CN104375010A - 一种测量陶瓷电容器在高压(dc≤3kv)下电容量的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量陶瓷电容器在高压(DC≤3KV)下电容量的装置，包括高压电源、容量测试仪、被测陶瓷电容器C_X、控制单元、放电回路、保护回路以及隔直流大电容C₀，高压电源提供0--3KV直流高压施加在被测电容C_X的两端，隔离电容C₀与被测电容C_X串接构成串联回路，容量测试仪的两个输入端并接有保护回路以保证容量测试仪两端的电压不得高于5V(DC)；测试结束后由控制单元控制继电器通过放电回路对被测电容C_X两端放电泄放掉已存储的电能。本发明采用“大电容串联”的方案成功地测试陶瓷电容器在直流高压(V_DC≤3KV)状态下的实际电容值。成本低廉、易于操作、安全可靠。

Description

一种测量陶瓷电容器在高压(DC≤3KV)下电容量的装置

一、技术领域

本发明涉及一种测量陶瓷电容器在高压(DC≤3KV)下电容量的装置，具体是陶瓷电容器在高压状态下实际电容量的测量，属无线电测量领域。 

二、背景技术

陶瓷电容器的主要参数为额定容量，它的测量是在25℃、电压1.0V±0.1Vrms、频率1KHz或1MHz的条件下测出的，此容量值也叫静态容量。目前市场上比较成熟的此类容量测试仪很多，国外以美国安捷伦公司为代表，国内以常州同惠电子为代表。常用的电容测试仪，测试电压为1V±0.2Vrms，被测电容并接在测试夹具两端，如果在电容器上直接施加直流电压：电压较低时(V_DC＜10V)会使测试值出现很大的偏差；电压较高时(V_DC＞10V)测试仪器必然会发生击穿或毁坏。很明显，直接加压难以实现电容器电容量的在线测试。 

随着陶瓷电容器应用领域的不断扩展，使用方经常会寻求陶瓷电容器在加上电压时(即在实际应用线路中，电压范围0～3KV)的容量值，电容器制造厂家苦于没有现成的测试仪器进行测量，难以提供令人信服的数据。 

三、发明的内容 

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种采用“大电容串联”的方案选用现有的容量测试仪、高压直流电源、控制单元以及高压放电和高压保护回路组合而成的测试装置可以较为准确地测试出陶瓷电容器在直流高压(V_DC≤3KV)状态下的实际容量值的一种测量陶瓷电容器在高压(DC≤3KV)下电容量的装置。 

要实现本发明在高直流电压状态下的电容测试，必须解决三个问题： 

1、施加在被测电容器上的高压被隔断，保证电容测试仪正常工作； 

2、使正常测得的电容量数据与被测电容之间存在某种关联关系，从而间接求得电容器的在线容量值。为了方便使用最好能够直接读取被测电容器的在线容量值且其 误差不得大于±2％； 

3、测试过程必须有高压保护，测试结束必须有放电回路以释放能量。 

本发明的思路是：它由高压电源、容量测试仪、控制单元、放电回路、保护回路以及隔直流大电容构成。其中高压电源提供直流高压(0～3KV)施加在被测电容C_X的两端，具体电压值根据测试需要通过高压电源输出；隔离电容C₀与C_X串接构成串联回路，回路电容Cn可由容量测试仪直接读出(当C₀＞＞C_X时，回路电容Cn约等于被测电容C_X)；测量过程中容量测试仪的两个输入端并接有保护回路以保证容量测试仪两端的电压不得高于5V(DC)；测试结束后由控制单元控制继电器通过放电回路对C_X两端放电泄放掉已存储的电能。 

本发明采用一只已知大电容与被测电容串联，大电容能够隔断直流使电容测试仪正常工作而测出回路的总电容。再通过两个串联电容总容量的计算公式间接得出被测电容的电容量。例如采用大电容的电容量为C₀，被测电容容量为C_X，那么回路总电容其中C₀为已知，C_n可以正常测出，C_X即可求出。在本发明的实际制作中，已知电容C₀＞＞C_X时，仪表读出的总容量值就近似等于被测的电容值(即C_n≈C_X)。经过理论计算可以验证被测电容实际值和回路总电容值(容量测试仪显示值)相差≤±2％。 

为实现本发明的目的，采用如下技术方案：一种测量陶瓷电容器在高压(DC≤3KV)下电容量的装置，包括高压电源、容量测试仪、控制单元、放电回路、保护回路以及隔直流大电容，高压电源提供0--3KV直流高压施加在被测电容C_X的两端，具体电压值根据测试需要通过高压电源输出；隔离电容C₀与被测电容C_X串接构成串联回路，回路电容Cn可由容量测试仪直接读出，当C₀＞＞C_X时，回路电容Cn约等于被测电容C_X；容量测试仪的两个输入端并接有保护回路以保证容量测试仪两端的电压不得高于5V(DC)；测试结束后由控制单元控制继电器通过放电回路对被测电容C_X两端放电泄放掉已存储的电能；所述的保护线路由两只二极管D1、D2反并 联，同时并联一个瞬态二极管TVS，所述的二极管D1、D2为两只肖特基二极管HER607；所述的放电回路选用高压继电器KM1和串接泄放电阻R构成放电回路；所述的控制单元由开关电源、定时器以及控制继电器组成，控制继电器的两端分别连接高压电源和放电回路；所述的隔直流大电容C₀最佳范围值为1.1μF≤C₀≤11μF，具体分档的最佳范围为： 

园板电容1.1μF≤C₀≤4.7μF(被测范围1PF～10000PF)； 

片式电容4.7μF≤C₀≤11μF(被测范围10nF～100nF)。 

本发明已知大电容(额定电压为5KV的CHM高压、复合介质脉冲电容器：具有正的温度系数、且自愈性好)采用以上方案制作的在线容量测试装置，对于陶瓷电容器(圆板式pF级、片式多层nF级)在高压直流状态下测试是适合的，其实测值(直接读出)与实际值误差±2％之内(而电容器的K、M级误差分别为±10％、±20％)，有效且低成本的解决了问题。 

四、附图说明

附图1为本发明的结构图。 

附图2为本发明的保护线路电路图。 

附图3为本发明的放电回路电路图。 

附图4为本发明的控制单元的示意图。 

五、具体实施方式

下面结合附图及实施例来对本发明做进一步说细描述。 

参照附图，本发明一种测量陶瓷电容器在高压(DC≤3KV)下电容量的装置，包括高压电源1、容量测试仪2、被测陶瓷电容器C_X、控制单元3、放电回路4、保护回路5以及隔直流大电容C₀，高压电源1提供0--3KV直流高压施加在被测电容C_X的两端，具体电压值根据测试需要通过高压电源输出；隔离电容C₀与被测电容C_X串接构成串联回路，回路电容Cn可由容量测试仪直接读出，当C₀＞＞C_X时，回路电 容Cn约等于被测电容C_X；容量测试仪2的两个输入端并接有保护回路5以保证容量测试仪两端的电压不得高于5V(DC)；测试结束后由控制单元3控制继电器通过放电回路4对被测电容C_X两端放电泄放掉已存储的电能；所述的保护线路5由两只二极管D1、D2反并联，同时并联一个瞬态二极管TVS，所述的二极管D1、D2为两只肖特基二极管HER607；所述的放电回路4选用高压继电器KM1和串接泄放电阻R构成放电回路；所述的控制单元3由开关电源6、定时器7以及控制继电器8组成，控制继电器8的两端分别连接高压电源1和放电回路4；所述的隔直流大电容C₀最佳范围值为1.1μF≤C₀≤11μF，具体分档的最佳范围为： 

园板电容1.1μF≤C₀≤4.7μF(被测范围1PF～10000PF)； 

片式电容4.7μF≤C₀≤11μF(被测范围10nF～100nF)。 

实施例中采用的相关仪器、线路的主要功能及参数如下： 

容量测试仪：安捷伦(Agilent)4263B 

1)测量参数：L、C、R等 

2)基本测量精度：0.1％ 

3)测试频率：1KHz、1MHz 

4)内部直流偏置：1.5VDC和2VDC 

高压直流电源：HV～502P200 

1)输出电压：0～5000VDC，共地输出 

2)输出电流：200MA 

3)具有过压、过流保护功能 

保护线路：主要是保护容量测试仪不能有高电压的冲击，否则将损坏仪表。采用两只肖特基二极管HER607反并联，同时并联一个瞬态二极管具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低等特点，可靠的将测试仪表测试端电压箱停在5VDC以下，保护电容测试仪不受高电压的冲击。 

放电回路：选用高压继电器和串接泄放电阻构成放电回路。通过控制单元在测试完成后对试品的高端通过泄放电阻对地放电。 

控制单元：控制单元由开关电源、定时器(测试时间的设定)以及控制继电器组成。主要控制高压电源的高压输出以及放电回路的工作状态。 

1、陶瓷圆板电容器(容量范围1PF～10000PF即0.001nF～10nF)； 

实施例(一)被测电容CHM 3KV-10000pF 

选C₀₁为1.1μF(1100nF)时 

若C_x为10000pF(10nF)，实测值为9911pF 

理论值

则C_n1和C_x相差

实施例(二)被测电容CHM 3KV-10000pF； 

选C₀₂为4.7μF(4700nF)时 

若C_x仍为10000PF(10nF)，实测值为9986pF 

理论值

则C_n2和C_x相差

若C_x＜10000PF时，C_n和C_x的相差值会更小。 

2、陶瓷片式多层电容器(10nF～100nF) 

实施例(三)被测电容CHM 3KV-100nF 

选C₀₃为4.7μF(4700nF)时 

若C_x为100nF，实测为97.955nF 

理论值 $c_{n3}<<\frac{4700100}{4700100}<<97.916\mathrm{nF}$

则C_n3和C_x相差

实施例(四)被测电容CHM 3KV-100nF 

选C₀₄为11μF(11000nF)时 

若C_x仍为100nF，实测为99.133nF 

理论值 $c_{n4}<<\frac{11000100}{11000100}<<99.099\mathrm{nF}$

则C_n4和C_x相差 $<<\frac{10099.099}{100}<<0.90\%$

若C_x＜100nF时，C_n和C_x的相差值还会更小。 

需要特别说明的是：实施例中实际测出的容量值与上面的理论值会保持有0.1％以内的误差，也就是说理论值近似于实测值。 

由实施例看出，使用本发明制作在线容量测试装置，当被测陶瓷电容器的容量值在1pF～10000pF(10nF)～100000pF(100nF)之间(几乎是陶瓷电容器的全容量范围覆盖)时，已知大电容选用1.1μF和4.7μF两个档位就能成功实现在线容量测试，且测出的容量与实际值相差≤±2％。同时考虑成本及测试准确性两种因素C₀不宜大于11μF，也不能小于1.1μF，最佳范围值为1.1μF≤C₀≤11μF。具体分档的最佳范围为 

园板电容1.1μF≤C₀≤4.7μF(被测范围1PF～10000PF) 

片式电容4.7μF≤C₀≤11μF(被测范围10nF～100nF) 。

Claims (5)

1.一种测量陶瓷电容器在高压(DC≤3KV)下电容量的装置，包括高压电源(1)、容量测试仪(2)、被测陶瓷电容器C_X、控制单元(3)、放电回路(4)、保护回路(5)以及隔直流大电容C₀，其特征在于：高压电源(1)提供0--3KV直流高压施加在被测电容C_X的两端，具体电压值根据测试需要通过高压电源输出；隔离电容C₀与被测电容C_X串接构成串联回路，回路电容Cn可由容量测试仪直接读出，当C₀＞＞C_X时，回路电容Cn约等于被测电容C_X；容量测试仪(2)的两个输入端并接有保护回路(5)以保证容量测试仪两端的电压不得高于5V(DC)；测试结束后由控制单元(3)控制继电器通过放电回路(4)对被测电容C_X两端放电泄放掉已存储的电能。

2.如权利要求1所述的一种测量陶瓷电容器在高压(DC≤3KV)下电容量的装置，其特征在于：保护线路(5)由两只二极管D1、D2反并联，同时并联一个瞬态二极管TVS，所述的二极管D1、D2为两只肖特基二极管HER607。

3.如权利要求1所述的一种测量陶瓷电容器在高压(DC≤3KV)下电容量的装置，其特征在于：放电回路(4)选用高压继电器KM1和串接泄放电阻R构成放电回路。

4.如权利要求1所述的一种测量陶瓷电容器在高压(DC≤3KV)下电容量的装置，其特征在于：控制单元(3)由开关电源(6)、定时器(7)以及控制继电器(8)组成，控制继电器(8)的两端分别连接高压电源(1)和放电回路(4)。

5.如权利要求1所述的一种测量陶瓷电容器在高压(DC≤3KV)下电容量的装置，其特征在于：隔直流大电容C₀最佳范围值为1.1μF≤C₀≤11μF，具体分档的最佳范围为：

园板电容1.1μF≤C₀≤4.7μF(被测范围1PF～10000PF)；

片式电容4.7μF≤C₀≤11μF(被测范围10nF～100nF)。