基于89C51放電法測高阻數據的采集與處理

摘要：對大學(xué)物理實(shí)驗中放電法測高阻的傳統實(shí)驗，采用單片機一計算機接口技術(shù)和模數變換技術(shù)，用計算機對數據進(jìn)行處理得出結果。它既可以作為自動(dòng)化測量設備，也可以作為高年級大學(xué)生課程設計或畢業(yè)設計題目，對于拓寬大學(xué)生知識面，提高實(shí)際動(dòng)手能力和解決問(wèn)題能力有一定的價(jià)值。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C；A／D轉換器；串口通信；數據采集

高阻，一般指106 Ω以上的電阻，也有人把108～1017Ω的電阻稱(chēng)之為超高阻。由于電阻值較高，一般測量電阻儀器受量程和靈敏度的限制，準確測量高阻有一定的困難。在工業(yè)中，常采用放電法測量高阻。放電法測高阻原理是將待測高阻與已知電容組成回路，在電容放電時(shí)測量電容上的電量(或電壓)隨時(shí)間的變化關(guān)系，從而確定高阻的阻值。
單片機自20世紀70年代問(wèn)世以來(lái)，以極其高的性能價(jià)格比受到人們的重視和關(guān)注，發(fā)展速度很快。單片機有體積小，重量輕，抗干擾能力強等優(yōu)點(diǎn)，對環(huán)境要求不高，價(jià)格低廉，可靠性高，靈活性好，開(kāi)發(fā)較為容易，在實(shí)時(shí)測量和新型測量?jì)x器方面已得到了廣泛的應用。利用單片機89C51和數字電路技術(shù)，將采集到電容上的模擬電壓，經(jīng)過(guò)模數轉換，在單片機89C51的控制下，經(jīng)串行通信接口送入計算機，由計算機處理后給出測量結果。從而減少人工操作，提高了測量的速度和精確度，使測量高阻實(shí)現全自動(dòng)化。

1 測量原理
圖1是RC放電原理圖。

當開(kāi)關(guān)K扳向A時(shí)，電源E給電容C充電，當開(kāi)關(guān)K由A扳向B時(shí)，電容C通過(guò)電阻R放電。設放電時(shí)間為t，則在t時(shí)刻電容C上的電量Q、電壓U和RC回路中的電流I之間滿(mǎn)足：

其中負號表示隨著(zhù)放電時(shí)間的增加，電容器極板上的電荷Q隨之減少。注意：Q、U、I 3個(gè)量都是時(shí)間的函數設初始條件為：t=0時(shí)，Q=Q0，則電容上電量隨時(shí)間的關(guān)系：

式中RC稱(chēng)為時(shí)間常數，一般用τ表示，其物理意義為：當t=τ=RC時(shí)，電容上的電量由t=0時(shí)的Q0下降到0．368Q0。τ決定放電過(guò)程的快慢，τ越大，放電越慢；反之，τ越小，放電越快。當t=5，τ=5RC時(shí)，Q=0．005Q0，可以認為放電基本結束。對上式取自然對數有：

若用沖擊電流計測量電容兩端電量時(shí)，由于通過(guò)電流計的電量Q與電流計光標的第一次最大偏轉距離d成正比(Q∝d)，因此(1)、(2)式可改寫(xiě)為：