[實用新型]多量程電容測量電路及裝置

有效

• 申請號: 201720301830.7
• 申請日: 2017-03-24
• 公開（公告）號: CN206684234U
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 楚錦霞;張升義;屠禮芬;李衛中;肖永軍;方天紅
• 申請（專利權）人: 湖北工程學院
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26;G01R15/08
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙)11371
• 代理人: 唐維虎

技術領域

本實用新型涉及電容測量技術領域，具體而言，涉及一種多量程電容測量電路及裝置。

背景技術

隨著超精密制造及精密儀器和現代工業信息技術的發展，在測量領域中，電容效應是一個基本的測量對象。通過極板電容器的電容量測量可以獲得極板間電介質材料的介電常數、極板間距等重要參數，在化工、農業、材料、機械、過程控制以及管道檢測等領域有著廣泛的應用。目前常用的電容測量儀器，大多是模擬電路，如電橋電路等，其測量方法主要是通過電感耦合交流電橋、雙T網絡等，其能實現較為精密的電容測量，但是交流電橋測量時，待測電容與標準電容間容值相差較大時，會造成一定的非線性，導致電容測量誤差增大，因此，其無法滿足大量程范圍的電容測量需求。

實用新型內容

有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種多量程電容測量電路及裝置，以解決上述問題。

為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案：

一種多量程電容測量電路，包括方波產生電路、波形整形電路、單片機最小系統及顯示器，所述方波產生電路包括NE555芯片、電阻網絡和參考電容，所述單片機最小系統包括電性連接的單片機、時鐘電路、復位電路和擴展按鍵，所述電阻網絡包括電阻矩陣及與所述電阻矩陣連接的第一多路開關，所述電阻矩陣包括多個阻值不同的電阻，所述第一多路開關包括多個與所述電阻一一連接的第一開關及控制多個所述第一開關的第一控制芯片，多個所述電阻并聯；

待測電容的一端與所述NE555芯片的2引腳和6引腳連接、另一端接地，所述電阻網絡的一端與所述NE555芯片的2引腳和6引腳連接、另一端與電源連接，所述第一多路開關的第一控制芯片與所述單片機連接，所述參考電容的一端與所述NE555芯片的5引腳連接、另一端接地，所述NE555芯片的8引腳和4引腳與所述電源連接，所述NE555芯片的3引腳與所述波形整形電路連接，所述單片機最小系統與所述波形整形電路和所述顯示器分別連接；

所述單片機控制所述第一控制芯片選擇閉合不同的所述第一開關，繼而改變所述電阻矩陣接入的電阻，從而調整所述多量程電容測量電路的量程。

可選地，所述方波產生電路還包括誤差補償模塊，所誤差補償模塊包括電容矩陣及與所述電容矩陣連接的第二多路開關，所述電容矩陣包括多個電容值不同的標準電容，所述第二多路開關包括多個與所述標準電容一一對應的第二開關及控制多個所述第二開關的第二控制芯片，多個所述標準電容并聯；

所誤差補償模塊一端與所述NE555芯片的2引腳和6引腳連接、另一端接地，所述第二多路開關的第二控制芯片與所述單片機連接；

所述單片機預存有與多個所述標準電容一一對應的理論脈沖頻率，所述單片機控制所述第二控制芯片選擇閉合不同的所述第二開關，繼而改變所述電容矩陣接入的標準電容，獲得多個實際脈沖頻率，根據實際脈沖頻率與所述理論脈沖頻率的函數關系進行誤差補償。

可選地，所述第一多路開關和所述第二多路開關為單8通道數字控制模擬電子開關CD4051。

可選地，所述方波產生電路的輸出頻率范圍為500Hz到50KHz之間。

可選地，所述電阻矩陣包括八個所述電阻，其中，六個所述電阻的阻值分別為14Ω、140Ω、1.4KΩ、14KΩ、140KΩ和1.4MΩ。

可選地，所述電容矩陣包括八個電容值不同的標準電容，八個所述標準電容的電容值分別為20pF、100pF、500pF、5nF、50nF、500nF、5uF和50uF。

可選地，所述波形整形電路包括六路施密特觸發反向器74LS14。

可選地，所述單片機采用LQFP-44封裝的STC12C5A60S2。

一種多量程電容測量裝置，所述多量程電容測量裝置包括封裝外殼、PCB板和上述的多量程電容測量電路，所述封裝外殼是由頂面、底面、第一側面、第二側面、第三側面、和第四側面圍合而成的立方體結構，所述方波產生電路、波形整形電路、單片機最小系統通過PCB板連接并設置在所述封裝外殼內，所述顯示器和擴展按鍵設置于所述頂面；

所述第三側面上設置有第一引腳和第二引腳，所述第一引腳與所述NE555芯片的2引腳和6引腳分別連接，所述第二引腳接地，所述待測電容通過所述第一引腳和第二引腳連接在所述NE555芯片的2引腳和6引腳與地之間；

所述第二側面開設有多個第一散熱孔，所述第四側面開設有多個第二散熱孔，所述多個第二散熱孔與所述多個第一散熱孔相對設置，所述第一側面設置有充電接頭。