CN112666442A - 一种电容esr参数测量方法 - Google Patents

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刘文丰
崔婷婷
皮昌全
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Abstract

本发明属于电容检测技术领域，尤其涉及一种电容ESR参数测量方法。包括以下步骤：对目标电容施加最大工作电流；获取目标电容温度变化量，根据温度变化量计算热增量；根据热增量计算热功率；根据热功率计算目标电容ESR数值。由于目标时间段内电容表面的温度和环境温度相差不大，电容表面与环境之间的热交换很少、可忽略，同时此阶段电容表面的温度与时间呈线性关系，符合Q＝I2Rt，所以我们可以把此阶段计算热能的增加量视为等效串联电阻ESR产出的热量，故通过计算电容的产热再通过热功率可以较准确的计算出ESR数值。

Description

一种电容ESR参数测量方法
技术领域
本发明属于电容检测技术领域，尤其涉及一种电容ESR参数测量方法。
背景技术
真空可变电容是以陶瓷或者玻璃为绝缘外壳、真空为介质、高导无氧铜为电极，采用独特的真空密封技术将内部结构和外界同期隔离，这真空电容内部只有非常少的气体分子存在，不容易产生电弧，可以获得很高的耐压；同时，真空电容内部是真空状态，里面的零部件不容易氧化，故具有性能稳定可靠的特点。
而电容的等效串联电阻值ESR作为高频作业环境中重点考虑的参数，因为ESR直接影响这电路中的产热，导致匹配性能差，调谐漂移，并导致设备故障，因此，所以准确的测量电容的ESR的值是一件急需要解决的技术问题。
但是，目前的测量方式使用较多的网络分析仪测量法无法测量出电容在运作过程中的ESR数值，是为一种静态环境下的测量方式；同时用网络分析仪等仪器测量ESR，一般测量是电容自谐振频率下的值，自谐振频率一般在100MHZ以上，在高频下测量容易受到外界信号的干扰，测量时出现大的数值波动，大大增加测量误差。
发明内容
本申请实施例要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种电容ESR参数测量方法，用于解决电容ESR测量不准确的问题。
本申请实施例解决上述技术问题的技术方案如下：一种电容ESR参数测量方法，包括以下步骤：
对目标电容施加最大工作电流；
获取目标电容温度变化量，根据温度变化量计算热增量；
根据热增量计算热功率；
根据热功率计算目标电容ESR数值。
进一步地，获取目标电容温度变化量，根据温度变化量计算热增量包括：
实时检测目标电容的温度值，绘制目标电容的温度与时间关系曲线图；
获取曲线图中目标时间段内目标电容的温度变化量，根据温度变化量计算热增量。
进一步地，根据温度变化量计算热增量具体为：
Q＝CmΔT；
其中，Q为热增量，C为目标电容比热容，m为目标电容质量，ΔT为目标时间段内目标电容温度变化量。
进一步地，根据热增量计算热功率具体为：
P＝Q(T2-T1)/(t2-t1)；
其中，P为热功率，Q为热增量，t2与t1为目标时间段内任取两点，且t2＞t1，T2与T1分别为t2与t1对应的温度值。
进一步地，根据热功率计算目标电容ESR数值具体为：根据功率与电阻的关系式计算得出ESR；
所述关系式为：P＝I2ESR；
其中，P为热功率，I为施加于目标电容上最大工作电流。
进一步地，所述目标时间段为曲线图中目标电容温度值与环境温度温差小于等于5℃的线性区间段。
本申请实施例中提供的一种或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、目标时间段内电容的温度和环境温度相差不大，电容表面与环境之间的热交换很少、可忽略，同时此阶段电容表面的温度与时间呈线性关系，符合Q＝I2Rt，所以我们可以把此阶段计算热能的增加量视为等效串联电阻ESR产出的热量，故通过计算电容的产热再通过热功率可以较准确的计算出ESR数值。
2、此种测量方式模拟真实使用状态，是为一种动态测试，且避免了利用网络分析仪等仪器测量时外界的信号干扰，故测量出的数值较为准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施例所述的电容ESR参数测量方法流程示意图。
图2为本发明具体实施例所述的温度与时间关系曲线图。
图3为图2中前170s放大示意图。
图4为本发明具体实施例所述的根据温度变化量计算热增量的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例
如图1所示，本发明实施例所提供的一种电容ESR参数测量方法，包括以下步骤：
S1、对目标电容施加最大工作电流；
S2、获取目标电容温度变化量，根据温度变化量计算热增量；
S3、根据热增量计算热功率；
S4、根据热功率计算目标电容ESR数值。
本实施例中，目标电容具体采用真空电容，在工作频率为13.56MHZ的环境下给真空电容施加其最大工作电流，该真空电容的质量为0.9kg，其材质为铜，由此可知铜的比热容为0.39*103J/(kg℃)；
将真空电容置于室温环境下，模拟真实使用环境，利用温度探针实时检测记录其温度值变化情况并记录；
其中，如图4所示，获取目标电容温度变化量，根据温度变化量计算热增量包括：
S201、实时检测目标电容的温度值，绘制目标电容的温度与时间关系曲线图；
具体地，根据实时检测真空电容的温度值，绘制出温度与时间关系的曲线图，如图2所示；
其中，所述目标时间段为曲线图中目标电容表面与环境的温差小于等于5℃的线性区间段。
如图3所示，图中曲线经历CA段和AB段，其中，CA段电容表面温度维持在室温25.5℃左右，此阶段电流逐渐增大到最大允许通过电流，之后进入AB段，此阶段约为具有一定斜率的线性变化区间，由于电容温度不高和外界温度相差不大，故与外界没有太多的热交换，则判断此阶段即AB段的热增量等于等效串联电阻ESR产出的热量，具体地，将AB段分别限定为，电容表面温度开始变化至电容表面测试温度与环境温度差值≤5℃的时间段内。
S202获取曲线图中目标时间段内目标电容的温度变化量，根据温度变化量计算热增量。
其中，根据温度变化量计算热增量具体为：
Q＝CmΔT；
其中，Q为热增量，C为目标电容比热容，m为目标电容质量，ΔT为目标时间段内目标电容温度变化量。
本实施例中，步骤S3根据热增量计算热功率具体为：
P＝Q(T2-T1)/(t2-t1)；
其中，P为热功率，Q为热增量，t2与t1为目标时间段内任取两点，且t2＞t1，T2与T1分别为t2与t1对应的温度值。
由于电容表面温度开始变化至电容表面测试温度与环境温度差值≤5℃的时间段内，即AB段内，真空电容的产热均视为等于等效串联电阻ESR发热，则在此时间段任取两时间点对应的温度值可计算得出真空电容的温度变化量，根据热量公式Q＝CmΔT，可以计算得出真空电容的热增量，再结合具体所取时间段，利用热功率公式P＝Q(T2-T1)/(t2-t1)，计算得出等效串联电阻ESR产生的热功率。
本实施例中，根据热功率计算目标电容ESR数值具体为：根据功率与电阻的关系式计算得出ESR；根据欧姆定律，功率与电阻之间的关系式即为测量得出热功率的具体数值与电阻之间的关系式：
P＝I2ESR；其中，P为热功率，I为施加于目标电容上最大工作电流。
将测得计算出的热功率数值带入关系式P＝I2ESR中，再结合施加在真空电容上的最大工作电流的数值，即可计算得出ESR具体数值；
通过模拟真空电容真实工作环境及状态，真空电容处于合适室温状态，且施加有工作电流，是为一种动态测试，可以具体测出真空电容在运作时的ESR数值，且避免了利用网络分析仪等仪器测量时外界的信号干扰，故测量出的数值较为准确。
效果例
分别利用现有技术中网络分析仪和本实施例测量方法对同款电容，在相同条件下，即相同室温环境下，施加最大工作电流后，测得13.56MHZ下的ESR的五组数值，具体如表1所示。
表1电容ESR测量数据表
测量方法 1次 2次 3次 4次 5次
网络分析仪(mΩ) 11.50 6.30 4.51 9.96 4.13
本实施例(mΩ) 8.10 7.60 8.30 8.00 7.50
根据表1可知，网络分析仪测得五组数据方差值S2 1＝8.70932，本实施例测得数据五组数据方差值S2 2＝0.092，本实施例测得数据方差值S2 2相较于网络分析仪测得数据方差值S2 1减少了约99％，由此可见，则通过本实施例测量方法获得数据较为稳定，不容易受到外界干扰，故本实施例测量方法测出数据更为精准。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种电容ESR参数测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
对目标电容施加最大工作电流；
获取目标电容温度变化量，根据温度变化量计算热增量；
根据热增量计算热功率；
根据热功率计算目标电容ESR数值。
2.根据权利要求1所述的电容ESR参数测量方法，其特征在于：获取目标电容温度变化量，根据温度变化量计算热增量包括：
实时检测目标电容的温度值，绘制目标电容的温度与时间关系曲线图；
获取曲线图中目标时间段内目标电容的温度变化量，根据温度变化量计算热增量。
3.根据权利要求2所述的电容ESR参数测量方法，其特征在于：根据温度变化量计算热增量具体为：
Q＝CmΔT；
其中，Q为热增量，C为目标电容比热容，m为目标电容质量，ΔT为目标时间段内目标电容温度变化量。
4.根据权利要求2所述的电容ESR参数测量方法，其特征在于：根据热增量计算热功率具体为：
P＝Q(T2-T1)/(t2-t1)；
其中，P为热功率，Q为热增量，t2与t1为目标时间段内任取两点，且t2＞t1，T2与T1分别为t2与t1对应的温度值。
5.根据权利要求2所述的电容ESR参数测量方法，其特征在于：根据热功率计算目标电容ESR数值具体为：根据功率与电阻的关系式计算得出ESR；
所述关系式为：P＝I2ESR；
其中，P为热功率，I为施加于目标电容上最大工作电流。
6.根据权利要求2所述的电容ESR参数测量方法，其特征在于：所述目标时间段为曲线图中目标电容温度值与环境温度温差小于等于5℃的线性区间段。
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