CN105510723A - 一种大电容的容量及内阻测量装置及其测量方法 - Google Patents

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Abstract

一种大电容的容量及内阻测量装置及其测量方法，包括信号调理器（5），其特征在于：所述信号调理器（5）的输入端分别与AD采集电路（3）和AD转换电路（4）相连接，信号调理器（5）的输出端与MCU主控电路（7）的输入端相连接，MCU主控电路（7）的输出端与显示电路（6）相连接，MCU主控电路（7）与存储电路（8）双向连接，AD采集电路（3）和AD转换电路（4）分别与待测电容充电单元相连接，本发明利用大电容充电过程中已知电阻两端的电压曲线对电容容值和内阻进行计算，利用AD采集电路和AD转换电路进行高精度测量，在电容的充电过程中即可完成计算，没有其他冗余过程，能够快速、准确的计算出大电容的容值及内阻，测量精度得到了提高。

Description

一种大电容的容量及内阻测量装置及其测量方法
技术领域
本发明涉及一种容量及内阻测量方法，尤其涉及一种大电容的容量及内阻测量装置及其测量方法，属于电子测量技术领域。
背景技术
目前对于大容量的电容，对其容值及内阻的测量在电桥中无法实现。而在工程上又需要精确的容值及电阻来进行分析，现有针对大电容容量和内阻的测量装置结构复杂，容量和内阻需要分别单独进行，无法对电容和内阻进行同步测量，而且操作繁琐，计算量较大，而且测量精度较低，无法满足实际的测量需要。
中国专利公布号：CN104459338A，公告日为：2015年3月25日发明专利公开了一种电容容值测量装置及测量方法，设置有选通、RC电路、计时器和两个用于外接待电容的电极；所述选通电路首先切换至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量化时间值。但其无法对电容的内阻进行测量，且系统较为复杂，计算量较大，而且测量精度较低。
发明内容
本发明的目的是针对现有的大电容容量和内阻的测量装置结构复杂，容量和内阻需要分别单独进行，而且操作繁琐，计算量较大，而且测量精度较低的缺陷和不足，现提供一种结构紧凑，容量和内阻能够在电容充电的过程中进行同步测量，操作简便，计算量小，并且测量精度得到了提高的一种大电容的容量及内阻测量装置及其测量方法。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种大电容的容量及内阻测量装置，包括信号调理器，所述信号调理器的输入端分别与AD采集电路和AD转换电路相连接，信号调理器的输出端与MCU主控电路的输入端相连接，MCU主控电路的输出端与显示电路相连接，MCU主控电路与存储电路双向连接，AD采集电路和AD转换电路分别与待测电容充电单元相连接，待测电容充电单元上设置有安放待测电容的安放位置。
所述待测电容充电单元包括直流稳压电源、已知阻值的电阻以及待测电容接口，直流稳压电源的正极接电阻的一端，电阻的另一端接待测电容，待测电容与直流稳压电源负极的相连接。
一种大电容的容量及内阻测量方法，包括以下步骤：
a、首先连接好检测电路，并将待测电容接入待测电容充电单元中；
b、为检测电路通电，使得待测电容开始充电，对于充电过程的每一时刻，均有式一：，根据充电原理，则有式二：，由KVL可得式三：，将以上三式联立可得出式四：，联立得到的运算式对于充电过程中的任意时刻均成立，式中即为AD的采样周期时间，其中为充电电阻，、分别为充点电阻两端电压，为待测电容两端电压，待测电容容值，为待测电容内阻；
c、取一具体时刻，用t来表示该时刻，则在t时刻，式四可写成以下式五：；
d、在t时刻之后再任意取一时刻，因为AD具有采样周期，每次采样到数据必定需要时间，所以所取时刻可用来表示，此时，式四可用以下式六来表示：
；
e、因时刻t为任意取的时刻，同样间隔的时间也具有任意性，故充电过程中的任意两个时刻，都可以用式五和式六来标示，联立式五和式六，求解可得式七：，式八：；
f、计算电容和内阻的数值，从t=0时开始测试，当AD采样时间达到数小时后，取任意两个时刻的值，均可用于计算，由式七和式八得到所求的容值及内阻，其中的值为常数，及为间隔n个采样周期的值，在AD采样到的值中任取两组即可相应算出对应的电容C和内阻的值；
g、最后本发明的测量装置可以采样得到的大量的值，从中任意两组进行计算之后得出对应C和值，摒弃其中误差较大的点，进行拟合，即可得出精确的电容容量及内阻。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过将待测电容接入到待测电容充电单元中，并利用AD采集电路和AD转换电路进行高精度测量，容量和内阻能够在电容充电的过程中同步进行，结构紧凑，占用空间小，便于携带。
2、本发明利用大电容充电过程中已知电阻两端的电压曲线对电容容值和内阻进行计算，在电容的充电过程中即可完成计算，没有其他冗余过程，电容充电开始后，对于任意时刻的两组采集值，均可取值计算，能够快速、准确的计算出大电容的容值及内阻，具有广泛的运用。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
图中：直流稳压电源1，待测电容2，AD采集电路3，AD转换电路4，信号调理器5，显示电路6，MCU主控电路7，存储电路8。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
参见图1，本发明的一种大电容的容量及内阻测量装置，包括信号调理器5，其特征在于：所述信号调理器5的输入端分别与AD采集电路3和AD转换电路4相连接，信号调理器5的输出端与MCU主控电路7的输入端相连接，MCU主控电路7的输出端与显示电路6相连接，MCU主控电路7与存储电路8双向连接，AD采集电路3和AD转换电路4分别与待测电容充电单元相连接，待测电容充电单元上设置有安放待测电容2的安放位置。
所述待测电容充电单元包括直流稳压电源1、已知阻值的电阻以及待测电容接口，直流稳压电源1的正极接电阻的一端，电阻的另一端接待测电容2，待测电容2与直流稳压电源1负极的相连接。
一种大电容的容量及内阻测量方法，包括以下步骤：
a、首先连接好检测电路，并将待测电容2接入待测电容充电单元中；
b、为检测电路通电，使得待测电容2开始充电，对于充电过程的每一时刻，均有式一：，根据充电原理，则有式二：，由KVL可得式三：，将以上三式联立可得出式四：，联立得到的运算式对于充电过程中的任意时刻均成立，式中即为AD的采样周期时间，其中为充电电阻，、分别为充点电阻两端电压，为待测电容两端电压，待测电容容值，为待测电容内阻；
c、取一具体时刻，用t来表示该时刻，则在t时刻，式四可写成以下式五：；
d、在t时刻之后再任意取一时刻，因为AD具有采样周期，每次采样到数据必定需要时间，所以所取时刻可用来表示，此时，式四可用以下式六来表示：
；
e、因时刻t为任意取的时刻，同样间隔的时间也具有任意性，故充电过程中的任意两个时刻，都可以用式五和式六来标示，联立式五和式六，求解可得式七：，式八：；
f、计算电容和内阻的数值，从t=0时开始测试，当AD采样时间达到数小时后，取任意两个时刻的值，均可用于计算，由式七和式八得到所求的容值及内阻，其中的值为常数，及为间隔n个采样周期的值，在AD采样到的值中任取两组即可相应算出对应的电容C和内阻的值；
g、最后本发明的测量装置可以采样得到的大量的值，从中任意两组进行计算之后得出对应C和值，摒弃其中误差较大的点，进行拟合，即可得出精确的电容容量及内阻。
本发明采用大电容的容量及内阻测量装置对已知电阻两端电压进行测量和采集，并对采集数据进行处理运算，该装置的具体结构如下：信号调理器5的输入端分别与AD采集电路3和AD转换电路4相连接，信号调理器5的输出端与MCU主控电路7的输入端相连接。MCU主控电路7的输出端与显示电路6相连接，MCU主控电路7与存储电路8双向连接，AD采集电路3和AD转换电路4分别与待测电容充电单元相连接，待测电容充电单元上设置有安放待测电容2的安放位置。待测电容充电单元包括直流稳压电源1、已知阻值的电阻以及待测电容接口，直流稳压电源1的正极接电阻的一端，电阻的另一端接待测电容2，待测电容2与直流稳压电源1负极的相连接。已知电阻采用高精度、低温漂的功率电阻，该电阻亦作为电路的限流电阻，在测量过程中，仅需测量电阻两端的电压即可通过运算得出大电容的容量数值以及内阻，能够实现高精度测量。
首先连接好检测电路，并将待测电容2接入待测电容充电单元中。随后为检测电路通电，使得待测电容2开始充电，对于充电过程的每一时刻，均有式一：，根据充电原理，则有式二：，由KVL可得式三：，将以上三式联立可得出式四：，联立得到的运算式对于充电过程中的任意时刻均成立，式中即为AD的采样周期时间，为充电电阻，、分别为充点电阻两端电压，为待测电容两端电压，待测电容容值，为待测电容内阻。取一具体时刻，用t来表示该时刻，则在t时刻，式四可写成以下式五：。然后在t时刻之后再任意取一时刻，因为AD具有采样周期，每次采样到数据必定需要时间，所以所取时刻可用来表示，此时，式四可用以下式六来表示：。因时刻t为任意取的时刻，同样间隔的时间也具有任意性，故充电过程中的任意两个时刻，都可以用式五和式六来标示，联立式五和式六，求解可得式七：，式八：。
计算电容和内阻的数值，从t=0时开始测试，当AD采样时间达到数小时后，取任意两个时刻的值，均可用于计算，由式七和式八得到所求的容值及内阻，其中的值为常数，及为间隔n个采样周期的值。在AD采样到的值中任取两组即可相应算出对应的电容C和内阻的值。最后本发明的测量装置可以采样得到的大量的值，从中任意两组进行计算之后得出对应C和值，摒弃其中误差较大的点，进行拟合，即可得出精确的电容容量及内阻。
本发明利用大电容充电过程中已知电阻两端的电压曲线对电容容值和内阻进行计算，在电容的充电过程中即可完成计算，没有其他冗余过程，电容充电开始后，对于任意时刻的两组采集值，均可取值计算，能够快速、准确的计算出大电容的容值及内阻，而且结构紧凑，占用空间小，便于携带，性能稳定，适用于多种场合。

Claims (3)

1.一种大电容的容量及内阻测量装置，包括信号调理器（5），其特征在于：所述信号调理器（5）的输入端分别与AD采集电路（3）和AD转换电路（4）相连接，信号调理器（5）的输出端与MCU主控电路（7）的输入端相连接，MCU主控电路（7）的输出端与显示电路（6）相连接，MCU主控电路（7）与存储电路（8）双向连接，AD采集电路（3）和AD转换电路（4）分别与待测电容充电单元相连接，待测电容充电单元上设置有安放待测电容（2）的安放位置。
2.根据权利要求1所述的一种大电容的容量及内阻测量装置，其特征在于：所述待测电容充电单元包括直流稳压电源（1）、已知阻值的电阻以及待测电容接口，直流稳压电源（1）的正极接电阻的一端，电阻的另一端接待测电容（2），待测电容（2）与直流稳压电源（1）负极的相连接。
3.一种大电容的容量及内阻测量方法，其特征在于包括以下步骤：
a、首先连接好检测电路，并将待测电容2接入待测电容充电单元中；
b、为检测电路通电，使得待测电容2开始充电，对于充电过程的每一时刻，均有式一：，根据充电原理，则有式二：，由KVL可得式三：，将以上三式联立可得出式四：，联立得到的运算式对于充电过程中的任意时刻均成立，式中即为AD的采样周期时间，其中为充电电阻，、分别为充点电阻两端电压，为待测电容两端电压，待测电容容值，为待测电容内阻；
c、取一具体时刻，用t来表示该时刻，则在t时刻，式四可写成以下式五：；
d、在t时刻之后再任意取一时刻，因为AD具有采样周期，每次采样到数据必定需要时间，所以所取时刻可用来表示，此时，式四可用以下式六来表示：
；
e、因时刻t为任意取的时刻，同样间隔的时间也具有任意性，故充电过程中的任意两个时刻，都可以用式五和式六来标示，联立式五和式六，求解可得式七：，式八：；
f、计算电容和内阻的数值，从t=0时开始测试，当AD采样时间达到数小时后，取任意两个时刻的值，均可用于计算，由式七和式八得到所求的容值及内阻，其中的值为常数，及为间隔n个采样周期的值，在AD采样到的值中任取两组即可相应算出对应的电容C和内阻的值；
g、最后本发明的测量装置可以采样得到的大量的值，从中任意两组进行计算之后得出对应C和值，摒弃其中误差较大的点，进行拟合，即可得出精确的电容容量及内阻。
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