Как работают измерители индуктивности на основе операционных усилителей. Какие схемы используются для измерения индуктивности. Какие преимущества и недостатки имеют различные схемы измерителей индуктивности.
Принцип работы измерителей индуктивности на операционных усилителях
Измерители индуктивности на основе операционных усилителей используют LC-генераторы, частота которых зависит от измеряемой индуктивности. Частота колебаний такого генератора обратно пропорциональна корню квадратному из произведения индуктивности и емкости:
f = 1 / (2π√LC)
Зная емкость конденсатора в схеме и измерив частоту колебаний, можно вычислить неизвестную индуктивность.
Основные блоки измерителя индуктивности:
- LC-генератор на операционном усилителе
- Схема формирования прямоугольных импульсов
- Микроконтроллер или частотомер для измерения частоты
- Схема вычисления и индикации результата
Схема измерителя индуктивности с широким диапазоном измерений
Рассмотрим схему измерителя индуктивности, позволяющего измерять индуктивности от 0,5 мкГн до 1,2 Гн в 10 поддиапазонах:
Особенности схемы:
- Широкополосный LC-генератор на транзисторах
- Стабилизация амплитуды выходного сигнала
- Триггер Шмитта для формирования прямоугольных импульсов
- Делитель частоты на десятичных счетчиках
- Преобразователь период-напряжение на операционных усилителях
Погрешность измерений данной схемы не превышает 2% без учета погрешности микроамперметра.
Цифровой измеритель индуктивности на микроконтроллере
Современные цифровые измерители индуктивности часто строятся на основе микроконтроллеров. Рассмотрим схему такого измерителя:
Основные компоненты:
- LC-генератор на операционном усилителе AD8099
- Микроконтроллер для измерения частоты и вычислений
- ЖК-дисплей для отображения результата
Диапазон измерений: от 0,1 мкГн до 99,9 мГн. Погрешность: не более 3%.
Выбор операционного усилителя для измерителя индуктивности
При разработке измерителя индуктивности важно правильно выбрать операционный усилитель для LC-генератора. Каковы ключевые параметры?
- Высокое входное сопротивление
- Широкая полоса пропускания (до 8 МГц и выше)
- Возможность работы при однополярном питании
- Низкое напряжение питания (от ±2В)
Хорошим выбором является, например, AD8099, обладающий указанными характеристиками.
Особенности калибровки измерителей индуктивности
Калибровка — важный этап настройки измерителя индуктивности. Как правильно выполнить калибровку?
- Подготовить эталонные катушки индуктивности (например, 22 мкГн и 0,22 мГн)
- Перевести прибор в режим калибровки
- Поочередно подключить эталонные катушки
- Выполнить измерения и ввести поправочные коэффициенты
Точность калибровки напрямую влияет на точность измерений прибора.
Использование операционных усилителей в качестве компараторов
Операционные усилители могут применяться в измерителях индуктивности не только в качестве генераторов, но и как компараторы. В чем особенности такого применения?
- Высокое быстродействие
- Возможность работы с малыми сигналами
- Простота схемы
Однако следует учитывать, что не все операционные усилители одинаково хорошо подходят для работы в качестве компараторов. Необходимо выбирать модели с высоким быстродействием и малым временем восстановления.
Проблемы и ограничения измерителей индуктивности на операционных усилителях
При разработке измерителей индуктивности на операционных усилителях возникает ряд проблем. Какие основные сложности приходится преодолевать?
- Ограничение диапазона измерений из-за паразитных параметров
- Влияние температуры на точность измерений
- Необходимость экранирования от внешних помех
- Сложность измерения малых индуктивностей (менее 1 мкГн)
Для решения этих проблем применяются специальные схемотехнические и конструктивные решения.
Перспективы развития измерителей индуктивности
Измерители индуктивности продолжают совершенствоваться. Какие тенденции наблюдаются в их развитии?
- Повышение точности измерений
- Расширение диапазона измеряемых индуктивностей
- Уменьшение габаритов приборов
- Интеграция с компьютерными системами
- Применение цифровой обработки сигналов
Развитие элементной базы и методов цифровой обработки сигналов открывает новые возможности для создания высокоточных измерителей индуктивности.
Схема измерителя индуктивности » Паятель.Ру
Категория: Измерительные приборы
Прибор, схема которого показана на рисунке позволяет измерять индуктивности в пределах от 0,5 мкГн до 1,2 Гн. в десяти поддиапазонах. Численное значение индуктивности отсчитывается по линейной шкале микроамперметра, на шкале которого нанесена оцифровка 0-1200 и 0-600. Погрешность измерений (без учета погрешности микроамперметра) не превышает 2%.
В основе принципа измерения лежит классическая формула расчета частоты резонанса колебательного контура f=25330/LC. (частота выражена в герцах, индуктивность в микрогенри и емкость в пикофарадах). При емкости. равной 25330 пф индуктивность в контуре обратно пропорциональна квадратурезонансной частоты и фактически равна квадрату периода: L=1/f=Т2.
Прибор состоит из измерительного генератора на транзисторах VT1…VT5, частота которого определяется емкостью конденсаторов С1 и С2 (в сумме составляют 25330 пф) и измеряемой индуктивностью, подключаемой к контактам Х1 и Х2. Затем следует триггер Шмитта на транзисторах VT6 и VT7, делитель частоты на десятичных счетчиках и частотомера на транзисторах VT9, VT12 и операционных усилителях.
Измерительный генератор собран на транзисторах VT1 и VT2 Генератор широкополосный, и его выходное напряжение для разных частот отличается, для стабилизации выходного напряжения служит измеритель выходного напряжение на диодах VD1 и VD2 и каскад на транзисторе VT4, который поддерживает выходное напряжение на определенном уровне. При подключении на входе индуктивности 1 мкГн частота выходных синусоидальных
колебаний равна 1 Мгц, при индуктивности 2 Гн — 700 гц.
Выходное напряжение генератора с эмиттера VT3 поступает на триггер Шмитта на транзисторах VT6 и VT7 и преобразуется им в прямоугольные импульсы, которые поступают на делитель частоты на трех десятичных счетчиках. В зависимости от выбранного переключателем S1.1 диапазона коэффициент деления делителя частоты изменяется.
С выхода делителя импульсы поступают на вход частотомера (фактически — преобразователя квадрата периода в постоянное напряжение).
Формирователь прямоугольные импульсы преобразует в пилообразные с плавным фронтом и крутым спадом, амплитуда которых постоянна, а длительность прямо-пропорциональна периоду импульсов на выходе делителя частоты. После усреднения этого напряжения получается постоянный ток, пропорциональный квадрату длительности пилообразных импульсов, то есть квадрату периода.
Происходит это так. Импульсы, поступающие с выхода делителя частоты через конденсатор С14 периодически открывают тринистор VS1. С приходом каждого импульса конденсатор С15 моментально разряжается через открытый тринистор и тринистор закрывается. С этого момента С15 начинает заряжаться стабильным коллекторным током VT10.
Так как зарядный ток стабилен напряжение на конденсаторе возрастает линейно и ко времени спада импульса достигает значения U1 =[UбR22/(R22+R23)-Uэбt1]/RkC15, где U6 напряжение на эмиттере VT11, Uэб — напряжение эмиттер-база VT10, И — длительность импульса, Rk дифференциальное сопротивление коллекторного перехода VT10.
Это напряжение сохраняется на конденсаторе до прихода следующего импульса.
Как видно из схемы, импульсы с выхода делителя частоты поступают и на базу транзистора VT12. В течении времени t1 пока заряжается конденсатор С15, транзистор VT12 открыт, поэтому напряжение на С16 близко к нулю. С наступлением паузы между импульсами этот транзистор закрывается и в течении времени t2 конденсатор С16 заряжается от источника стабильного тока на операционном усилителе А1.
Режим зарядки определяется напряжением на эмиттере VT11, которое все время поддерживается на уровне U1. К концу периода напряжение на С16 возрастает до уровня U2=U1t2/R27C16. Зарядный ток прямо пропорционален напряжению U2, которое пропорционально периоду Т.
Для соблюдения высокой точности измерения нужно чтобы отклонение суммы конденсаторов С1+С2 от 25330 пф, С15 от 0,204 мкф, и суммы С16+С20 от 0,069 мкф не превышало двух процентов. Кроме того желательно, чтобы эти конденсаторы имели минимальный ТКЕ. Емкость С19 зависит от параметров стрелочного индикатора и при максимальном токе отклонения 500 мкА должна быть 100 мкф (при токе 50 мкА -10 мкф).
Настройка
Настройка прибора заключается в калибровке. Для этого переключатель устанавливают в положение 60 мГн и от генератора подают на входные зажимы сигнал частотой 5 кгц. Изменяя сопротивление подстроечного резистора R32 устанавливают стрелку прибора на отметку «40 мГн». Затем увеличивают частоту генератора до 10 кгц и следят за показаниями прибора, стрелка должна переместиться на деление «10 мГн».
Теперь установите предел «600 мГн» и понизив частоту генератора до 2 кгц подстроечным резистором R33 установите стрелку прибора на отметку 250 мГн. И наконец, в поддиапазоне «1,2 мГн» при частоте сигнала генератора 1 кгц подстройкой R34 установите стрелку прибора на деление 1 мГн.
В приборе можно использовать операционные усилители К140УД7, К140УД708. Электромагнитное реле типа РЭС47 на 15-20В. Для питания прибора нужно использовать стабилизированные источники.
Измеритель индуктивности » Схемы электронных устройств
| Измеритель индуктивности | |
В настоящее время очень многие малогабаритные пассивные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы и  Если сопротивление резистора или емкость конденсатора можно легко определить, измерив с помощью мультиметра, то с определением индуктивности проблем больше, так как в продаже крайне редко встречаются недорогие мультиметры, позволяющие измерять индуктивность.Конечно, можно пользоваться громоздкими, не упрощенными формулами, но практически, более удобно подогнать самодельную индуктивность к нужной величине делая пробные измерения. Поэтому, необходимо чтобы в лаборатории радиолюбителя или мастера-ремонтника был достаточно точный измеритель индуктивности. На рисунке показана схема цифрового измерителя индуктивности, способного измерять индуктивности в пределах от 0,1µH до 99,9 mН с погрешностью не более 3%. Как работает прибор Датчиком индуктивности является LC-генератор на операционном усилителе А1. Схема генератора такова, что позволяет ему работать с очень большим различием в соотношениях L и С составляющих контура. Это позволяет без переключений работать во всем диапазоне измерений. Поскольку измеряемая индуктивность входит в состав LC-контура, определяющего частоту генератора, период колебаний на выходе генератора будет пропорционален значению этой индуктивности. Далее следует микроконтроллер, задача которого в том, чтобы измерить период колебаний на выходе генератора и из него вычислить значение индуктивности. Отображение параметра — на однострочном жидкокристаллическом цифро-буквенном индикаторе. Измерительный генератор выполнен на операционном усилителе А1 — AD8099 с низковольтным питанием (минимум ±2V, по техническим данным). Делитель из резисторов R1 и R2 создает среднюю точку на входах ОУ, позволяя ему работать при однополярном питании. Этот операционный усилитель выбран потому, что он имеет высокое входное сопротивление и хорошо работает на частотах до 8 МГц и выше. Поскольку, для данного микроконтроллера 20 МГц — максимальная частота задающего генератора, максимальная входная частота не может быть более 8 МГц. Это максимальное значение частоты, которое может быть на выходе А1. Яркость жидкокристаллического индикатора регулируется подстрочным резистором R5, изменяющим напряжение на его выводе 3. Источником питания служит гальваническая батарея «Крона» напряжением 9V Порт РСО контроллера запрограммирован для работы компаратором и служит для контроля напряжения батареи питания. При снижении напряжения питания ниже 7V на дисплее будет сообщение «LOW BATTERY». Схема питается напряжением 5V от интегрального стабилизатора А2. Перед монтажом микроконтроллер нужно запрограммировать программой. НЕХ-файл которой приводится ниже: Для калибровки прибора нужны две образцовые катушки индуктивностью 22µН и 0,22µН. Они должны быть точными, так как от этого зависит точность измерения прибором. Чтобы перевести прибор в режим калибровки нужно нажать кнопку S1 и удерживая её нажатой включить прибор. Затем, отпустите S1. На дисплее появится «PLACE L1 = 22.0µН». Подключите к входу катушку 22µН Нажмите S1 Отключите катушку 22µН и подключите 0,22µН. Снова нажмите S1. На дисплее должно появиться сообщение «COLIBRATION ОК» Калибровка закончена. | |
Это позволяет схеме датчика индуктивности (схема на А1) работать в широком диапазоне индуктивности без переключений емкостей.
При включении прибора на дисплее. «OVER». Нужно замкнуть входы и появится: «NO VALUE».Операционный усилитель
— измеритель индуктивности Arduino с использованием операционного усилителя в качестве компаратора?
Задавать вопрос
спросил
Изменено 4 года, 5 месяцев назад
Просмотрено 1к раз
\$\начало группы\$
Я хочу создать измеритель индуктивности с помощью Arduino Nano, для этого я следую эта ссылка, теория которой меня убедила: учебник
( Диод на схеме удаляет аналоговое отрицательное напряжение, Изменить: я ошибаюсь, извините меня за предотвращение отрицательного напряжения индуктора, потому что выходной сигнал не содержит диода или, возможно, в компараторе? ) и затем компаратор
преобразовать его в прямоугольную волну на основе ВКЛ/ВЫКЛ постоянного тока?
Получение длины волны или импульса во времени, а затем вычисление резонансной частоты
и, наконец, значение индуктора на основе известных значений конденсаторов.
В этом руководстве используется компаратор LM339N, но я узнал, что читал: операционный усилитель можно использовать в качестве компаратора.
У меня нет компаратора, но есть операционный усилитель TLV2462, могу ли я его использовать TLV2462 — Операционный усилитель — Dual Rail-to-Rail в качестве компаратора вместо компаратора LM329N?
Моя цель состоит в том, чтобы создать измеритель индуктивности для единиц измерения ‘nH’… Я учу, я читаю, но я запутался. Кроме того, я знаю, что разрядная катушка индуктивности может создать большой отрицательный всплеск напряжения. Я бы не хотел сжечь свою ардуино (возможно диод здесь для этого), поэтому я всегда на теоретической части.
Спасибо за помощь.
- Arduino
- операционный усилитель
- компаратор
\$\конечная группа\$
3
\$\начало группы\$
Есть много способов выполнить это измерение, но когда дело доходит до точности в нГн, каждый миллиметр длины трассы добавляет 0,5~1 нГн/мм.
Операционный усилитель должен поддерживать ток и полосу пропускания, необходимые для управления низким импедансом nH диапазонов.
Другим возможным методом является использование линейного LC-генератора, ограничителя и 8-битного двоичного двоичного счетчика для снижения измерения частоты.
http://www.falstad.com/circuit-java/e-eclosc.html
\$\конечная группа\$
11
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но никогда не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
.
Операционный усилитель— цепь LC питается от операционного усилителя, нет колебаний?
спросил
Изменено 7 лет, 6 месяцев назад
Просмотрено 5к раз
\$\начало группы\$
Основываясь на том, что я узнал в ходе этого эксперимента, я построил следующую схему, используя операционный усилитель, сконфигурированный как буфер… неизвестно. Я не нашел способа измерить индуктивность катушки на моем осциллографе в Генри без какого-либо генератора волн… которого у меня нет.
Мой мультиметр регистрирует 0,1–0,2 В на конденсаторе и 0,1 В на катушке. Он остается постоянным.
Не должно ли быть каких-то колебаний напряжения при проверке катушки или конденсатора? Насколько я понимаю, я создаю LC-Tank Circuit и подаю ток, который нужен Tank Circuit для продолжения стабильных колебаний, которые он потерял из-за сопротивления.
- операционный усилитель
- емкость
- индуктивность
- бак
\$\конечная группа\$
4
\$\начало группы\$
В вашей схеме вы используете резервуар в качестве нагрузки буферной цепи операционного усилителя. Операционный усилитель пытается выдать 4,5 В, но его выход закорочен катушкой индуктивности.
Для генерации колебаний в линейной цепи необходимо соответствие критерию Баркгаузена:
- Механизм обратной связи с петлевым коэффициентом усиления, равным единице
- Фазовый сдвиг контура, кратный 2\$\pi\$ радианам.
Обычный способ использования колебательного контура для установки частоты генератора состоит в том, чтобы поместить его в контур обратной связи, где он может привести к выполнению критерия Баркгаузена на (или очень близкой) его резонансной частоте.
