[發(fā)明專利]一種具有電容測量功能的測量裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010534901.0
• 申請日: 2010-11-03
• 公開（公告）號: CN102072989A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王悅;王鐵軍;李維森
• 申請（專利權(quán)）人: 北京普源精電科技有限公司
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及測量裝置領(lǐng)域，特別是涉及到電容測量裝置領(lǐng)域。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)中，為了提高小電容測量的精度和大電容測量的速度，采用了許多種測量方法。

在中國專利申請《鏡像恒流源測電容的方法》(公開號為101082644A)中，介紹了一種電容測量方法。如圖1所示，測量裝置1包括依次串聯(lián)連接的被測電容101、鏡像恒流源充放電模塊102、電壓檢測模塊107、控制模塊108和時(shí)鐘發(fā)生器109，鏡像恒流源充放電模塊102中包括恒流源103、充放電電路104、鏡像電路105和充放電開關(guān)控制電路106。該專利說明書中公開了兩種實(shí)施方式。在這兩個(gè)實(shí)施例中充放電開關(guān)控制電路106由可控開關(guān)K1構(gòu)成。

一種實(shí)施方式是固定充電時(shí)間的測量方法，控制模塊108通過測量被測電容101的充電以前的電壓和充電以后的電壓的差值，從而計(jì)算出電容值。整個(gè)測量過程包括充電期間、放電期間。完成一個(gè)充、放電的周期就可以測出被測電容101的電容值。其中電壓檢測模塊107由A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。

步驟一：充電期間，控制模塊108控制K1打開，打開充電電路，關(guān)閉放電電路。同時(shí)控制模塊108開始計(jì)時(shí)。

步驟二：計(jì)時(shí)器計(jì)到一定時(shí)間T的時(shí)候，計(jì)時(shí)器復(fù)位清零，重新開始計(jì)時(shí)。控制模塊108控制K1閉合，關(guān)閉充電電路，打開放電電路。并同時(shí)通過A/D轉(zhuǎn)換器，讀取此時(shí)被測電容上的電壓值v1。

步驟三：計(jì)時(shí)器計(jì)到一定時(shí)間T的時(shí)候，計(jì)時(shí)器復(fù)位清零，重新開始計(jì)時(shí)。控制模塊108控制K1打開，打開充電電路，關(guān)閉放電電路。并同時(shí)通過A/D轉(zhuǎn)換器，讀取此時(shí)電容上的電壓值v2。

由此，我們可以計(jì)算出被測電容101的電容值Cx：

ΔU＝|v2-v1|

C×＝(充電電流I1×T)/ΔU

重復(fù)上述的步驟二、步驟三，可以進(jìn)行周期性的測量。

因?yàn)檫@種方法充、放電時(shí)間短，所以十分適用于對大的電容的測量。

另一種實(shí)施方式是固定電壓差的測量方法，控制模塊108通過被測電容101上的電壓從預(yù)置電壓值v1變化到預(yù)置電壓值v2的時(shí)間Δt，從而計(jì)算出被測電容值。其中電壓檢測模塊107由電壓比較器CV1和電壓比較器CV2構(gòu)成。

步驟一：放電步驟。控制模塊108控制K1打開，打開放電電路，關(guān)閉充電電路。電容開始放電。當(dāng)電容上的電壓小于等于比較電壓v2的時(shí)候，電壓比較器CV2的輸出電平翻轉(zhuǎn)；

步驟二：當(dāng)電容上的電壓小于等于比較電壓v2的時(shí)候，電壓比較器CV2的輸出電平翻轉(zhuǎn)，控制模塊108檢測到CV2輸出電平的變化，控制模塊108控制K1閉合，打開充電電路，關(guān)閉放電電路。電容開始充電。同時(shí)，控制模塊108開始計(jì)時(shí)。

步驟三：當(dāng)電容上的電壓大于等于比較電壓v1的時(shí)候，電壓比較器CV1的輸出電平翻轉(zhuǎn)；控制模塊108檢測到電壓比較器CV1的輸出電平翻轉(zhuǎn)，停止計(jì)時(shí)，記錄下計(jì)時(shí)時(shí)間Δt；控制模塊控制K1打開，打開放電電路，關(guān)閉充電電路。電容開始放電。

步驟四：重復(fù)步驟二、三。

電壓比較器CV1和電壓比較器CV2的輸出波形被送進(jìn)控制模塊108中，控制模塊108測量電壓比較器CV1輸出的波形信號的頻率f，由于充電電流等于放電電流，所以充電時(shí)間等于放電時(shí)間，所以：Δt＝1/f/2。

由此，我們可以計(jì)算出被測電容101的電容值Cx：

ΔU＝v1-v2

Δt＝1/f/2

C×＝(充電電流I1×T)/ΔU

現(xiàn)有技術(shù)所述的固定時(shí)間的測量方法和固定電壓差的測量方法均不能自動(dòng)適應(yīng)大電容測量和小電容的測量。

比如，在所述的固定時(shí)間的測量方法下，當(dāng)充電電流一定時(shí)，設(shè)置較長的充電時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)的較大電容的準(zhǔn)確測量，但同樣的充電時(shí)間就無法滿足小電容的測量需要了。其原因在于，在同樣的充電電流下，被測電容需要的充電時(shí)間很短。充電時(shí)間過長，往往會使得被測電容兩端的電壓超出A/D轉(zhuǎn)換器輸入電壓范圍，使電容測量不準(zhǔn)確。

又比如，在所述的固定電壓差的測量方法下，當(dāng)測量小電容時(shí)，為了獲得較高的測量精度，往往設(shè)定一個(gè)較小的充電電流，但較小的充電電流，會使大電容測量的測量周期變長，甚至超出用戶等待的極限。其原因在于，在同樣的充電電流下，需要更長的充電時(shí)間，方能使大電容兩端的電壓達(dá)到設(shè)定電壓值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供了一種具有電容測量功能的測量裝置，該裝置能夠自動(dòng)適用于大電容和小電容的測量。