻抗元件兩端的電壓信號(hào)與電流信號(hào)，其輸出一路UY作為相敏檢波器的輸入信號(hào)，另一路UX分別經(jīng)90°移相器后作為相敏檢波器的參考信號(hào)和經(jīng)整流器后作為雙積分式A／D轉(zhuǎn)換器的參考信號(hào)。整流器、比較器、振蕩器按順序通過半橋電路組成的閉合環(huán)路作為恒流／恒壓振蕩器，當(dāng)測(cè)量串聯(lián)電感時(shí)，為恒流輸出，即為被測(cè)電感提供一個(gè)恒定電流；當(dāng)測(cè)量并聯(lián)電容時(shí)，為恒壓輸出，即為被電容提供一個(gè)恒定電壓。相敏檢波器的輸出則送到雙積分式A／D轉(zhuǎn)換器輸入端。采用LCD顯示器。
由于電感、電容的測(cè)量采用矢量測(cè)量技術(shù)，可排除這些阻抗元件中電阻成分的影響，測(cè)得真實(shí)的電感、電容值。半橋電路的一路信號(hào)UX的幅度與電源電壓是相關(guān)的，而雙積分式A／D轉(zhuǎn)換器參考信號(hào)VY與電源電壓也是相關(guān)的，因此，Vr與UX也是相關(guān)的。相檢器的輸出送到雙積分式A／D轉(zhuǎn)換器輸入信號(hào)端，利用輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的相除性質(zhì)，完成比例運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)了“矢量法”測(cè)量。其LC量程可復(fù)蓋0.1μH～20H，0.1pF～20μF的范圍，精度可達(dá)到1％，另外由于將普通的數(shù)字式萬用表與數(shù)字電橋相結(jié)合，使這種手持式多功能數(shù)字萬用表具有發(fā)明目的中所述的功能。


圖1.為本儀器工作原理圖，其中A，V，Ω部分與一般數(shù)字萬用表相同(略去)。
圖2.為LC測(cè)量部分原理圖。
圖3.為振蕩器、比較器、整流器電路原理圖。
圖4.為移相電路原理圖。
圖5.為相敏檢波器原理圖。
圖6.為運(yùn)放頻率特性補(bǔ)償電路。
實(shí)施例如圖1所述，Vi和Vr分別為雙積分式A／D表頭的輸入信號(hào)端和參考信號(hào)端，“V、I、Ω、
、HFE”部分與一般數(shù)字萬用表相同；“L、C”部分為電感、電容測(cè)量裝置。
圖2為L、C測(cè)量裝置的原理框圖。被測(cè)元件ZX通過限流電阻R0、振蕩器OSC、比較器COMP、整流器D、半橋電路(A1、A2)組成閉合環(huán)路。半橋電路的UY輸出作為相敏檢波器的輸入信號(hào)，而UX輸出一路經(jīng)90°移相器后作為相敏檢波器的參考信號(hào)，另一路經(jīng)整流器D后作為雙積分式A／D轉(zhuǎn)換器的參考信號(hào)。
圖3給出振蕩器、比較器和整流器電路原理圖。
振蕩器由U1A，文式電橋(R2、C1、R4、C2)組成，振蕩幅度控制器件為亙導(dǎo)式運(yùn)放CA3080，比較器為U1B；U3B和U3A完成全波整流，它將自UX(從半橋來)來的交流信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流電壓，比較器為電流平衡式比較器，它的輸出用于控制3080，這組電路與半橋一起構(gòu)成閉合環(huán)路，測(cè)量電感時(shí)恒流輸出，測(cè)量電容時(shí)恒流輸出。
圖4給出相位可調(diào)式有源RC移相電路。
圖5給出相敏檢波器原理圖。
相敏檢波器為CMOS開關(guān)斬波式半波相敏檢波器，C1，R1組成高通濾波器，濾去輸入信號(hào)中的直流成分；Uφ為參考信號(hào)(方波)，它的頻率與振蕩頻率一致；R2、C2是輸出的積分式低通濾波器，濾去殘留的交流成分。
圖6給出運(yùn)放頻率特性補(bǔ)償電路原理圖。
由于運(yùn)放頻率特性的影響，會(huì)引入一個(gè)滯后的附加的相移，這必然要影響相敏檢波的準(zhǔn)確性，圖6給出的補(bǔ)償電路可以克服這個(gè)附加相移，提高整機(jī)的測(cè)量精度。
以下給出測(cè)量的方法與原理。
1.測(cè)量并聯(lián)等效電容CP時(shí)，UX接A1，Uy接A2，Vr接衰減器α，Vi接相檢器PD，移相器接成＋90°移相。這時(shí)，半橋輸入端的等效阻抗為ZX＝1／(GP＋jωCP) (1)其中 GP為并聯(lián)電導(dǎo)。
CP為并聯(lián)等效電容。
且有，UX＝I／(GP＋jωCP) (2)Uy＝－IR＝－UX·R(GP＋jωCP) (3)Vr＝UX·Kd·α (4)其中Kd為整流效率，α為衰減系數(shù)。
Vi＝｜Uy｜Im·KP＝KP·UX·R·ωCP(5)其中KP為相檢器效率。
｜Uy｜Im為Uy的虛部。
數(shù)字表頭顯示N為N＝(Vi／Vr)×10＝(KP·R·ω·10·CP)／Kd·α (6)式中n與表頭位數(shù)有關(guān).3 1／2 位表頭 n＝3；4 1／2 位表頭n＝4。
令(KP·ω·R·10)／(Kd·α)＝K(常數(shù)) (7)則有 N＝K·CP(8)2.測(cè)量串聯(lián)等效電感LS時(shí)，Ux接A2，Uy接A1，Vr接α，Vi接Pd，移相器移相為＋90°。這時(shí)ZX＝RS＋jωLS，經(jīng)類似推導(dǎo)可得。
N＝K′·LS(9)3.測(cè)量串聯(lián)等效電容CS時(shí)，UX接A2，Uy接A1，Vr接Pd，Vi接α，移相器移相－90°，這時(shí)，Zx＝RS＋1／(jωCS) (10)N＝K″·CS(11)4.測(cè)量并聯(lián)等效電感LP時(shí)，UX接A1，Uy接A2，Vr接Pd，Vi接α，這時(shí)，YX＝1／ZX＝1／RP＋1／jωLP(12)N＝K″·LP(13)5.電感Q值可以由電阻檔測(cè)得串聯(lián)損耗電阻RS，與電感檔測(cè)得的串聯(lián)等效電感LS計(jì)算得出Q＝ωLS／RS式中ω＝2πf＝2π×10006.電容器的損耗D可由并聯(lián)等效電容CP與串聯(lián)等效電容CS求出D=(CS/CP-1)]]>
權(quán)利要求1.一種數(shù)字萬用表，包括已有的測(cè)量電壓、電流、電阻、二極管正/反電阻、三極管HFE參數(shù)的數(shù)字萬用表，采用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于設(shè)有電感電容測(cè)量裝置，它包括半橋電路、恒流恒壓振蕩器、比較器、整流器、移相器、相敏檢波器和功能切換開關(guān)等部分；半橋電路由兩路放大器組成，分別放大被測(cè)阻抗元件兩端的電壓信號(hào)與電流信號(hào)，其輸出一路作為相敏檢波器的輸入信號(hào)，另一路分別經(jīng)90°移相器后作為相敏檢波器的參考信號(hào)和經(jīng)整流器后作為雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的參考信號(hào)；整流器、比較器、振蕩器按順序通過半橋電路組成的閉合環(huán)路作為恒流/恒壓振蕩器；相敏檢波器的輸出則送到雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器輸入端。
2.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于移相器為可調(diào)RC有源移相器，其輸入直接耒自半橋的兩個(gè)輸出端之一。
3.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于半橋的放大器具有相位補(bǔ)償電路，一般可為超前補(bǔ)償。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量電變量，磁變量的裝置。包括已有的數(shù)字萬用表和LC測(cè)量裝置，后者由半橋電路、恒流恒壓振蕩器、比較器、整流器、移相器，相敏檢波器和功能切換開關(guān)等，采用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，由于采用矢量法測(cè)量原理，可排除電阻成分的影響，測(cè)量真實(shí)的電感、電容值，量程可覆蓋0.1uH～20H，0.1PF～0.1F，精度1％，是一種用途廣泛的手持式兼有數(shù)字電橋功能的多功能數(shù)字萬用表。
文檔編號(hào)G01R15/00GK2118991SQ91226078
公開日1992年10月14日 申請(qǐng)日期1991年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1991年9月27日
發(fā)明者李文輝 申請(qǐng)人:李文輝