CN104459338B - 一种电容容值测量装置及测量方法 - Google Patents
一种电容容值测量装置及测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104459338B CN104459338B CN201410826154.6A CN201410826154A CN104459338B CN 104459338 B CN104459338 B CN 104459338B CN 201410826154 A CN201410826154 A CN 201410826154A CN 104459338 B CN104459338 B CN 104459338B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- capacitor
- reference voltage
- circuit
- capacitance value
- processor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 168
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000013139 quantization Methods 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- 108010077333 CAP1-6D Proteins 0.000 description 6
- 102100029500 Prostasin Human genes 0.000 description 6
- 108010031970 prostasin Proteins 0.000 description 6
- 101000897856 Homo sapiens Adenylyl cyclase-associated protein 2 Proteins 0.000 description 5
- 101000836079 Homo sapiens Serpin B8 Proteins 0.000 description 5
- 101000798702 Homo sapiens Transmembrane protease serine 4 Proteins 0.000 description 5
- 102100032471 Transmembrane protease serine 4 Human genes 0.000 description 5
- 101710176296 Switch 2 Proteins 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 101710137132 Adenylyl cyclase-associated protein 2 Proteins 0.000 description 1
- 102100021879 Adenylyl cyclase-associated protein 2 Human genes 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
本发明公开了一种电容容值测量装置及测量方法，设置有选通电路、RC电路、计时器和两个用于外接待测电容的电极；所述选通电路首先切换至第一路参考电压与所述的RC电路连通，利用第一路参考电压对所述的已知电容和待测电容充电，待所述已知电容和待测电容充电结束后，切换至第二路参考电压与所述的RC电路连通，所述第二路参考电压与第一路参考电压的极性相反，控制所述已知电容和待测电容放电，并启动计时器计时，根据记录的放电时间计算出待测电容的电容值。本发明借助已知电容的电容值所对应的量化时间值，反推出待测电容的电容值，不仅测量算法简单，测量精度高，而且所需搭建的硬件电路简洁，成本低廉，可以方便地集成到普通的万用表中。
Description
技术领域
本发明属于电容检测技术领域，具体地说，是涉及一种用于检测电容的电容值的测量装置及测量方法。
背景技术
在电子工程设计领域，万用表可以说是每一个电子工程师必备的测量工具。但是，目前一般的万用表只能测量电压、电阻和电流等参数，很少有万用表具有测量电容容值的功能。少数能够测试电容容值的万用表，其价格往往比较昂贵，市场售价一般都在几千元左右，而且测量出的电容容值往往也不够准确，因此，实际使用情况并不理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于对被测电容的电容值实现检测的测量装置及测量方法，造价低廉，性能稳定。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一方面，本发明提供了一种电容容值测量装置，设置有选通电路、RC电路、计时器、处理器和两个电极；所述的两个电极分别与RC电路中已知电容的两端对应连接；在对被测电容进行测量时，将两个所述的电极分别与待测电容的两端对应连接，所述选通电路首先切换至第一路参考电压与所述的RC电路连通，利用第一路参考电压对所述的已知电容和待测电容充电，待所述已知电容和待测电容充电结束后，切换至第二路参考电压与所述的RC电路连通，所述第二路参考电压与第一路参考电压的极性相反，控制所述已知电容和待测电容放电，并启动计时器计时，记录所述已知电容和待测电容的放电时间Tt；所述处理器根据公式：Ca=Cc*Tt/Tc-Cc，计算出所述待测电容的电容值Ca；其中，Cc为所述已知电容的电容值；Tc为利用所述第一路参考电压为所述已知电容单独充电时，待已知电容充满电后，已知电容所需的放电时间。
为了提高测量精度，在所述测量装置上还设置有校准按键，连接所述的处理器；所述处理器在检测到校准按键按下时，进入自动校准模式，即：处理器首先控制所述选通电路切换至第一路参考电压与所述的RC电路连通，利用第一路参考电压单独对所述的已知电容充电，待所述已知电容充电结束后，切换至第二路参考电压与所述的RC电路连通，控制所述已知电容放电，并启动计时器计时，记录所述已知电容的放电时间Tc；所述处理器根据公式：Tc=2*R*Cc，计算出所述已知电容的电容值Cc；其中，R为所述RC电路中电阻的阻值。
为了使测量人员能够清楚地了解测量装置当前的工作状态，本发明在所述测量装置上还设置有指示灯，连接所述的处理器；所述处理器在进入自动校准模式后，控制所述的指示灯闪烁，直到处理器计算出所述已知电容的电容值Cc后，控制所述指示灯常亮，表示校准完成。而后，测量人员便可将电极连接到待测电容的两端，开始对待测电容的电容值进行测量。由于已知电容的电容值Cc已校准，因此，测量出的待测电容的电容值Ca可以保证理想的测量精度。
为了使系统能够自动判断出所述电容充电结束的时刻，所述选通电路在将所述第一路参考电压与RC电路连通时，启动所述计时器计时，当计时器计满溢出或者计时时间到达设定值Tc时，所述Tc>2R（Ca+ Cc），判定与所述第一路参考电压连通的电容充电结束，输出信号控制所述选通电路切换至第二路参考电压；设置所述计时器计满溢出的时间大于2R（Ca+Cc），以保证与所述第一路参考电压连通的电容充满电，进而提高电容容值的检测精度。
为了使系统能够自动判断出电容放电结束的时刻，所述RC电路优选采用RC积分电路，包括运算放大器、电阻和所述的已知电容；所述运算放大器的同相输入端接地，反相输入端与所述电阻串联后，连接至所述的选通电路，用于与所述的第一路参考电压或者第二路参考电压连通；所述已知电容连接在所述运算放大器的反相输入端与输出端之间；所述处理器在所述已知电容和待测电容放电时，检测运算放大器输出的电平状态，当检测到电平的极性发生反转时，判定已知电容和待测电容放电结束，控制所述计时器停止计时，并记录当前的计时时间为所述的放电时间Tt。
为了使处理器能够准确地检测出通过所述运算放大器输出的电平是否发生了极性反转，本发明在所述RC积分电路中还设置有一比较器，所述比较器的反相输入端连接所述运算放大器的输出端，比较器的同相输入端接地，比较器的输出端连接所述的处理器，所述处理器根据比较器输出的高低电平变化，判定所述已知电容和待测电容是否放电结束。
为了进一步简化电路结构，本发明优选将所述计时器集成在所述的处理器中，所述第一路参考电压为正极性电压，所述第二路参考电压为负极性电压，且幅值等于第一路参考电压；所述比较器的输出端连接处理器的中断接口，在通过所述比较器输出的电平由高电平跳变为低电平（零电平）时触发处理器进入中断，控制计时器停止计时，并进行所述待测电容的电容值Ca的计算。
作为所述选通电路的一种优选结构设计，本发明在所述选通电路中设置有两个开关管，两个开关管的控制极接收处理器输出的通路切换信号，两个开关管的开关通路分别连接在所述第一路参考电压与RC电路之间或者连接在所述第二路参考电压与RC电路之间，实现对两路参考电压的选通切换。
另一方面，本发明还提供了一种电容容值测量方法，首先将待测电容并联在RC电路中的已知电容的两端，利用参考电压对所述的已知电容和待测电容充电，待充电结束后，切断所述的参考电压，控制所述已知电容和待测电容放电，并记录所述已知电容和待测电容的放电时间Tt；代入公式：Ca=Cc*Tt/Tc-Cc，计算出所述待测电容的电容值Ca；其中，Cc为所述已知电容的电容值；Tc为利用所述参考电压为所述已知电容单独充电时，待已知电容充满电后，已知电容所需的放电时间。
为了提高测量精度，在对所述待测电容进行容值测量前，首先对所述的已知电容进行校准，过程为：首先利用所述的参考电压单独对所述的已知电容充电，待充电结束后，切断所述的参考电压，控制所述已知电容放电，并记录所述已知电容的放电时间Tc；利用公式：Tc=2*R*Cc，计算出所述已知电容的电容值Cc；其中，R为所述RC电路中电阻的阻值。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明针对电容的容值所提出的测量装置和测量方法，通过将待测电容的电容值量化为时间值，然后借助已知电容的电容值所对应的量化时间值，反推出所述待测电容的电容值，不仅测量算法简单，软件实现容易，性能稳定，而且电容值的测量精度高，所需搭建的硬件电路简洁，成本低廉，可以方便地集成到普通的万用表中，在使万用表具有电容测量功能的同时，不会造成万用表价格的明显提升。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是本发明所提出的电容容值测量装置的一种实施例的电路原理框图；
图2是本发明所提出的电容容值测量装置的另外一种实施例的电路原理框图；
图3是图2所示电路原理框图所对应的一个具体实施例的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。
本实施例为了简化电容容值测量装置的软硬件设计，提出了一种将电容值量化为时间值的设计思想，根据时间值的不同反推出该时间值所对应的电容值。具体来说，可以首先将已知电容的电容值Cc量化为时间值Tc，然后将待测电容与已知电容的电容值之和量化为时间值Tt，进而利用电容值与时间值的对应关系：Tc/Cc=Tt/（Ca+Cc），即可反推出所述待测电容的电容值Ca=Cc*Tt/Tc-Cc。
为了将电容值量化为时间值，本实施例采用对电容充放电的方式设计实现。具体来讲，可以首先选择一路参考电压VREF对RC电路中的已知电容Cc充电，待所述已知电容Cc充满电后，控制所述已知电容Cc放电，并记录所述已知电容Cc所需的放电时间，记为Tc。
在本实施例中，考虑到已知电容Cc上的充电电压永远不会到达VREF，只是充电时间越长，已知电容Cc上的电压越接近VREF。为了保证计算结果的有效性，本实施例定义当已知电容Cc上的电压达到90%*VREF以上时，就认为已知电容Cc已充满电。为了进一步提高电容测量的准确性，可以将对所述已知电容Cc充电的时间设定得尽量长些，至少应设置充电时间Tc>2R（Ca+Cc），例如设定成2.5R（Ca+Cc）、3R（Ca+Cc）或者更长的时间，以保证已知电容Cc以及在后续对待测电容Ca进行容值测量时，已知电容Cc和待测电容Ca都能充满电。待已知电容Cc充电结束后，切断参考电压VREF，控制所述已知电容Cc放电，并记录所述已知电容Cc的放电时间Tc。所述放电时间Tc即已知电容Cc从开始放电到已知电容Cc上的电荷为0时所需的时间。然后，利用电容的充放电公式：Tc=2*R*Cc，即可计算出所述已知电容Cc的电容值。公式中，R为所述RC电路中电阻的阻值。
得到参数Tc和Cc后，就可以对待测电容Ca进行容值测试了。具体过程是：首先将待测电容Ca并联在已知电容Cc的两端，然后利用参考电压VREF同时为所述的待测电容Ca和已知电容Cc充电，待待测电容Ca和已知电容Cc充满电后，切断所述的参考电压VREF，控制待测电容Ca和已知电容Cc放电，并记录两个电容均放电完毕所需的放电时间Tt；利用公式：Ca=Cc*Tt/Tc-Cc，即可计算出待测电容Ca的电容值。
基于上述电容容值测量方法，本实施例提出了一种电容容值测量装置，以实现对待测电容的电容值的自动、准确测量。
参见图1所示，本实施例的电容容值测量装置主要设置有选通电路、RC电路、计时器、处理器和两个电极CAP1、CAP2。其中，所述选通电路用于在两路参考电压VREF+、VREF-之间进行选通切换，其两路选通端分别与第一路参考电压VREF+和第二路参考电压VREF-对应连接，公共端连接RC电路，控制端接收处理器输出的切换信号。在本实施例中，所述第一路参考电压VREF+和第二路参考电压VREF-的极性相反，幅值最好相等，即第一路参考电压VREF+和第二路参考电压VREF-的绝对值相等。在对待测电容Ca进行容值测量时，首先将待测电容的两端与所述的两个电极CAP1、CAP2一一对应连接，通过处理器输出切换信号首先控制选通电路将第一路参考电压VREF+与RC电路连通，利用第一路参考电压VREF+对RC电路中的已知电容Cc和待测电容Ca充电。与此同时，处理器启动计时器开始计时，当计时器计满溢出或者计时时间到达设定值Tc时，输出信号至处理器。所述处理器在接收到计时器反馈的信号后，便可判定所述已知电容Cc和待测电容Ca充电结束。为了保证已知电容Cc和待测电容Ca能够充满电，本实施例设置所述计时器计满溢出的时间大于2R（Ca+Cc），或者设置所述设定值Tc>2R（Ca+Cc），最好设置所述充电时间能够达到3R（Ca+Cc）或者4R（Ca+Cc），以保证电容Ca和Cc上的充电电压基本等于所述的第一路参考电压VREF+。
当处理器检测到电容Ca和Cc充电结束后，输出切换信号（这里的切换信号也可以直接由计时器输出提供）至选通电路，控制选通电路切换至第二路参考电压VREF-与所述的RC电路连通，以控制已知电容Cc和待测电容Ca放电。与此同时，启动计时器清零并重新开始计时，待电容Ca和Cc上的电荷均减少为0时，电容Ca和Cc放电结束，处理器控制计时器停止计时，记录所述电容Ca和Cc的放电时间Tt。
而后，处理器根据接收到的放电时间Tt以及事先保存的已知电容Cc的电容值和利用所述第一路参考电压VREF+为所述已知电容Cc单独充电时，待已知电容Cc充满电后，已知电容Cc所需的放电时间Tc，利用公式：Ca=Cc*Tt/Tc-Cc，即可计算出所述待测电容Ca的电容值。为了方便检测人员查看，可以进一步设计显示屏，连接所述的处理器，以显示测量结果。
考虑到随着装置使用时间的延长，已知电容Cc会随着时间、温度等外部因素的影响而改变其电容值，若使用一段时间后不校准，势必会出现测量精度不够的问题。为了提高电容测量的精度，最好在装置使用一段时间后，对装置中已保存的参数Cc、Tc进行校准，然后再对待测电容Ca进行测量。
为了实现上述设计目的，本实施例在装置上设置校准按键和指示灯，连接所述的处理器。处理器在检测到校准按键被按下时，进入自动校准模式，并点亮指示灯，对装置当前的工作状态进行指示。
所述自动校准模式的具体工作过程是：在不外接待测电容Ca的情况下，处理器首先控制所述选通电路切换至第一路参考电压VREF+与所述的RC电路连通，利用第一路参考电压VREF+单独对所述的已知电容Cc充电。待所述已知电容Cc充电结束后，切换至第二路参考电压VREF-与所述的RC电路连通，控制所述已知电容Cc放电，并启动计时器计时，记录所述已知电容Cc的放电时间Tc。所述处理器根据公式：Tc=2*R*Cc，即可计算出所述已知电容Cc的电容值。将所述参数Cc、Tc保存下来，替换系统中原来保存的相应参数，用于后续待测电容Ca的测量过程中，以提高待测电容Ca的测量精度。
在装置进入自动校准模式后，处理器控制所述的指示灯闪烁，对系统当前的工作状态进行指示，直到处理器计算出所述已知电容Cc的电容值后，控制所述指示灯常亮，表示校准完成，可以进入待测电容的测试模式了。
为了方便处理器判断已知电容Cc或者已知电容Cc+待测电容Ca何时放电结束，本实施例优选将所述RC电路设计成RC积分电路的形式，参见图2所示，所述的计时器可以集成在处理器MCU中，以进一步简化电路设计。
图3为所述RC积分电路和选通电路的一种优选电路组建结构，其中，在所述选通电路中可以设计两个开关管Q1、Q2，以N沟道MOS管为例进行说明。将两个N沟道MOS管Q1、Q2的栅极分别与处理器MCU的两路GPIO口一一对应连接，接收处理器MCU输出的两路切换信号MCU_SWITCH1、MCU_SWITCH2，以控制两个N沟道MOS管Q1、Q2错时导通。将MOS管Q1的漏极连接第一路参考电压VREF+，源极连接RC积分电路中的电阻R；将MOS管Q2的漏极连接第二路参考电压VREF-，源极也连接至RC积分电路中的电阻R。在本实施例中，所述第一路参考电压VREF+为正极性的直流电压，所述第二路参考电压VREF-为负极性的直流电压，且两路参考电压的绝对值相等。
在所述RC积分电路中设置有运算放大器U138、比较器U155和所述的电阻R、已知电容Cc。将所述运算放大器U138的同相输入端+接地，反相输入端-通过串联的电阻R连接至所述的选通电路，用于连接通过选通电路切换接通的第一路参考电压VREF+或者第一路参考电压VREF-。将所述已知电容Cc连接在运算放大器U138的反相输入端-与输出端之间，运算放大器U138的电源端连接直流电源VDD，接地端连接系统地。将所述比较器U155的反相输入端-连接至运算放大器U138的输出端，比较器U155的同相输入端+接地，比较器U155的输出端连接处理器MCU，比较器U155的电源端连接直流电源VDD，接地端连接系统地。处理器MCU根据比较器U155输出的电平的高低状态，即可准确地判断出已知电容Cc或者已知电容Cc+待测电容Ca是否放电结束。
在本实施例中，为了使处理器MCU能够快速响应比较器U155输出的高低电平变化，优选将比较器U155的输出端连接至处理器MCU的一路中断接口MCU_INTERRUPT，采用控制处理器MCU进入中断的方式，来使处理器快速地进入后续的处理程序。
图3中，S100为校准按键，连接在处理器MCU的一路GPIO口MCU_IO与系统地之间，且将MCU_IO口通过上拉电阻R200连接直流电源VDD。D100为指示灯，可以选用发光二极管，将发光二极管D100的阳极连接处理器MCU的另外一路GPIO口MCU_LED，阴极通过限流电阻R100接地。CAP1、CAP2为用于外接待测电容的两个电极，其中，电极CAP1连接运算放大器U138的反相输入端-，电极CAP2连接运算放大器U138的输出端。
下面对图3所示的电容容值测量电路的工作原理进行具体阐述。
首先，对测量装置中的已知电容的容值参数Cc和放电时间Tc进行校准。按下校准按键S100，此时处理器MCU检测到其MCU_IO口的电位由原来的高电平变为低电平，控制系统进入自动校准模式。系统在进入自动校准模式后，处理器MCU首先通过其MCU_LED口输出PWM信号，控制发光二极管D100闪烁，指示系统当前正处于参数校准工作状态。然后,处理器MCU将其输出的切换信号MCU_SWITCH1置为高电平、MCU_SWITCH2置为低电平，继而控制MOS管Q1饱和导通，MOS管Q2截止。此时，第一路参考电压VREF+与RC积分电路接通，第一路参考电压VREF+通过电阻R给已知电容Cc充电，使已知电容Cc连接运算放大器U138反相输入端-的一侧为正极，连接运算放大器U138输出端的一侧为负极。此时，运算放大器U138输出负电压，经由比较器U155输出高电平，进而控制处理器MCU进入中断程序。处理器MCU进入中断后，启动计时器开始计时，当计时器计满开始溢出（或者计时时间到达设定值Tc>2R（Ca+Cc））时，表明此时已知电容Cc上的电压已经基本达到了第一路参考电压VREF+的值。此时，处理器MCU将切换信号MCU_SWITCH1置为低电平、MCU_SWITCH2置为高电平，继而控制MOS管Q1截止，MOS管Q2饱和导通，从而切断第一路参考电压VREF+与RC积分电路的连接，转为第二路参考电压VREF-与所述的RC积分电路连通。当处理器MCU输出高电平有效的切换信号MCU_SWITCH2控制MOS管Q2饱和导通时，同时启动所述的计时器清零并重新开始计时。由于接入到RC积分电路中的参考电压VREF-为负电压，因此已知电容Cc通过电阻R向第二路参考电压VREF-放电。当已知电容Cc放电结束时，已知电容Cc上的电压为零，第二路参考电压VREF-开始对已知电容Cc充电，使已知电容Cc连接运算放大器U138反相输入端-的一侧为负极，连接运算放大器U138输出端的一侧为正极。此时，运算放大器U138输出正电压，经由比较器U155输出低电平，即0电平。当处理器MCU检测到通过比较器U155输出的电压变为低电平时，判定已知电容Cc放电结束，控制计时器停止计时，并将计时器记录的计时时间作为已知电容Cc的放电时间，记为Tc。然后，处理器MCU根据计算公式：Tc=2*R*Cc，计算出所述已知电容Cc的电容值。保存所述的参数Cc和Tc，完成校准过程。当校准过程完成后，处理器MCU通过其MCU_LED口输出稳定的高电平，控制发光二极管D100常亮，以指示校准过程结束。
当然，对于能够检测正负电压变化的处理器来说，可以省略比较器U155，直接将运算放大器U138的输出端连接至所述的处理器，当处理器检测到通过运算放大器U138输出的电压由负电压反转为正电压时，即可判定已知电容Cc放电结束。
在需要对待测电容进行容值测量时，将电极CAP1、CAP2分别对应连接到待测电容的两端。对于有极性的待测电容来说，可以将电极CAP1连接到待测电容的正极，将电极CAP2连接到待测电容的负极。通过处理器MCU首先控制MOS管Q1饱和导通、MOS管Q2截止，利用第一路参考电压VREF+同时为已知电容Cc和待测电容充电，并启动计时器开始计时。当计时器计满溢出或者到达设定时间Tc时，处理器MCU判定已知电容Cc和待测电容充电已满，转而控制MOS管Q1截止、MOS管Q2饱和导通，进而利用第二路参考电压VREF-控制已知电容Cc和待测电容开始放电，同时启动计时器清零并重新开始计时。当处理器MCU检测到通过比较器U155输出的电平由高电平跳变成低电平（0电平）时，判定已知电容Cc和待测电容放电结束，处理器MCU进入中断程序，控制计时器停止计时，记录计时器的计时时间，记为已知电容Cc和待测电容的放电时间Tt。
根据电容的充放电公式：Tt=2*R*（Cc+Ca），以及校准过程中所使用的电容充放电公式：Tc=2*R*Cc，可知：Tt/Tc=（Cc+Ca）/Cc，因此，待测电容的电容值Ca=Cc*Tt/Tc-Cc，由此完成了对待测电容的电容值检测，可以将生成的测量结果通过显示屏显示给检测人员。
当然，在本实施例中，所述选通电路也可以采用三极管、可控硅等其他开关管设计实现，只需将两个开关管的控制极连接处理器MCU ，接收处理器输出的切换信号，两个开关管的开关通路分别连接在所述的第一路参考电压VREF+与RC电路之间或者连接在所述的第二路参考电压VREF-与RC电路之间，即可实现对两路参考电压VREF+、VREF-的选通切换。本实施例对所述选通电路的具体组建结构并不仅限于以上举例。
本实施例的电容容值测量装置，结构简单、成本低廉、性能稳定、测量精度高、使用方便，可以集成到目前所有的普通万用表中，在保持万用表造价低廉的同时，使万用表具备了电容容值的测量功能。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种电容容值测量装置，其特征在于：设置有选通电路、RC电路、计时器、处理器和两个电极；所述的两个电极分别与RC电路中已知电容的两端对应连接；在对被测电容进行测量时，将两个所述的电极分别与待测电容的两端对应连接，所述选通电路首先切换至第一路参考电压与所述的RC电路连通，利用第一路参考电压对所述的已知电容和待测电容充电，待所述已知电容和待测电容充电结束后，切换至第二路参考电压与所述的RC电路连通，所述第二路参考电压与第一路参考电压的极性相反，控制所述已知电容和待测电容放电，并启动计时器计时，记录所述已知电容和待测电容的放电时间Tt；所述处理器根据公式：Ca=Cc*Tt/Tc-Cc，计算出所述待测电容的电容值Ca；其中，
Cc为所述已知电容的电容值；
Tc为利用所述第一路参考电压为所述已知电容单独充电时，待已知电容充满电后，已知电容所需的放电时间；
所述已知电容的电容值在电容容值测量装置进入自动校准模式时进行校准：所述处理器首先控制所述选通电路切换至第一路参考电压与所述的RC电路连通，利用第一路参考电压单独对所述的已知电容充电，待所述已知电容充电结束后，切换至第二路参考电压与所述的RC电路连通，控制所述已知电容放电，并启动计时器计时，记录所述已知电容的放电时间Tc；所述处理器根据公式：Tc=2*R*Cc，计算出所述已知电容的电容值Cc；其中，R为所述RC电路中电阻的阻值。
2.根据权利要求1所述的电容容值测量装置，其特征在于：在所述测量装置上设置有校准按键，连接所述的处理器；所述处理器在检测到校准按键按下时，进入所述的自动校准模式。
3.根据权利要求2所述的电容容值测量装置，其特征在于：在所述测量装置上还设置有指示灯，连接所述的处理器；所述处理器在进入自动校准模式后，控制所述的指示灯闪烁，直到处理器计算出所述已知电容的电容值Cc后，控制所述指示灯常亮，表示校准完成。
4.根据权利要求1或2或3所述的电容容值测量装置，其特征在于：所述选通电路在将所述第一路参考电压与RC电路连通时，启动所述计时器计时，当计时器计满溢出或者计时时间到达设定值Tc时，所述Tc>2R（Ca+ Cc），判定与所述第一路参考电压连通的电容充电结束，输出信号控制所述选通电路切换至第二路参考电压；设置所述计时器计满溢出的时间大于2R（Ca+Cc）。
5.根据权利要求1所述的电容容值测量装置，其特征在于：所述RC电路为RC积分电路，包括运算放大器、电阻和所述的已知电容；所述运算放大器的同相输入端接地，反相输入端与所述电阻串联后，连接至所述的选通电路，用于与所述的第一路参考电压或者第二路参考电压连通；所述已知电容连接在所述运算放大器的反相输入端与输出端之间；所述处理器在所述已知电容和待测电容放电时，检测运算放大器输出的电平状态，当检测到电平的极性发生反转时，判定已知电容和待测电容放电结束，控制所述计时器停止计时，并记录当前的计时时间为所述的放电时间Tt。
6.根据权利要求5所述的电容容值测量装置，其特征在于：在所述RC积分电路中还设置有一比较器，所述比较器的反相输入端连接所述运算放大器的输出端，比较器的同相输入端接地，比较器的输出端连接所述的处理器，所述处理器根据比较器输出的高低电平变化，判定所述已知电容和待测电容是否放电结束。
7.根据权利要求6所述的电容容值测量装置，其特征在于：所述计时器集成在所述的处理器中，所述第一路参考电压为正极性电压，所述第二路参考电压为负极性电压，且幅值等于第一路参考电压；所述比较器的输出端连接处理器的中断接口，在通过所述比较器输出的电平由高电平跳变为低电平时触发处理器进入中断，控制计时器停止计时，并进行所述待测电容的容值Ca的计算。
8.根据权利要求1所述的电容容值测量装置，其特征在于：在所述选通电路中设置有两个开关管，两个开关管的控制极接收处理器输出的通路切换信号，两个开关管的开关通路分别连接在所述第一路参考电压与RC电路之间或者连接在所述第二路参考电压与RC电路之间。
9.一种电容容值测量方法，其特征在于：
利用一路参考电压单独对RC电路中的已知电容充电，待充电结束后，切断所述参考电压，控制所述已知电容放电，并记录所述已知电容的放电时间Tc；利用公式：Tc=2*R*Cc，计算出所述已知电容的电容值Cc；其中，R为所述RC电路中电阻的阻值；
将待测电容并联在所述RC电路中的所述已知电容的两端，利用所述参考电压对所述已知电容和待测电容充电，待充电结束后，切断所述参考电压，控制所述已知电容和待测电容放电，并记录所述已知电容和待测电容的放电时间Tt；代入公式：Ca=Cc*Tt/Tc-Cc，计算出所述待测电容的电容值Ca。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410826154.6A CN104459338B (zh) | 2014-12-26 | 2014-12-26 | 一种电容容值测量装置及测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410826154.6A CN104459338B (zh) | 2014-12-26 | 2014-12-26 | 一种电容容值测量装置及测量方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104459338A CN104459338A (zh) | 2015-03-25 |
| CN104459338B true CN104459338B (zh) | 2017-05-10 |
Family
ID=52905713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410826154.6A Active CN104459338B (zh) | 2014-12-26 | 2014-12-26 | 一种电容容值测量装置及测量方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104459338B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109142880B (zh) * | 2017-06-28 | 2020-12-04 | 南京理工大学 | Ccm反激变换器输出电容的准在线监测装置及方法 |
| CN107153137B (zh) * | 2017-06-28 | 2019-11-29 | 南京理工大学 | Dcm升压变换器电感及输出电容的监测装置及方法 |
| TWI631347B (zh) * | 2017-11-13 | 2018-08-01 | 盛群半導體股份有限公司 | 電容值的量測方法 |
| CN111856146B (zh) * | 2020-06-29 | 2024-10-11 | 珠海市运泰利自动化设备有限公司 | 一种电容容值测量装置及方法 |
| CN113075459B (zh) * | 2021-03-18 | 2023-02-03 | 合肥恒钧检测技术有限公司 | 静电容量检测装置 |
| CN113655288A (zh) * | 2021-08-09 | 2021-11-16 | 湖南万鑫睿控智能技术有限责任公司 | 一种在线检测自举电容容值的方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06242159A (ja) * | 1993-02-19 | 1994-09-02 | New Japan Radio Co Ltd | 静電容量測定装置 |
| CN101082644A (zh) * | 2007-01-30 | 2007-12-05 | 王悦 | 镜像恒流源测电容的方法 |
| CN101788609A (zh) * | 2010-02-09 | 2010-07-28 | 华为终端有限公司 | 电阻值测量方法及装置、电容值测量方法及装置 |
| CN101799496A (zh) * | 2010-03-09 | 2010-08-11 | 臧佳菁 | 电容测量装置及其方法 |
| CN102576043A (zh) * | 2009-08-27 | 2012-07-11 | 美国亚德诺半导体公司 | 用于测量电容的系统与方法 |
| WO2013177760A1 (en) * | 2012-05-30 | 2013-12-05 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Module and capacitance detecting method |
| CN103513106A (zh) * | 2012-06-26 | 2014-01-15 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种测量方法、测量电路及监控装置 |
-
2014
- 2014-12-26 CN CN201410826154.6A patent/CN104459338B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06242159A (ja) * | 1993-02-19 | 1994-09-02 | New Japan Radio Co Ltd | 静電容量測定装置 |
| CN101082644A (zh) * | 2007-01-30 | 2007-12-05 | 王悦 | 镜像恒流源测电容的方法 |
| CN102576043A (zh) * | 2009-08-27 | 2012-07-11 | 美国亚德诺半导体公司 | 用于测量电容的系统与方法 |
| CN101788609A (zh) * | 2010-02-09 | 2010-07-28 | 华为终端有限公司 | 电阻值测量方法及装置、电容值测量方法及装置 |
| CN101799496A (zh) * | 2010-03-09 | 2010-08-11 | 臧佳菁 | 电容测量装置及其方法 |
| WO2013177760A1 (en) * | 2012-05-30 | 2013-12-05 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Module and capacitance detecting method |
| CN103513106A (zh) * | 2012-06-26 | 2014-01-15 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种测量方法、测量电路及监控装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104459338A (zh) | 2015-03-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104459338B (zh) | 一种电容容值测量装置及测量方法 | |
| US11029200B2 (en) | Ambient luminosity level detection | |
| US9018959B2 (en) | Insulating state detection unit having failure detector | |
| US8587262B2 (en) | Assembled battery monitoring apparatus, method for detecting wiring disconnection of assembled battery, and assembled battery system | |
| WO2012120778A1 (en) | Insulated condition detector with fault detection and location | |
| CN103176053A (zh) | 电容容量及其寄生电阻测量电路 | |
| US11774470B2 (en) | Load detection system and load detection method thereof | |
| WO2019047648A1 (zh) | 一种测量电容系统及其测量方法 | |
| JP6272379B2 (ja) | ケーブル検査装置及びケーブル検査システム | |
| CN104483529A (zh) | 一种负电压检测装置及检测方法 | |
| TW201338323A (zh) | 鋰電池保護電路 | |
| CN113589045B (zh) | 敏感电阻测量装置及测量方法 | |
| TWI505530B (zh) | 電池容量檢測系統 | |
| CN102636699A (zh) | 一种电容测量装置 | |
| JP6459914B2 (ja) | 電池特性学習装置 | |
| US20150234028A1 (en) | State of Charge Gauge Device and State of Charge Gauge Method Thereof | |
| CN102157965B (zh) | 充电控制装置及电压钳位消除开关内阻的电压检测方法 | |
| US20170350844A1 (en) | Whole blood measurement method associated to hematocrit (hct) and whole blood measurement circuit thereof | |
| CN107991543B (zh) | 绝缘栅双极型晶体管的栅极电荷量测量电路及其测量方法 | |
| CN111929501A (zh) | 一种绝缘阻值变化检测电路、一种绝缘检测系统及方法 | |
| CN113376441B (zh) | 一种薄膜电容器寄生电感参数的测量系统和方法 | |
| CN204347145U (zh) | 一种电容容值测量装置的电路结构及测量装置 | |
| CN204302356U (zh) | 一种负电压检测装置的电路结构及负电压检测装置 | |
| CN112345909A (zh) | 一种检测方法、检测电路及复位电路 | |
| CN105934886A (zh) | 半导体开关和用于确定通过半导体开关的电流的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |