[發明專利]一種小電容高精度簡易測量方法

無效

• 申請號: 201210389573.9
• 申請日: 2012-11-28
• 公開（公告）號: CN103837747A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 劉耀峰;劉宏建;陳曉輝
• 申請（專利權）人: 北京九純健科技發展有限公司
• 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

技術領域

本發明涉及一種小電容，高精度簡易測量方法，尤其是能對百皮法級電容進行精密測量，測量精度可到0.01pF，采用單片機的定時器對比較捕捉到的信號的時間進行數學計算，求算出電容容值的電容測量方法。

背景技術：

目前，公知的電容測量方法一般由參考振蕩器電路、參考電容、測量震蕩電路、信號濾波放大電路、ad模數轉換電路、單片機出來電路、顯示電路等構成。

存在的缺點如下：

缺點1：電路繁瑣，調試復雜，產品硬件成本和人工生產成本高。

缺點2：電容測量電路對電路元件要求溫票小，精密度高，但對于震蕩測量電路要做到溫漂小很難做到，同時成本會增加幾倍到幾十倍。?

發明內容

本發明的目的是提供一種電路簡單，調試方便，溫度對測量精度影響小的，能小電容高精度測量方法，該方法電路簡單，使用元件少，數字化調試，對元件溫漂系數要求低，只需要一個關鍵元件選用溫漂小的器件即可實現小電容的高精度測量，數據輸出。可以方便產品批量化生產標定，降低產品整體成本。

本發明采用下述技術方案：

一種小電容高精度簡易測量方法：利用單片機自帶比較器管腳電壓捕捉功能，對被測電容進行放電，然后捕捉充電電壓，記錄充電時間，計算出電容容值。其特征是：選用自帶比較器的單片機；利用比較器管腳對被測電容進行放電和電壓捕捉，通過單片機程序實現定時、計算放電時間、標定并計算出被測電容值。

具體實現方法是：利用單片機自帶比較器管腳電壓捕捉功能，先將該管腳設成輸出狀態，同時輸出低電平，對被測電容進放電，然后設置該管腳為電壓捕捉功能，同時清零定時器開始計時。此時外部電路供電電壓（V=5v）對被測電容進行充電。當被測電容充電到單片機內設定參考電壓(3.75V)時，被管腳捕捉到后進入中斷處理程序，停止計時器，記錄下充電時間t，根據以下公式計算出電容容值。

???RC電路充放電方程：

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?式中，令Us為電路供電電壓（V=5V），即電路達到穩態時的值。

R為充電電阻；

C為被測電容；

e為自然對數的底數=2.718281828459??

?????????uc(t)為單片機捕捉管腳所設定的參考電壓(3.75V)

????????t為被測電容充電到(3.75V)所記錄時間

本發明的有益效果是：

可采用6個普通級別低成本元件實現百皮法級電容進行精密測量，可精確測量到0.01pF。

附圖說明：

下面結合附圖和實施實例對本發明進一步說明。

圖1是本發明的功能實現的電氣原理圖。

圖1中，R1為1/8W、5%精度、50ppm0805封裝10K電阻，單片機復位電阻；

R2為1/8W、1%精度、50ppm0805封裝電容充電電阻，該電阻阻值根據被測電容大小選取；

U1為被測電容（0-500pF）；

JP1為單片機PIC16F688，SOP14封裝；

Y1為11.0592M晶振；

C1、C2為30pF電容。

具體實施方式：

利用單片機自帶比較器管腳電壓捕捉功能，先將單片機C1IN-管腳設成輸出狀態，同時輸出低電平，對被測電容進放電，然后設置該管腳為比較器電壓捕捉功能，設置比較電壓為3.75V，同時清零定時器開始計時。此時供電電壓（V=5v）通過充電電阻R2對被測電容U1進行充電。當被測電容U1充電電壓升到到單片機內設定參考電壓(3.75V)時，被C1IN管腳捕捉到后，單片機進入電容采集中斷處理程序，停止計時器，記錄下充電時間t，根據以下公式計算出電容容值放到單片機內部緩存器中。然后退出電容采集中斷程序，準備進入下次電容采集過程，如此循環。

由RC電路充放電方程：

?????????????????????????????????

可得：

?式中，令Us為電路供電電壓（V=5v），即電路達到穩態時的值。

R為充電電阻；

C為被測電容；

e為自然對數的底數=2.718281828459?；

?????????uc(t)為單片機比較捕捉管腳所設定的參考電壓(3.75V)；

?????????t為被測電容充電到(3.75)所記錄時間；

則：