[发明专利]电容测量

说明书

技术领域

本发明一般涉及电容测量，尤其涉及这样一种电容测量，其中通过对未知值的电容器提供已知值的电荷包，直到确定最终电压，然后根据已知的总电荷和测量的电压计算电容。

技术背景

电容测量是测量仪器例如数字万用表的一个重要特征。被转让给Fluke公司的美国专利5073757和5136251披露了一种测量小电容和大电容的方法，其中使未知值的电容器在其RC速率下完全充电到一个参考电压，与此同时，在双斜率积分模数转换器(ADC)的存储电容器上积累与充电电流成比例的电流。小电容可以在ADC的一个积分周期内完全充电，而大电容则需要几个积分周期才能完全充电。在两种情况下，在积分ADC的存储电容器上存储的成比例的电荷在由存储的电荷的数量表示的时间间隔内在“去积分”周期期间被除去，并且测量所述的时间，从而给出电容值的指示。

技术背景

这些现有技术的电容测量技术是不满意的，这是由于其过长的测量时间，因为必须等待未知值的电容器被完全充电，从而导致提出了一种在1999，3，12申请的序列号为09/267504的待批美国专利中披露的一种电容测量系统，其中使用恒流源产生被测电容器上的线性斜率电压。这使得能够测量微分电压(ΔV)和微分时间(ΔT)，并由二者的比计算电容。虽然测量速度和精度在一个宽的测量范围内有了改进，但是使用复杂的多斜率的模数转换器收集所需的参数是一个相当慢的过程。

所有这些现有技术的方法的问题在于，因为电容值是未知的，所以付出相当多的努力搜索可以进行测量的范围。此外，尤其是在给定范围的下端，因为分辨率压缩而可能使电容值失真。

发明概述

按照本发明，提供一种用于测量电容的装置和方法，其中对未知值的电容器供应已知值的电荷包，直到确定最终电压，并且根据已知的总电荷和测量的电压计算电容。

通过结合附图阅读下面的说明，本领域技术人员可以清楚地看出本发明的其它目的特点和优点。

附图说明

图1表示用于帮助理解本发明的和电容器相关的电流和电压的关系曲线；

图2是按照本发明的电容测量系统的原理图；

图3是适用于图2的系统中的可编程的恒流源的示意图；以及

图4是表示图2的系统的操作的流程图。

本发明的详细说明

图1用于帮助理解本发明的原理，其中表示和电容器相关的电流和电压的关系。教科书上给出的电容的定义是一种电流和电压的关系i＝C de/dt，由此，电容器电压可以被定义为。这提供了对于熟知的一种概念的理解，即，如果提供给电容器的电流是恒定的，则电容器的电压随着电容器对所述恒定电流随时间积分而线性地改变。这可以由图1看出，其中在时间间隔ΔT内提供的恒定电流i产生一个斜坡电压ΔV。此外，电流在任何时间间隔内的积分是在电容器上积累的电荷Q，或者Q＝∫idt。因而，可以说，由图1的电流波形包围的面积便等于电荷Q。最后，因为Q＝CV，可以看出，如果积累的电荷Q和电容器两端的电压ΔV已知，则可以计算电容值C。

图2是按照本发明的用于测量连接在输入端12的电容器的电容值的电容测量系统的原理图。和输入端12相连的还有可编程的恒流源14，放电开关16，比较器18，以及模数转换器(ADC)20。微处理器(μP)24在操作上和所有这些装置相连，微处理器包括相关的存储器26和显示装置28。