CN108132451A - 一种宽量程标准电容箱 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及计量或校准领域，特别涉及一种传递电容参数的标准量具。一种宽量程标准电容箱，包括：箱体，以及该箱体中设置的36只实物电容器和4个转换开关；所述箱体上设置有电容箱输出端；所述转换开关的切换方式为1、2、5进制，并设置有转换开关输入端和转换开关输出端；所述转换开关输入端与所述实物电容器的两极连接，所述转换开关输出端与所述电容箱输出端连接；所述电容箱输出端用于输出所述转换开关选定的所述实物电容器的容量。与十进制标准电容箱相比，本发明实现了1、2、5进制输出电容1pF～500mF的量程范围，大大增加了电容量程范围，且体积更小，重量更轻；同时通过设置开路补偿功能和短路补偿功能，便于精密测试。

Description

一种宽量程标准电容箱
技术领域
本发明涉及一种计量或校准领域，特别涉及一种传递电容参数的标准量具。
背景技术
在计量或校准领域，标准电容箱（器）是为了保证电容参数单位量值的一致而特制的电容量具，它是在交流阻抗参数测量中，作为电容参数传递的标准量具。
同时在电子元器件领域，标准电容箱（器）能作为标准的传感器使用，在测试电路的调试中，能传递准确的电容参数，提高传感器的准确性。
在电容参数计量中，国内外生产的标准电容箱一般为十进制电容箱，最宽范围的电容箱是6盘十进制电容箱，可实现1×100～1×106pF的电容量量程范围，如：1pF～1μF，或者1000pF～1mF，共有60个标准点输出。但其不足之处是量程窄、体积大，重量重，不能满足使用的要求，也不便于运输和到生产现场进行使用。从发展和今后需求来看，现有的范围已不能满足电容参数的量传和校准需求，需要设计量程更宽、体积更小、重量更轻的标准电容箱，如量程范围为：1pF～500mF（即：1×10-12～5×10-1F）。
标准电容箱主要是由以下部分构成：实物电容器部分、转换开关部分、电容箱输出接口部分组成，现有的电容箱一般都是使用实物电容器做成，采用十进制方式，范围是从1pF～1μF，或者1000pF～1mF。为了能满足RLC数字电桥中电容量的范围，亟待推出一种宽量程标准电容箱。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种1、2、5进制的宽量程标准电容箱，只需使用4个转换开关，电容箱量程范围就能实现1pF～500mF（即：1×10-12～5×10-1F）。与十进制标准电容箱相比，电容箱量程范围大大增加，且电容箱体积更小，重量更轻。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种宽量程标准电容箱，其特征在于，包括：
36只实物电容器，所述实物电容器中的标准电容器的电容量分别为：1pF、2pF、5pF、10pF、20pF、50pF、100pF、200pF、500pF、1nF、2nF、5nF、10nF、20nF、50nF、100nF、200nF、500nF、1μF、2μF、5μF、10μF、20μF、50μF、100μF、200μF、500μF、1mF、2mF、5mF、10mF、20mF、50mF、100mF、200mF、500mF；
4个转换开关，所述转换开关的切换方式为1、2、5进制，并设置有转换开关输入端和转换开关输出端；所述转换开关输入端与所述实物电容器的两极连接；
箱体，所述箱体上设置有电容箱输出端，所述电容箱输出端与所述转换开关输出端连接，用于输出所述转换开关选定的所述实物电容器的容量。
进一步地，所述实物电容器，包括电容器金属屏蔽盒以及设置在该电容器金属屏蔽盒内的所述标准电容器；
所述标准电容器的高电极端H和低电极端L通过绝缘子引出，分别与所述转换开关输入端连接，并通过金属焊片与所述电容器金属屏蔽盒焊接为屏蔽端G。
进一步地，所述转换开关设置有9组所述转换开关输入端；每个所述转换开关输入端均包括一高电极输入端H和一低电极输入端L；
第一转换开关的所述9组转换开关输入端分别与电容量为：1pF、2pF、5pF、10pF、20pF、50pF、100pF、200pF、500pF的所述实物电容器的两极对应连接；
第二转换开关的所述9组转换开关输入端分别与电容量为：1nF、2nF、5nF、10nF、20nF、50nF、100nF、200nF、500nF的所述实物电容器的两极对应连接；
第三转换开关的所述9组转换开关输入端分别与电容量为：1μF、2μF、5μF、10μF、20μF、50μF、100μF、200μF、500μF的所述实物电容器的两极对应连接；
第四转换开关的所述9组转换开关输入端分别与电容量为：1mF、2mF、5mF、10mF、20mF、50mF、100mF、200mF、500mF。
进一步地，所述转换开关，包括转换开关金属屏蔽盒以及设置在该转换开关金属屏蔽盒内的陶瓷波段开关；所述转换开关金属屏蔽盒内还设置有金属屏蔽板，将该转换开关金属屏蔽盒分别两个屏蔽空间，同时将所述陶瓷波段开关均分为分别位于两个屏蔽空间的两部分，该两部分分别连接所述实物电容器的高电极端或低电极端。
进一步地，所述陶瓷波段开关位于两个屏蔽空间中的两部分各自设置有多层，两个屏蔽空间中各有1层与转换开关输出端连接，另各有9层分别与所述转换开关输入端对应连接。
进一步地，所述宽量程标准电容箱上设置有4个旋钮，该旋钮分别连接4个转换开关的陶瓷波段开关，用于通过旋转控制所述陶瓷波段开关的通断，以选定需要输出的电容量。
进一步地，所述旋钮的可旋转角度为300°或360°。
进一步地，所述电容箱输出端采用四端对或三端BNC输出。
进一步地，所述转换开关，还设置有开路补偿功能和短路补偿功能；同时，在所述4个转换开关对应的所述旋钮增加开路档位和短路档位。
进一步地，所述陶瓷波段开关位于两个屏蔽空间的两部分各设置1层，其中在高电极的一层的两端接点分别为OH端和SH端，在低电极的另一层的两端接点分别为OL端和SL端，其中SH端与SL端连接作为所述短路补偿功能，OL端和OH端不连接作为所述开路补偿功能。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、所述电容箱使用4个转换开关，采用1、2、5进制方式，实现电容量范围从1pF～500mF的输出。现有的电容箱采用十进制方式，通常使用的6盘旋钮（或6个转换开关），只能实现1pF～1μF，或者1000pF～1mF的输出，本发明大大地扩展了电容量的输出范围。
2、通过本发明在电容箱的内部同时设置开路补偿功能和短路补偿功能，能对整套系统（即RLC数字电桥的输入端口、测试连接线、电容箱的内部连线及其转换开关的输入/输出端口等）进行同时补偿，能准确消除所有的因素的分布参数对测试数据的影响，在进行精密测试时，既方便使用又能提高测试的准确性，而且可以保证每次补偿后测试数据的一致性和可重复性。现有的电容箱由于没有此功能，补偿只是包括RLC数字电桥的输入端口、测试连接线做的，并没有包括电容箱的内部连线，以及内部开关的输入/输出端口等部分，故对测试结果会带来一定的误差，特别是在大电容量（低阻抗）时，影响量就非常明显。
3、由于采用1、2、5进制标准，减少了电容箱的体积和重量，既实现了宽量程电容范围的输出，又便于运输和到生产现场使用。
附图说明：
图1为本发明宽量程标准电容箱的面板图；
图2为本发明宽量程标准电容箱的原理图；
图3为本发明宽量程标准电容箱的结构框图；
图4为本发明宽量程标准电容箱的实物电容器外形图；
图5为本发明宽量程标准电容箱的转换开关原理图；
图6为本发明宽量程标准电容箱的转换开关结构图；
图中标记：1-实物电容器，2-转换开关，21-陶瓷波段开关，22-转换开关金属屏蔽盒，23-金属屏蔽板，3-电容器输出端，4-转换开关输入端，5-转换开关输出端，6-电容器金属屏蔽盒。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1-3，一种宽量程标准电容箱，其特征在于，包括：
36只实物电容器1，所述实物电容器1中的标准电容器的电容量分别为：1pF、2pF、5pF、10pF、20pF、50pF、100pF、200pF、500pF、1nF、2nF、5nF、10nF、20nF、50nF、100nF、200nF、500nF、1μF、2μF、5μF、10μF、20μF、50μF、100μF、200μF、500μF、1mF、2mF、5mF、10mF、20mF、50mF、100mF、200mF、500mF；即，所述宽量程标准电容箱采用1、2、5进制，实现其电容量输出范围为1pF～500mF。
4个转换开关2，所述转换开关2的切换方式为1、2、5进制，并设置有转换开关输入端4和转换开关输出端5；所述转换开关输入端4与所述实物电容器1的两极连接；
箱体（未示出），所述箱体上设置有电容箱输出端3，所述电容箱输出端3与所述转换开关输出端5连接，用于输出所述转换开关2选定的所述实物电容器1的容量。
所述电容箱输出端3采用四端对或三端BNC输出。具体地，所述电容箱输出端3，包括电容箱高电极输出端H和电容箱低电极输出端L；所述转换开关输出端5包括转换开关高电极输出端和转换开关低电极输出端；每个所述转换开关的转换开关高电极输出端并联，再与所述电容箱高电极输出端H连接，每个所述转换开关的转换开关低电极输出端并联，再与所述电容箱低电极输出端H连接；进一步地，所述电容箱高电极输出端H包括高电极电压输出端VH和高电极电流输出端IH；所述电容箱低电极输出端L包括低电极电压输出端VL和低电极电流输出端IL。
参见图4，所述实物电容器1，包括电容器金属屏蔽盒以及设置在该电容器金属屏蔽盒内的标准电容器；
所述标准电容器的高电极端H和低电极端L通过绝缘子引出，分别与所述转换开关输入端连接，并通过金属焊片与所述电容器金属屏蔽盒6焊接为屏蔽端G。
参见图5、图6，所述转换开关设置有9组所述转换开关输入端；每个所述转换开关输入端均包括一高电极输入端H（H1,H2,…,H9）和一低电极输入端L（L1,L2,…,L9）；
第一转换开关的所述9组转换开关输入端分别与电容量为：1pF、2pF、5pF、10pF、20pF、50pF、100 pF、200pF、500pF的所述实物电容器的两极对应连接；
第二转换开关的所述9组转换开关输入端分别与电容量为：1nF、2nF、5nF、10nF、20nF、50nF、100nF、200nF、500nF的所述实物电容器的两极对应连接；
第三转换开关的所述9组转换开关输入端分别与电容量为：1μF、2μF、5μF、10μF、20μF、50μF、100μF、200μF、500μF的所述实物电容器的两极对应连接；
第四转换开关的所述9组转换开关输入端分别与电容量为：1mF、2mF、5mF、10mF、20mF、50mF、100mF、200mF、500mF。
所述转换开关2，包括转换开关金属屏蔽盒22以及设置在该转换开关金属屏蔽盒内的陶瓷波段开关21；所述转换开关金属屏蔽盒22内还设置有金属屏蔽板23，将该转换开关金属屏蔽盒22分别两个屏蔽空间，同时将所述陶瓷波段开关21均分为分别位于两个屏蔽空间的两部分，该两部分分别连接所述实物电容器1的高电极端或低电极端。
所述陶瓷波段开关21位于两个屏蔽空间中的两部分各自设置有多层（如：11层），两个屏蔽空间中各有1层与转换开关输出端连接，另有9层分别与所述转换开关输入端对应连接。应当理解，所述陶瓷波段开关21每层单独与所述转换开关输入端4连接只是本发明的选择连接方式之一，也是为了更好说明本发明实施例，其可以每层连接多组所述转换开关输入端4，是本领域人员可以根据本发明的启示容易理解的。
所述宽量程标准电容箱上设置有4个旋钮，该旋钮分别连接4个转换开关2的陶瓷波段开关21，用于通过旋转控制所述陶瓷波段开关21的通断，以选定需要输出的电容容量。
所述旋钮的可旋转角度为300°或360°；优选地，其旋钮以30°为一档控制所述陶瓷波段开关21的通断。应当理解，所述一档的角度可以根据所需要调节的档数设置，并不以30°为限定。
所述转换开关2，还设置有开路补偿功能和短路补偿功能；同时，在所述4个转换开关对应的所述旋钮增加开路档位和短路档位。具体地，所述陶瓷波段开关21位于两个屏蔽空间的两部分各设置1层，其中在高电极的一层的两端接点分别为OH端和SH端，在低电极的另一层的两端接点分别为OL端和SL端，其中SH端与SL端连接作为所述短路补偿功能，OL端和OH端不连接作为所述开路补偿功能；通过本发明设置“开路补偿和短路补偿”的功能，能对整个系统（即RLC数字电桥的输入端口、测试连接线、电容箱的内部连线及其转换开关的输入/输出端口等）的同时补偿，相比较传统的补偿方式，在进行精密测试时，既方便使用又能提高测试的准确性，而且可以保证每次补偿后测试数据的一致性和可重复性，因此可以实现精密测试。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种宽量程标准电容箱，其特征在于，包括：
36只实物电容器，所述实物电容器中的标准电容器的电容量分别为：1pF、2pF、5pF、10pF、20pF、50pF、100pF、200pF、500pF、1nF、2nF、5nF、10nF、20nF、50nF、100nF、200nF、500nF、1μF、2μF、5μF、10μF、20μF、50μF、100μF、200μF、500μF、1mF、2mF、5mF、10mF、20mF、50mF、100mF、200mF、500mF；
4个转换开关，所述转换开关的切换方式为1、2、5进制，并设置有转换开关输入端和转换开关输出端；所述转换开关输入端与所述实物电容器的两极连接；
箱体，所述金属箱体上设置有电容箱输出端，所述电容箱输出端与所述转换开关输出端连接，用于输出所述转换开关选定的所述实物电容器的容量。
2.根据权利要求1所述的宽量程标准电容箱，其特征在于，所述实物电容器，包括电容器金属屏蔽盒以及设置在该电容器金属屏蔽盒内的所述标准电容器；
所述标准电容器的高电极端H和低电极端L通过绝缘子引出，分别与所述转换开关输入端连接，并通过金属焊片与所述电容器金属屏蔽盒焊接为屏蔽端G。
3.根据权利要求2所述的宽量程标准电容箱，其特征在于，
所述转换开关设置有9组所述转换开关输入端；每个所述转换开关输入端均包括一高电极输入端H和一低电极输入端L；
第一转换开关的所述9组转换开关输入端分别与电容量为：1pF、2pF、5pF、10pF、20pF、50pF、100pF、200pF、500pF的所述实物电容器的两极对应连接；
第二转换开关的所述9组转换开关输入端分别与电容量为：1nF、2nF、5nF、10nF、20nF、50nF、100nF、200nF、500nF的所述实物电容器的两极对应连接；
第三转换开关的所述9组转换开关输入端分别与电容量为：1μF、2μF、5μF、10μF、20μF、50μF、100μF、200μF、500μF的所述实物电容器的两极对应连接；
第四转换开关的所述9组转换开关输入端分别与电容量为：1mF、2mF、5mF、10mF、20mF、50mF、100mF、200mF、500mF。
4.根据权利要求3所述的宽量程标准电容箱，其特征在于，所述转换开关，包括转换开关金属屏蔽盒以及设置在该转换开关金属屏蔽盒内的陶瓷波段开关；所述转换开关金属屏蔽盒内还设置有金属屏蔽板，将该转换开关金属屏蔽盒分别两个屏蔽空间，同时将所述陶瓷波段开关均分为分别位于两个屏蔽空间的两部分，该两部分分别连接所述实物电容器的高电极端或低电极端。
5.根据权利要求4所述的宽量程标准电容箱，其特征在于，所述陶瓷波段开关位于两个屏蔽空间中的两部分各自设置有多层，两个屏蔽空间中各有1层与转换开关输出端连接，另各有9层分别与所述转换开关输入端对应连接。
6.根据权利要求5所述的宽量程标准电容箱，其特征在于，所述宽量程标准电容箱上设置有4个旋钮，该旋钮分别连接4个转换开关的陶瓷波段开关，用于通过旋转控制所述陶瓷波段开关的通断，以选定需要输出的电容量。
7.根据权利要求6所述的宽量程标准电容箱，其特征在于，所述旋钮的可旋转角度为300°或360°。
8.根据权利要求7所述的宽量程标准电容箱，其特征在于，所述电容箱输出端采用四端对或三端BNC输出。
9.根据权利要求1-8任一项所述的宽量程标准电容箱，其特征在于，
所述转换开关，还设置有开路补偿功能和短路补偿功能；同时，在所述4个转换开关对应的所述旋钮增加开路档位和短路档位。
10.根据权利要求9所述的宽量程标准电容箱，其特征在于，所述陶瓷波段开关位于两个屏蔽空间的两部分各设置1层，其中在高电极的一层的两端接点分别为OH端和SH端，在低电极的另一层的两端接点分别为OL端和SL端，其中SH端与SL端连接作为所述短路补偿功能，OL端和OH端不连接作为所述开路补偿功能。
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