[發(fā)明專利]電容測量

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 02104511.9
• 申請日: 2002-02-07
• 公開（公告）號: CN1369713A
• 公開（公告）日: 2002-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: J·M·倫德;小B·恩
• 申請（專利權(quán)）人: 弗蘭克公司
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 王岳,張志醒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般涉及電容測量，尤其涉及這樣一種電容測量，其中通過對未知值的電容器提供已知值的電荷包，直到確定最終電壓，然后根據(jù)已知的總電荷和測量的電壓計算電容。

技術(shù)背景

電容測量是測量儀器例如數(shù)字萬用表的一個重要特征。被轉(zhuǎn)讓給Fluke公司的美國專利5073757和5136251披露了一種測量小電容和大電容的方法，其中使未知值的電容器在其RC速率下完全充電到一個參考電壓，與此同時，在雙斜率積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的存儲電容器上積累與充電電流成比例的電流。小電容可以在ADC的一個積分周期內(nèi)完全充電，而大電容則需要幾個積分周期才能完全充電。在兩種情況下，在積分ADC的存儲電容器上存儲的成比例的電荷在由存儲的電荷的數(shù)量表示的時間間隔內(nèi)在“去積分”周期期間被除去，并且測量所述的時間，從而給出電容值的指示。

技術(shù)背景

這些現(xiàn)有技術(shù)的電容測量技術(shù)是不滿意的，這是由于其過長的測量時間，因?yàn)楸仨毜却粗档碾娙萜鞅煌耆潆?，從而?dǎo)致提出了一種在1999，3，12申請的序列號為09/267504的待批美國專利中披露的一種電容測量系統(tǒng)，其中使用恒流源產(chǎn)生被測電容器上的線性斜率電壓。這使得能夠測量微分電壓(ΔV)和微分時間(ΔT)，并由二者的比計算電容。雖然測量速度和精度在一個寬的測量范圍內(nèi)有了改進(jìn)，但是使用復(fù)雜的多斜率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器收集所需的參數(shù)是一個相當(dāng)慢的過程。

所有這些現(xiàn)有技術(shù)的方法的問題在于，因?yàn)殡娙葜凳俏粗模愿冻鱿喈?dāng)多的努力搜索可以進(jìn)行測量的范圍。此外，尤其是在給定范圍的下端，因?yàn)榉直媛蕢嚎s而可能使電容值失真。

發(fā)明概述

按照本發(fā)明，提供一種用于測量電容的裝置和方法，其中對未知值的電容器供應(yīng)已知值的電荷包，直到確定最終電壓，并且根據(jù)已知的總電荷和測量的電壓計算電容。

通過結(jié)合附圖閱讀下面的說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以清楚地看出本發(fā)明的其它目的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1表示用于幫助理解本發(fā)明的和電容器相關(guān)的電流和電壓的關(guān)系曲線；

圖2是按照本發(fā)明的電容測量系統(tǒng)的原理圖；

圖3是適用于圖2的系統(tǒng)中的可編程的恒流源的示意圖；以及

圖4是表示圖2的系統(tǒng)的操作的流程圖。

本發(fā)明的詳細(xì)說明

圖1用于幫助理解本發(fā)明的原理，其中表示和電容器相關(guān)的電流和電壓的關(guān)系。教科書上給出的電容的定義是一種電流和電壓的關(guān)系i＝C?de/dt，由此，電容器電壓可以被定義為。這提供了對于熟知的一種概念的理解，即，如果提供給電容器的電流是恒定的，則電容器的電壓隨著電容器對所述恒定電流隨時間積分而線性地改變。這可以由圖1看出，其中在時間間隔ΔT內(nèi)提供的恒定電流i產(chǎn)生一個斜坡電壓ΔV。此外，電流在任何時間間隔內(nèi)的積分是在電容器上積累的電荷Q，或者Q＝∫idt。因而，可以說，由圖1的電流波形包圍的面積便等于電荷Q。最后，因?yàn)镼＝CV，可以看出，如果積累的電荷Q和電容器兩端的電壓ΔV已知，則可以計算電容值C。

圖2是按照本發(fā)明的用于測量連接在輸入端12的電容器的電容值的電容測量系統(tǒng)的原理圖。和輸入端12相連的還有可編程的恒流源14，放電開關(guān)16，比較器18，以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)20。微處理器(μP)24在操作上和所有這些裝置相連，微處理器包括相關(guān)的存儲器26和顯示裝置28。