本发明专利技术涉及一种测量电容的方法和装置。本装置包括四门限数字比较器、可变增益的放大器、大小可变的正负恒流源、快速模拟／数字转换器、微处理器及显示器，微处理器接受四门限数字比较器和快速模拟／数字转换器的输出信号，并输出测量结果到显示器；微处理器根据被测电容的容量选择正负恒流源和可变增益的放大器的放大倍数；通过快速模拟／数字转换器测量经过可变增益放大器放大的被测电容器上的电压，并输出测量结果到四门限数字比较器。本发明专利技术的电容测量方法，通过对被测电容的恒流正向充电和反向放电，微处理器根据正向充电和反向放电经过四门限数字比较器预定的两个门限值间的时间，以及恒流源的数值和可变增益放大器的放大倍数大小，计算并各得到一次电容值的测量结果。本发明专利技术在使用较小的充放电电流的情况下，大大减少大电容的测量时间；通过四门限数字比较器的设置，消除了电容器吸收效应对测量准确度的影响。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种测量电容的装置和方法，特别是提供适用于一种快速准确测量电容，尤其是对大电容快速测量的方法和装置。本专利技术的测量电容的方法和装置，还能有效避免电容吸收效应影响。
技术介绍
电容测量已成为测量仪器例如数字万用表的一个重要的特征。目前的电容测量技术令人不满意，不仅是由于等待未知电容器充电需要过长的测量时间，而且电容器的吸收效应影响测量准确度。提供新的测量方法，扩展电容的更大测量范围并能实现快速准确测量，是人们所希望的。 众所周知，流经电容器C的电流ic与电容器上电压UC随时间的变化率 间的关系为 或者可表示为 或 即，如果一个恒定的电流ic加到被测电容C上面，经过一个时间间隔Δt后电容器上的电压变化为ΔUC，则根据ic、Δt、ΔUC的值，可以知道被测电容器C的值。 依据这样的基本原理，已经提出了很多的电容测量方法，例如见参考文件1-5，分别为 1.US 5,461,321 Apparatus and method for measuring capacitancefrom the duration of a charge-discharge charge cycle 2.US 6,191,723 Fast capacitance measurement 3.US 6,275,047 Capacitance measurement 4.US 6,624,640 Capacitance measurement 5.US 6,683,462 Apparatus for and method of measuringcapacitance with high accuracy
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出了一种新的电容测量方法和装置，不但使得测量大电容的范围极大地扩大，测量速度大大提高，在整个测量范围内提供更高的准确度，同时还实现了对电容器吸收效应影响的消除。 本专利技术的目的还可以对被测电容器的测量，采用受控的、可选择不同大小、不同方向的恒定电流对被测电容器进行充电和放电。改变恒定电流的大小和可变增益放大器的放大倍数，可以使不同电容量的电容器的测量时间处于设计预定的范围内。 本专利技术的目的是通过如下技术方案来实现的本专利技术的装置包括可变增益的放大器、微处理器及显示器。所述微处理器接受四门限数字比较器和快速模拟/数字转换器的输出的信号，输出测量和处理结果到所述显示器；所述微处理器根据被测电容的电容量选择正负恒流源的大小和可变增益的放大器的放大倍数，并通过所述快速模拟/数字转换器测量经可变增益的放大器放大的被测电容器上的电压值，把此电压数值连接到所述四门限数字比较器。 本专利技术所述的四门限数字比较器可以设定不同四个门限值组合，改变电容测量时的充、放电门限，即测量电容值所取的电压变化范围，同时也改变电容测量时的偏置电压。 本专利技术所述快速模拟/数字转换器把被测电容上的电压经过所述可变增益的放大器放大后快速转换成数字量，送到所述四门限数字比较器与四个预设的门限值进行数字比较，把比较结果送到微处理器进行处理。所述快速模拟/数字转换器的输出分别与四个不同的数字值进行比较，四个不同的数字值分别设定充电数字门限值V1，放电数字门限值V2作为充放电门限；在V1与V2之间设定V3和V4两个数字门限值作为测量被测电容充放电时间的区间。所述快速模拟/数字转换器测量经过可变增益放大器放大后的被测电容器上的电压，输出测量结果给所述四门限数字比较器，所述四门限数字比较器把比较结果送所述微处理器进行处理，所述微处理器在放电达到V1和充电达到V2两个数字门限值时改变恒流源的方向从而实现在充、放电之间转换；所述微处理器对充电或放电处于V3和V4两个数字门限值间的时间间隔进行测量，计算出被测电容的容量大小，并进行显示。 本专利技术所述正负恒流源受所述微处理器的控制输出不同大小、方向的恒定电流。 本专利技术的电容测量方法，在测量开始阶段，可以自动快速选择电容测量量程，根据被测电容的电容量选择所述正负恒流源的大小和所述可变增益的放大器的放大倍数；所述可变增益的放大器和正负恒流源的组合改变和确定测量电容的量程；所述微处理器对所述四门限数字比较器设置充、放电的门限值V1和V2，改变电容测量时充电和放电的电压门限值和偏置电压值；所述快速模拟/数字转换器向所述四门限数字比较器和所述微处理器提供测量经可变增益的放大器放大的电容上电压的数据；通过对被测电容的恒流正向充电和反向放电，所述微处理器根据正向充电和反向放电经过四门限数字比较器预定的两个门限值V3和V4间的时间，以及恒流源的数值大小，计算并各得到一次电容值的测量结果。 本专利技术所述微处理器设定所述的四门限数字比较器的四个门限值组合，改变电容测量时的充、放电门限，以及实际测量电容值所取的充、放电电压变化区间。改变电容测量时的充、放电门限的同时，也改变了电容测量时的偏置电压。所述的快速模拟/数字转换器把经过所述可变增益的放大器放大后的被测电容上的电压快速转换成数字量，送到四门限数字比较器与四个预设的门限进行数字比较，把比较结果送到微处理器进行处理。所述可变增益的放大器把电容上的电压放大到快速模拟/数字转换器测量的范围。 本专利技术在使用较小的充放电电流的情况下，配合低噪声可变增益放大器的放大作用，可以使测量大电容时呈现的较小的充、放电电压放大，以适合快速模拟/数字转换器的工作范围和四门限数字比较器的工作范围；在较小的充放电电流的情况下，可以大大缩短大电容测量的时间，例如使测量1法拉的大电容的时间缩短到只需要用0.5秒，甚至于把测量10法拉的电容的测量时间也可以缩短到1秒。这是前所未见的速度。利用快速模拟/数字转换器和四门限数字比较器可以在充电和放电时段各获得一次电容量测量的结果，进一步提高了测量速度。 本专利技术设置的四门限数字比较器，可以使快速模拟/数字转换器的输出分别与四个不同的数字值进行比较，这四个不同的数字值可以根据测量的需要进行设定。分别设定充电数字门限值V1，放电数字门限值V2作为充放电门限；在V1与V2之间设置V3和V4两个数字门限值作为测量被测电容充放电时间的区间，使V3和V4两个数字门限值的选择避开电容吸收效应影响的范围。 本专利技术中快速模拟/数字转换器测量经过可变增益放大器放大后的被测电容器上的电压数值，提供给四门限数字比较器，比较结果送微处理器进行处理，微处理器决定充、放电的改变时刻，以及对充电或放电处于V3和V4两个数字门限值间的时间间隔进行测量，根据所用的充、放电的电流和这些时间间隔的大小，可以计算出被测电容的容量大小，并显示。 本专利技术在电容测量的起始阶段，用快速模拟/数字转换器快速测量，得到很短时间间隔内电容上的电压变化值，为微处理器选定合适的充、放电电流和可变增益的放大器的放大倍数提供依据，从而实现快速自动量程选择。 使用取样电阻和模拟/数字转换器对充放电电流进行测量，可以更精确地得到充放电电流的准确值，使电容测量计算结果更准确。 微处理器的作用为 1)接受AD转换器的输出数据，判别和选择合适的电容测量量程； 2)接受AD转换器的输出数据，也可以接受四门限比较器比较的结果，在分本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电容测量装置，包括可变增益的放大器、微处理器及显示器，其特征在于所述微处理器接收四门限数字比较器和快速模拟／数字转换器的输出信号，并输出经处理的测量结果到所述显示器；所述微处理器根据被测电容的容量选择正负恒流源大小和所述可变增益的放大器的放大倍数，并通过所述快速模拟／数字转换器测量经所述可变增益的放大器放大的被测电容器上的电压；所述快速模拟／数字转换器的测量结果输出到所述四门限数字比较器。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：臧佳菁，臧玉伦，
申请(专利权)人：臧佳菁，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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