一种简易电容值测量电路及方法技术

本发明专利技术属于电容测量技术领域，具体提供了一种简易电容值测量电路及方法，通过充电模块对采样电容进行充电，然后通过采样电容向待测电容放电，由于总电荷量保持不变，从而通过两次电压的变化及采样电容的电容值大小可以计算出待测电容的大小。同时，使用与待测电容的电容值更为接近的采样电容，可以进一步提高测量精度。本发明专利技术设计的测量电路简单高效，测量参数为稳定的直流电压，测量精度高，实用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种简易电容值测量电路及方法
本专利技术属于电容测量
，具体提供了一种简易电容值测量电路及方法，本专利技术电路结构简单，测量参数为电压值，可靠性及精度高。根据不同的采样电容，可以提高对电容测量的精度，对于需要快速测量电容值大小，具有很高的实用性。
技术介绍
对于电容值的测量，常用的方法是用恒流源给被测电容充电，根据电容两端电压与充电时间的关系，可以得到电容大小，优点是从理论上可以测量任何容值大小的电容，利于量程的扩展，缺点是需要测量电压对时间的变化率，相对比较困难，而且电容值与最终测量量成反比，可能导致误差较大。另外一种常用思路是通过555定时器测频法，由于555定时器产生的脉冲波形的频率与外接电容有关系，所以通过测量输出脉冲波形的频率可以测得电容的大小，优点是可以一次性测出电阻电容，缺点是电路调理麻烦，而且需要进行频率测量，对测量准确性要求较高，增大软件难度。针对上述情况，本专利技术一种简易电容值测量电路及方法，就可以很好的解决上述问题。将一个已知电容作为采样电容，根据电荷守恒定理，电容，电压和电荷三者之间的关系，可以得到电容值，优点是电路简单，测量方便。同时，使用与待测电容的电容值更为接近的采样电容，可以进一步提高采样精度。本专利技术设计的测量电路简单高效，测量参数为稳定的直流电压，测量精度高，实用性强。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中测量参数获取难度大、测量精度低、电路调试复杂的问题。为此，本专利技术提供了一种简易电容值测量电路，包括用于提供测量电荷的充电模块、用于切换通路的第一开关模块、用于泄放电荷的第二开关模块、用于控制及采集电压的采集控制模块、用于标定电荷量的采样电容及待测电容，其中，第一开关模块的控制管脚与采集控制模块的控制管脚相连接，同时，第一开关模块与采样电容的一端、充电模块及待测电容的一端连接，通过采集控制模块控制第一开关模块，可实现采样电容的一端与充电模块连通，或者采样电容的一端待测电容的一端连通；第二开关模块的控制管脚与采集控制模块的控制管脚相连接，同时第二开关模块分别与采样电容的一端及地线连接，通过采集控制模块控制第二开关模块，可实现采样电容的一端对地线断开，或者采样电容的一端接地；采样电容的一端与采集控制模块连接；采样电容的另一端接地；待测电容的另一端接地。上述一种简易电容值测量电路，其中，所述的采样电容为可更换电容，包含若干种不同电容值的电容，可以根据待测电容的电容值大小进行更换。由于本测量电路使用的是电荷守恒的原理，当采样电容与测量电容的电容值差异不太大时，并入待测电容后，容值约增加一倍，电压降低到原来的一半左右，对于电压检测电路而言，采集量化更简单，误差更小，所以测量电路中，尽量选择与待测电容容值接近的采样电容。上述一种简易电容值测量电路，其中，所述的第一开关模块包含继电器、三极管、二极管、第一电阻及第二电阻；三极管的基极通过第二电阻连接到采集控制模块，集电极通过第一电阻连接到电源正极，发射极连接到继电器的一个控制管脚上，继电器的另一个控制管脚接地，二极管的正极接地，负极与三极管的发射极连接；继电器的开关触点与采样电容的一端连接，继电器的常闭触点与待测电容的一端连接，继电器的常开触点与充电模块连接。这里的三极管的作用主要是来控制继电器的通断，上述给出的连接方式是针对NPN型三极管的连接电路，事实上，如果采用PNP型三极管，同样可实现上述功能。同时，上述继电器也可以使用两组电子开关来代替，分别用于采样电容与充电电源及待测电容的连接。上述一种简易电容值测量电路，所述的第二开关模块包括场效应管、第三电阻和第四电阻，场效应管的栅极通过第四电阻连接到采集控制模块，漏极通过第三电阻连接到采样电容的一端，源极接地。这里的场效应管为N沟道增强型场效应管，主要用于控制采样电容及待测电容的电荷泄放，可以使用电子开关代替。上述一种简易电容值测量电路，所述的充电模块包括稳压二极管及第五电阻，稳压二极管正极接地，负极通过第五电阻连接到电源正极，稳压二极管的负极连接到第一开关模块。上述一种简易电容值测量电路，所述的采样电容、被测电容为无极性电容或者有极性电容，有极性电容时，采样电容的一端为正极，被测电容的一端为正极，上述提到的另一端为负极。上述一种简易电容值测量电路，所述的采集控制模块至少具备模数转换部件及两个高低电压输入输出端口。模数转换部件用于测量电压值，输入输出端口用于控制第一开关模块和第二开关模块。通常情况下，具有AD模块的处理器可以用于本专利技术的采集控制模块。配合于本专利技术的测量电路，本专利技术还提供一种简易电容值测量方法，包含以下步骤，步骤（1）：泄放电荷，排除干扰；采集控制模块控制第一开关模块，使采样电容与待测电容连通；采集控制模块控制第二开关模块，使采样电容的一端接地；采集控制模块启动模数转换部件采集电压，至采集电压值平稳且趋于零，表示泄放完毕，进入下一步。步骤（2）：充电；采集控制模块控制第二开关模块，使采样电容的一端通过第二开关对地断开；采集控制模块控制第一开关模块，使采样电容与充电模块连通；采集控制模块启动模数转换部件采集电压，至采集电压值平稳，获得测量电压值V1，此时采样电容的电荷量量为Q1=C*V1（1-2）这里获得电压值可插入常规的滤波算法，使测量更加准确，进入下一步。步骤（3）：电荷重新分配；采集控制模块控制第一开关模块，使采样电容与待测电容连通，此时采样电容向待测电容充电；采集控制模块启动模数转换部件采集电压，至采集电压值平稳，获得测量电压值V2，此时采样电容的电荷量量为：Q2=C*V2+CX*V2（1-3）这里获得电压值可插入常规的滤波算法，使测量更加准确，进入下一步。步骤（4）：计算待测电容的电容值；由于在电荷重新分配的过程中，并没有其他通路消耗，因此总电荷保持不变，即Q1=Q2，所以得到待测电容的电容值计算（1-4）：CX=C*（V1-V2）/V2（1-4）进入下一步；步骤（5）：测量判定；一般测量中，电容值以十倍间距选择，这里我们电容值备选范围为1nf、10nf、100nf、1uf、10uf，可以根据不同的测量范围，选择采样电容，如果需要进一步扩大量程或者增加测量精度，可以扩大采样电容的范围；对比CX与C的值，如果在若干电容值的采用电容中，当前选择的采样电容的电容值已经是最接近待测电容的，则得到的CX即为待测电容的近似电容值，执行步骤（7）；如果在若干电容值的采用电容中，当前选择的采样电容的电容值不是最接近待测电容的，则得到的CX不是待测电容的准确电容值，继续执行步骤（6）。步骤（6）：泄放电荷，更换采样电容；采集控制模块控制第一开关模块，使采样电容与待测电容连通；采集控制模块控制第二开关模块，使采样电容的一端接地；采集控制模块启动模数转换部件采集电压，至采集电压值平稳且趋于零，表示泄放完毕；在若干电容值的采用电容中，选择与上一次测量得到的CX值最接近的采样电容，接入测量电路，重新执行步骤（2）。步骤（7）：结束测量；采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种简易电容值测量电路，包括用于提供测量电荷的充电模块（P）、用于切换通路的第一开关模块（S1）、用于泄放电荷的第二开关模块（S2）、用于控制及采集电压的采集控制模块（M）、用于标定电荷量的采样电容（C）及待测电容（CX），其特征在于：/n第一开关模块（S1）与采集控制模块（M）相连接，同时，第一开关模块（S1）与采样电容（C）的一端（a）、充电模块（P）及待测电容（CX）的一端（m）连接，通过采集控制模块（M）控制第一开关模块（S1），可实现采样电容（C）的一端（a）与充电模块（P）连通，或者采样电容（C）的一端（a）与待测电容（CX）的一端（m）连通；/n第二开关模块（S2）与采集控制模块（M）相连接，同时第二开关模块（S2）分别与采样电容（C）的一端（a）及地线连接，通过采集控制模块（M）控制第二开关模块（S2），可实现采样电容（C）的一端（a）对地线断开，或者采样电容（C）的一端（a）接地；/n采样电容（C）的一端（a）与采集控制模块（M）连接；采样电容（C）的另一端（b）接地；待测电容（CX）的另一端（n）接地。/n

【技术特征摘要】
1.一种简易电容值测量电路，包括用于提供测量电荷的充电模块（P）、用于切换通路的第一开关模块（S1）、用于泄放电荷的第二开关模块（S2）、用于控制及采集电压的采集控制模块（M）、用于标定电荷量的采样电容（C）及待测电容（CX），其特征在于：
第一开关模块（S1）与采集控制模块（M）相连接，同时，第一开关模块（S1）与采样电容（C）的一端（a）、充电模块（P）及待测电容（CX）的一端（m）连接，通过采集控制模块（M）控制第一开关模块（S1），可实现采样电容（C）的一端（a）与充电模块（P）连通，或者采样电容（C）的一端（a）与待测电容（CX）的一端（m）连通；
第二开关模块（S2）与采集控制模块（M）相连接，同时第二开关模块（S2）分别与采样电容（C）的一端（a）及地线连接，通过采集控制模块（M）控制第二开关模块（S2），可实现采样电容（C）的一端（a）对地线断开，或者采样电容（C）的一端（a）接地；
采样电容（C）的一端（a）与采集控制模块（M）连接；采样电容（C）的另一端（b）接地；待测电容（CX）的另一端（n）接地。


2.根据权利要求1所述的一种简易电容值测量电路，其特征在于：所述的采样电容（C）为可更换电容，包含若干种不同电容值的电容，可以根据待测电容的电容值大小进行更换。


3.根据权利要求1所述的一种简易电容值测量电路，其特征在于：所述的第一开关模块（S1）包含继电器（K1）、三极管（T1）、二极管（D1）、第一电阻（R1）及第二电阻（R2）；三极管（T1）的基极通过第二电阻（R2）连接到采集控制模块（M），集电极通过第一电阻（R1）连接到电源正极，发射极连接到继电器（K1）的一个控制管脚上，继电器（K1）的另一个控制管脚接地，二极管（D1）的正极接地，负极与三极管（T1）的发射极连接；继电器（K1）的开关触点（x）与采样电容（C）的一端（a）连接，继电器（K1）的常闭触点（y）与待测电容（CX）的一端（m）连接，继电器（K1）的常开触点（z）与充电模块（P）连接。


4.根据权利要求1所述的一种简易电容值测量电路，其特征在于：所述的第二开关模块（S2）包括场效应管（T2）、第三电阻（R3）和第四电阻（R4），场效应管（T2）的栅极通过第四电阻（R4）连接到采集控制模块（M），漏极通过第三电阻（R3）连接到采样电容（C）的一端（a），源极接地。


5.根据权利要求1所述的一种简易电容值测量电路，其特征在于：所述的充电模块（P）包括稳压二极管（D2）及第五电阻（R5），稳压二极管（D2）正极接地，负极通过第五电阻（R5）连接到电源正极，稳压二极管（D2）的负极连接到第一开关模块（S1）。


6.根据权利要求1所述的一种简易电容值测量电路，其特征在于：所述的第一开关模块（S1）为至少两组开关，开关分别用于接通采样电容（C）的一端（a）与充电模块（P）、采样电容（C）的一端（a）与待测电容（CX）的一端（m）。


7.根据权利要求1所述的一种简易电容值测量电路，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡斌，
申请(专利权)人：深圳市诺心信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44