[發明專利]一種簡易電容值測量電路及方法

在審

• 申請號: 202010624104.5
• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111650443A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 蔡斌
• 申請（專利權）人: 深圳市諾心信息科技有限公司
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 西安智萃知識產權代理有限公司 61221
• 代理人: 張蓓

本發明屬于電容測量技術領域，具體提供了一種簡易電容值測量電路及方法，通過充電模塊對采樣電容進行充電，然后通過采樣電容向待測電容放電，由于總電荷量保持不變，從而通過兩次電壓的變化及采樣電容的電容值大小可以計算出待測電容的大小。同時，使用與待測電容的電容值更為接近的采樣電容，可以進一步提高測量精度。本發明設計的測量電路簡單高效，測量參數為穩定的直流電壓，測量精度高，實用性強。

技術領域

本發明屬于電容測量技術領域，具體提供了一種簡易電容值測量電路及方法，本發明電路結構簡單，測量參數為電壓值，可靠性及精度高。根據不同的采樣電容，可以提高對電容測量的精度，對于需要快速測量電容值大小，具有很高的實用性。

背景技術

對于電容值的測量，常用的方法是用恒流源給被測電容充電，根據電容兩端電壓與充電時間的關系，可以得到電容大小，優點是從理論上可以測量任何容值大小的電容，利于量程的擴展，缺點是需要測量電壓對時間的變化率，相對比較困難，而且電容值與最終測量量成反比，可能導致誤差較大。另外一種常用思路是通過555定時器測頻法，由于555定時器產生的脈沖波形的頻率與外接電容有關系，所以通過測量輸出脈沖波形的頻率可以測得電容的大小，優點是可以一次性測出電阻電容，缺點是電路調理麻煩，而且需要進行頻率測量，對測量準確性要求較高，增大軟件難度。

針對上述情況，本發明一種簡易電容值測量電路及方法，就可以很好的解決上述問題。將一個已知電容作為采樣電容，根據電荷守恒定理，電容，電壓和電荷三者之間的關系，可以得到電容值，優點是電路簡單，測量方便。同時，使用與待測電容的電容值更為接近的采樣電容，可以進一步提高采樣精度。本發明設計的測量電路簡單高效，測量參數為穩定的直流電壓，測量精度高，實用性強。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中測量參數獲取難度大、測量精度低、電路調試復雜的問題。

為此，本發明提供了一種簡易電容值測量電路，包括用于提供測量電荷的充電模塊、用于切換通路的第一開關模塊、用于泄放電荷的第二開關模塊、用于控制及采集電壓的采集控制模塊、用于標定電荷量的采樣電容及待測電容，其中，第一開關模塊的控制管腳與采集控制模塊的控制管腳相連接，同時，第一開關模塊與采樣電容的一端、充電模塊及待測電容的一端連接，通過采集控制模塊控制第一開關模塊，可實現采樣電容的一端與充電模塊連通，或者采樣電容的一端待測電容的一端連通；第二開關模塊的控制管腳與采集控制模塊的控制管腳相連接，同時第二開關模塊分別與采樣電容的一端及地線連接，通過采集控制模塊控制第二開關模塊，可實現采樣電容的一端對地線斷開，或者采樣電容的一端接地；采樣電容的一端與采集控制模塊連接；采樣電容的另一端接地；待測電容的另一端接地。

上述一種簡易電容值測量電路，其中，所述的采樣電容為可更換電容，包含若干種不同電容值的電容，可以根據待測電容的電容值大小進行更換。由于本測量電路使用的是電荷守恒的原理，當采樣電容與測量電容的電容值差異不太大時，并入待測電容后，容值約增加一倍，電壓降低到原來的一半左右，對于電壓檢測電路而言，采集量化更簡單，誤差更小，所以測量電路中，盡量選擇與待測電容容值接近的采樣電容。

上述一種簡易電容值測量電路，其中，所述的第一開關模塊包含繼電器、三極管、二極管、第一電阻及第二電阻；三極管的基極通過第二電阻連接到采集控制模塊，集電極通過第一電阻連接到電源正極，發射極連接到繼電器的一個控制管腳上，繼電器的另一個控制管腳接地，二極管的正極接地，負極與三極管的發射極連接；繼電器的開關觸點與采樣電容的一端連接，繼電器的常閉觸點與待測電容的一端連接，繼電器的常開觸點與充電模塊連接。這里的三極管的作用主要是來控制繼電器的通斷，上述給出的連接方式是針對NPN型三極管的連接電路，事實上，如果采用PNP型三極管，同樣可實現上述功能。同時，上述繼電器也可以使用兩組電子開關來代替，分別用于采樣電容與充電電源及待測電容的連接。