[發明專利]微電容參比測量電路

無效

• 申請號: 200810040836.9
• 申請日: 2008-07-22
• 公開（公告）號: CN101349716A
• 公開（公告）日: 2009-01-21
• 發明（設計）人: 彭建學;葉銀忠;劉以建
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 上海天翔知識產權代理有限公司
• 代理人: 孫景宜

技術領域

本發明涉及電容傳感器和模擬電路的應用，具體涉及兩種微電容參比測 量電路。

背景技術

電容傳感器由于其結構簡單、耐高溫、抗干擾及非侵入性等特點，廣泛 應用于液位、濃度、濕度、壓力、位移、流量等信號檢測，在電氣電子行業 受到普遍關注和重視，電容傳感器的結構和功能也在不斷改進和提高。對電 容的精確測量，特別是微電容的精確測量是確保電容傳感器質量的關鍵。然 而，測量輸入回路的分布電容有可能遠遠大于被測的微電容，因此尋求一種 不受測量輸入回路分布影響的高精度微電容測量電路是必要的。

目前微電容測量電路廣泛采用基于運算放大器的電荷充放電法，并且可 以歸類于兩種基本方法，一種是基于電容反饋的測量電路，另一種是基于電 阻反饋的測量電路。

如附圖3所示，一種基于電容反饋的測量電路，圖3中E是電壓源，C_X為被測微電容，C_D1、C_D2為測量回路分布電容，C_F為反饋電容，A為運算放 大器，S₁、S₂、S₃為MOS電子開關。當S₁、S₃閉合，S₂斷開，電壓源E對被 測微電容C_X充電至電壓E，此過程中反饋電容C_F電壓為0；當S₁、S₃斷開， S₂閉合，被測微電容C_X對地放電至0，測微電容C_X電荷轉移到反饋電容C_F上，運放輸出電壓為EC_F/C_X，由于運算放大器的虛地，測量回路分布電容C_D2的影響得以消除。另外，由于采用電壓源充放電，測量回路分布電容C_D1的影 響也得以消除。

基于電阻反饋的測量電路就是把圖3中的電容C_F換成電阻R_F并去掉S₃即可。

所述微電容測量電路存在的缺點是：

(1)MOS電子開關的門極對漏、源極存在分布電容，門極控制信號通過這 些分布電容引入了附加的充放電。

(2)當開關狀態變化引起輸入回路結構的變化，使運算放大器的偏置電流 的傳輸路徑發生變化，引起附加的充放電。

(3)電容電壓不能突變，充放電電流很大，而運算放大器輸出電流能力有 限，使運算放大器反向輸入端不能始終保持虛地，即不能始終保證線性工作 狀態。

(4)電容電壓不能突變，充放電電流很大，引起電壓源波動。

以上這些缺點限制了微電容測量電路能夠達到的精度和最小量程。

發明內容

鑒于上述現有微電容測量電路在技術及其功能上所存在的缺陷，為了消 除這些缺陷，本發明所要解決的技術問題在于，提供兩種微電容參比測量電 路，使微電容測量電路的最小量程進一步降低，精度進一步提高。

為了解決上述問題本發明的技術方案是這樣的：

(一)電阻反饋的微電容參比測量電路，該電路輸入端通過引入任意波形的 激勵電壓E，再連接電阻R以及測量回路分布電容C_D，之后分成兩路分別接入 運算放大器A₁、A₂，其中一路通過連接被測微電容C_X和測量回路分布電容C_D^/接入運算放大器A₁的反向輸入端，該運算放大器的正向輸入端接地，輸出端 U_X與反向輸入端間連接有反饋電阻R₁；另一路通過連接已知參比電容C_R接入 運算放大器A₂的反向輸入端，該運算放大器的正向輸入端接地，輸出端U_R與 反向輸入端間連接有反饋電阻R₂。