[发明专利]电容测量装置及其方法

说明书

技术领域

本发明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。本发明 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。

背景技术

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i_c与电容器上电压U_C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i_c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ΔU_C，则根据i_c、Δt、ΔU_C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 capacitance from 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 measuring capacitance with high accuracy

发明内容

本发明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。

本发明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。

本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：本发明的装置包括 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。

本发明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。

本发明所述快速模拟/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。

本发明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。