[实用新型]多量程电容测量电路及装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及电容测量技术领域，具体而言，涉及一种多量程电容测量电路及装置。

背景技术

随着超精密制造及精密仪器和现代工业信息技术的发展，在测量领域中，电容效应是一个基本的测量对象。通过极板电容器的电容量测量可以获得极板间电介质材料的介电常数、极板间距等重要参数，在化工、农业、材料、机械、过程控制以及管道检测等领域有着广泛的应用。目前常用的电容测量仪器，大多是模拟电路，如电桥电路等，其测量方法主要是通过电感耦合交流电桥、双T网络等，其能实现较为精密的电容测量，但是交流电桥测量时，待测电容与标准电容间容值相差较大时，会造成一定的非线性，导致电容测量误差增大，因此，其无法满足大量程范围的电容测量需求。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种多量程电容测量电路及装置，以解决上述问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种多量程电容测量电路，包括方波产生电路、波形整形电路、单片机最小系统及显示器，所述方波产生电路包括NE555芯片、电阻网络和参考电容，所述单片机最小系统包括电性连接的单片机、时钟电路、复位电路和扩展按键，所述电阻网络包括电阻矩阵及与所述电阻矩阵连接的第一多路开关，所述电阻矩阵包括多个阻值不同的电阻，所述第一多路开关包括多个与所述电阻一一连接的第一开关及控制多个所述第一开关的第一控制芯片，多个所述电阻并联；

待测电容的一端与所述NE555芯片的2引脚和6引脚连接、另一端接地，所述电阻网络的一端与所述NE555芯片的2引脚和6引脚连接、另一端与电源连接，所述第一多路开关的第一控制芯片与所述单片机连接，所述参考电容的一端与所述NE555芯片的5引脚连接、另一端接地，所述NE555芯片的8引脚和4引脚与所述电源连接，所述NE555芯片的3引脚与所述波形整形电路连接，所述单片机最小系统与所述波形整形电路和所述显示器分别连接；

所述单片机控制所述第一控制芯片选择闭合不同的所述第一开关，继而改变所述电阻矩阵接入的电阻，从而调整所述多量程电容测量电路的量程。

可选地，所述方波产生电路还包括误差补偿模块，所误差补偿模块包括电容矩阵及与所述电容矩阵连接的第二多路开关，所述电容矩阵包括多个电容值不同的标准电容，所述第二多路开关包括多个与所述标准电容一一对应的第二开关及控制多个所述第二开关的第二控制芯片，多个所述标准电容并联；

所误差补偿模块一端与所述NE555芯片的2引脚和6引脚连接、另一端接地，所述第二多路开关的第二控制芯片与所述单片机连接；

所述单片机预存有与多个所述标准电容一一对应的理论脉冲频率，所述单片机控制所述第二控制芯片选择闭合不同的所述第二开关，继而改变所述电容矩阵接入的标准电容，获得多个实际脉冲频率，根据实际脉冲频率与所述理论脉冲频率的函数关系进行误差补偿。

可选地，所述第一多路开关和所述第二多路开关为单8通道数字控制模拟电子开关CD4051。

可选地，所述方波产生电路的输出频率范围为500Hz到50KHz之间。

可选地，所述电阻矩阵包括八个所述电阻，其中，六个所述电阻的阻值分别为14Ω、140Ω、1.4KΩ、14KΩ、140KΩ和1.4MΩ。

可选地，所述电容矩阵包括八个电容值不同的标准电容，八个所述标准电容的电容值分别为20pF、100pF、500pF、5nF、50nF、500nF、5uF和50uF。

可选地，所述波形整形电路包括六路施密特触发反向器74LS14。

可选地，所述单片机采用LQFP-44封装的STC12C5A60S2。

一种多量程电容测量装置，所述多量程电容测量装置包括封装外壳、PCB板和上述的多量程电容测量电路，所述封装外壳是由顶面、底面、第一侧面、第二侧面、第三侧面、和第四侧面围合而成的立方体结构，所述方波产生电路、波形整形电路、单片机最小系统通过PCB板连接并设置在所述封装外壳内，所述显示器和扩展按键设置于所述顶面；

所述第三侧面上设置有第一引脚和第二引脚，所述第一引脚与所述NE555芯片的2引脚和6引脚分别连接，所述第二引脚接地，所述待测电容通过所述第一引脚和第二引脚连接在所述NE555芯片的2引脚和6引脚与地之间；

所述第二侧面开设有多个第一散热孔，所述第四侧面开设有多个第二散热孔，所述多个第二散热孔与所述多个第一散热孔相对设置，所述第一侧面设置有充电接头。