[发明专利]一种具有电容测量功能的测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及测量装置领域，特别是涉及到电容测量装置领域。

背景技术

现有技术中，为了提高小电容测量的精度和大电容测量的速度，采用了许多种测量方法。

在中国专利申请《镜像恒流源测电容的方法》(公开号为101082644A)中，介绍了一种电容测量方法。如图1所示，测量装置1包括依次串联连接的被测电容101、镜像恒流源充放电模块102、电压检测模块107、控制模块108和时钟发生器109，镜像恒流源充放电模块102中包括恒流源103、充放电电路104、镜像电路105和充放电开关控制电路106。该专利说明书中公开了两种实施方式。在这两个实施例中充放电开关控制电路106由可控开关K1构成。

一种实施方式是固定充电时间的测量方法，控制模块108通过测量被测电容101的充电以前的电压和充电以后的电压的差值，从而计算出电容值。整个测量过程包括充电期间、放电期间。完成一个充、放电的周期就可以测出被测电容101的电容值。其中电压检测模块107由A/D转换器构成。

步骤一：充电期间，控制模块108控制K1打开，打开充电电路，关闭放电电路。同时控制模块108开始计时。

步骤二：计时器计到一定时间T的时候，计时器复位清零，重新开始计时。控制模块108控制K1闭合，关闭充电电路，打开放电电路。并同时通过A/D转换器，读取此时被测电容上的电压值v1。

步骤三：计时器计到一定时间T的时候，计时器复位清零，重新开始计时。控制模块108控制K1打开，打开充电电路，关闭放电电路。并同时通过A/D转换器，读取此时电容上的电压值v2。

由此，我们可以计算出被测电容101的电容值Cx：

ΔU＝|v2-v1|

C×＝(充电电流I1×T)/ΔU

重复上述的步骤二、步骤三，可以进行周期性的测量。

因为这种方法充、放电时间短，所以十分适用于对大的电容的测量。

另一种实施方式是固定电压差的测量方法，控制模块108通过被测电容101上的电压从预置电压值v1变化到预置电压值v2的时间Δt，从而计算出被测电容值。其中电压检测模块107由电压比较器CV1和电压比较器CV2构成。

步骤一：放电步骤。控制模块108控制K1打开，打开放电电路，关闭充电电路。电容开始放电。当电容上的电压小于等于比较电压v2的时候，电压比较器CV2的输出电平翻转；

步骤二：当电容上的电压小于等于比较电压v2的时候，电压比较器CV2的输出电平翻转，控制模块108检测到CV2输出电平的变化，控制模块108控制K1闭合，打开充电电路，关闭放电电路。电容开始充电。同时，控制模块108开始计时。

步骤三：当电容上的电压大于等于比较电压v1的时候，电压比较器CV1的输出电平翻转；控制模块108检测到电压比较器CV1的输出电平翻转，停止计时，记录下计时时间Δt；控制模块控制K1打开，打开放电电路，关闭充电电路。电容开始放电。

步骤四：重复步骤二、三。

电压比较器CV1和电压比较器CV2的输出波形被送进控制模块108中，控制模块108测量电压比较器CV1输出的波形信号的频率f，由于充电电流等于放电电流，所以充电时间等于放电时间，所以：Δt＝1/f/2。

由此，我们可以计算出被测电容101的电容值Cx：

ΔU＝v1-v2

Δt＝1/f/2

C×＝(充电电流I1×T)/ΔU

现有技术所述的固定时间的测量方法和固定电压差的测量方法均不能自动适应大电容测量和小电容的测量。

比如，在所述的固定时间的测量方法下，当充电电流一定时，设置较长的充电时间，可以实现的较大电容的准确测量，但同样的充电时间就无法满足小电容的测量需要了。其原因在于，在同样的充电电流下，被测电容需要的充电时间很短。充电时间过长，往往会使得被测电容两端的电压超出A/D转换器输入电压范围，使电容测量不准确。

又比如，在所述的固定电压差的测量方法下，当测量小电容时，为了获得较高的测量精度，往往设定一个较小的充电电流，但较小的充电电流，会使大电容测量的测量周期变长，甚至超出用户等待的极限。其原因在于，在同样的充电电流下，需要更长的充电时间，方能使大电容两端的电压达到设定电压值。

发明内容

本发明的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，提供了一种具有电容测量功能的测量装置，该装置能够自动适用于大电容和小电容的测量。