JPH0726988B2 - 静電容量測定装置および方法 - Google Patents
静電容量測定装置および方法Info
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- JPH0726988B2 JPH0726988B2 JP1210552A JP21055289A JPH0726988B2 JP H0726988 B2 JPH0726988 B2 JP H0726988B2 JP 1210552 A JP1210552 A JP 1210552A JP 21055289 A JP21055289 A JP 21055289A JP H0726988 B2 JPH0726988 B2 JP H0726988B2
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- input
- charge
- storage capacitor
- resistor
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- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
- G01R27/2605—Measuring capacitance
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、受動電子素子のインピーダンス測定に関す
るものである。特に、充電測定システムを用いた静電容
量測定に関するものである。
るものである。特に、充電測定システムを用いた静電容
量測定に関するものである。
［従来の技術］ 静電容量、漏れ電流、並列抵抗等、コンデンサの種々の
特性を測定するための方法および回路が知られている。
しかし、これらの多くは、複雑であり、解析を行うのが
容易でなく、また高価である。これらの装置において
は、コンデンサブリッジ、演算増幅器等の精密機器が必
要である。これらのものは、設備の整った修理店にしか
ない場合が多い。
特性を測定するための方法および回路が知られている。
しかし、これらの多くは、複雑であり、解析を行うのが
容易でなく、また高価である。これらの装置において
は、コンデンサブリッジ、演算増幅器等の精密機器が必
要である。これらのものは、設備の整った修理店にしか
ない場合が多い。
そこで、電気サービス機器として使用される普通のマル
チメータに、静電容量測定の機能を付加することが望ま
れている。マルチメータは、一般に、電圧、電流、直流
抵抗の測定用として設計されており、小型、軽量で比較
的安価である。そのため、技術サービスにおいて、かな
りポピュラーである。おおまかな静電容量であれば、マ
ルチメータの抵抗測定回路により、未知のコンデンサの
充電時間を見て、測定することができる。しかし、ユー
ザは、安価なままで、より高精度の静電容量測定法を望
んでいる。ところが、上記の複雑な信号調節システム等
の従来の静電容量測定システムを付加すると、コスト増
大が大きく、また一般的なマルチメータの限界を超えて
かさばってしまう。さらに、使用中に、間違って静電容
量測定回路に電圧をかけてしまうことも予想される。だ
からといって、回路保護用の直列インピーダンスを接続
することは現実的でない。なぜなら、付加したインピー
ダンスによりもたらされる誤差を、真の静電容量と区別
することが困難だからである。
チメータに、静電容量測定の機能を付加することが望ま
れている。マルチメータは、一般に、電圧、電流、直流
抵抗の測定用として設計されており、小型、軽量で比較
的安価である。そのため、技術サービスにおいて、かな
りポピュラーである。おおまかな静電容量であれば、マ
ルチメータの抵抗測定回路により、未知のコンデンサの
充電時間を見て、測定することができる。しかし、ユー
ザは、安価なままで、より高精度の静電容量測定法を望
んでいる。ところが、上記の複雑な信号調節システム等
の従来の静電容量測定システムを付加すると、コスト増
大が大きく、また一般的なマルチメータの限界を超えて
かさばってしまう。さらに、使用中に、間違って静電容
量測定回路に電圧をかけてしまうことも予想される。だ
からといって、回路保護用の直列インピーダンスを接続
することは現実的でない。なぜなら、付加したインピー
ダンスによりもたらされる誤差を、真の静電容量と区別
することが困難だからである。
［発明の概要］ この発明に係る静電容量測定装置および方法は、充電測
定システムを用いている。充電回路は基準抵抗と所定電
圧源を備えており、静電容量性素子に直列接続されてい
る。これにより、静電容量性素子は完全に充電される。
積算演算増幅器は、静電容量性素子が充電される間、基
準抵抗に接続される。これに対応する比例電荷は、積算
演算増幅器のフィードバックループに設けられた蓄積コ
ンデンサに蓄積される。この第１の動作状態を、充電サ
イクルと呼ぶ。
定システムを用いている。充電回路は基準抵抗と所定電
圧源を備えており、静電容量性素子に直列接続されてい
る。これにより、静電容量性素子は完全に充電される。
積算演算増幅器は、静電容量性素子が充電される間、基
準抵抗に接続される。これに対応する比例電荷は、積算
演算増幅器のフィードバックループに設けられた蓄積コ
ンデンサに蓄積される。この第１の動作状態を、充電サ
イクルと呼ぶ。
測定サイクルである第２の動作状態において、積算演算
増幅器は充電回路から切り離され、所定の電源に接続さ
れて、蓄積コンデンサの電荷が放電される。蓄積コンデ
ンサは、比較器の入力に接続される。蓄積コンデンサの
電荷が０になると、比較器は出力状態を変化させる（ト
リップする）。蓄積コンデンサの電荷が放電されるのに
要した時間は、静電容量性素子の静電容量に直接比例す
る。その時間は公知技術によって測定可能である。例え
ば、測定サイクルの開始によりクロックパルスの計数を
行い、トリップ点に達した比較器の出力変化により停止
するデジタルカウンタによって可能である。カウンタ出
力によって表わされる時間は、静電容量単位として読み
出すことができる。
増幅器は充電回路から切り離され、所定の電源に接続さ
れて、蓄積コンデンサの電荷が放電される。蓄積コンデ
ンサは、比較器の入力に接続される。蓄積コンデンサの
電荷が０になると、比較器は出力状態を変化させる（ト
リップする）。蓄積コンデンサの電荷が放電されるのに
要した時間は、静電容量性素子の静電容量に直接比例す
る。その時間は公知技術によって測定可能である。例え
ば、測定サイクルの開始によりクロックパルスの計数を
行い、トリップ点に達した比較器の出力変化により停止
するデジタルカウンタによって可能である。カウンタ出
力によって表わされる時間は、静電容量単位として読み
出すことができる。
積算演算増幅器、比較器、デジタルカウンタは、多くの
携帯マルチメータに見られるA/Dコンバータを備えてい
る。よって、この発明によれば、わずかな修正によっ
て、マルチメータに静電容量測定機能を付加することが
できる。
携帯マルチメータに見られるA/Dコンバータを備えてい
る。よって、この発明によれば、わずかな修正によっ
て、マルチメータに静電容量測定機能を付加することが
できる。
この発明の目的は、新たな静電容量測定装置および方法
を提供することである。
を提供することである。
この発明の他の目的は、充電測定システムを用いた静電
容量測定装置を提供することである。
容量測定装置を提供することである。
この発明のさらに他の目的は、コストの増大および装置
の大型化を招来することなく、携帯マルチメータに静電
容量測定機能を与えることである。
の大型化を招来することなく、携帯マルチメータに静電
容量測定機能を与えることである。
この発明の他の目的、特徴、効果は、この分野の専門家
が図面を参照しつつ、以下の詳細な説明を読むことで、
明らかである。
が図面を参照しつつ、以下の詳細な説明を読むことで、
明らかである。
［実施例］ 第１図に、未知のコンデンサ10の静電容量Cxを測定する
システムの、詳細なブロック図を示す。このシステムの
大部分は、マルチメータに見られるような、通常の二重
勾配（dual-slope）A/Dコンバータ（ADC）を用いてい
る。しかし、電圧に関するよりも、電荷Ｑの測定に適し
ている。電荷Ｑは、クーロンで測定され、単位時間、単
位電流あたりの電荷の移動量に等しい。Ｑ＝itである。
システムの、詳細なブロック図を示す。このシステムの
大部分は、マルチメータに見られるような、通常の二重
勾配（dual-slope）A/Dコンバータ（ADC）を用いてい
る。しかし、電圧に関するよりも、電荷Ｑの測定に適し
ている。電荷Ｑは、クーロンで測定され、単位時間、単
位電流あたりの電荷の移動量に等しい。Ｑ＝itである。
二重勾配ADCは、単一利得電圧ホロワ（unitygain volta
ge folloer）として接続されたバッファアンプA1を備え
ている。バッファアンプA1の負荷抵抗12は、Rbの抵抗値
を有し、積算演算増幅器A2の反転入力に接続されてい
る。演算増幅器A2の出力と反転入力間には、Cbの値のコ
ンデンサ14が接続されている。増幅器A1,A2のオフセッ
ト電圧および電流は、説明上、無視できるものと仮定す
る。積算演算増幅器A2の出力は、比較器A3の一方の入力
に接続される。この比較器A3の他方の入力には、増幅器
A2の反転入力が接続される。第１図をよく見ると、比較
器A3の２つの入力の間に、コンデンサ14が接続されてい
ることがわかる。比較器A3の出力は、カウンタ16のイン
ヒビット入力もしくは「カウント停止」入力に接続され
る。カウンタ16は、測定サイクル中には、クロック源18
からのクロック信号を計数する。計数結果は、測定・表
示ユニット20に転送される。システム全体の動作は、制
御ロジックユニット22によりなされる。この制御ロジッ
クユニット22は、マイクロプロセッサーおよびタイミン
グ回路を備えていることが好ましい。回路の動作を参照
すれば、この発明がよく理解できるであろう。
ge folloer）として接続されたバッファアンプA1を備え
ている。バッファアンプA1の負荷抵抗12は、Rbの抵抗値
を有し、積算演算増幅器A2の反転入力に接続されてい
る。演算増幅器A2の出力と反転入力間には、Cbの値のコ
ンデンサ14が接続されている。増幅器A1,A2のオフセッ
ト電圧および電流は、説明上、無視できるものと仮定す
る。積算演算増幅器A2の出力は、比較器A3の一方の入力
に接続される。この比較器A3の他方の入力には、増幅器
A2の反転入力が接続される。第１図をよく見ると、比較
器A3の２つの入力の間に、コンデンサ14が接続されてい
ることがわかる。比較器A3の出力は、カウンタ16のイン
ヒビット入力もしくは「カウント停止」入力に接続され
る。カウンタ16は、測定サイクル中には、クロック源18
からのクロック信号を計数する。計数結果は、測定・表
示ユニット20に転送される。システム全体の動作は、制
御ロジックユニット22によりなされる。この制御ロジッ
クユニット22は、マイクロプロセッサーおよびタイミン
グ回路を備えていることが好ましい。回路の動作を参照
すれば、この発明がよく理解できるであろう。
制御ロジック回路22は、スイッチ駆動回路24に対し、ス
イッチロジック信号を送る。スイッチ駆動回路24は、マ
トリックスで表わされている。マトリックスの縦列は、
各スイッチS1〜S6に対応し、破線により関係付けられて
いる。横行は、各機能に対応している。スイッチ駆動回
路24とこれに連結したスイッチは、当業者によく知られ
ている種々の方法で、実現できる。マトリックス中の黒
い点は、スイッチが閉じていることを示しており、黒点
が無いことは、スイッチが開いていることを示してい
る。
イッチロジック信号を送る。スイッチ駆動回路24は、マ
トリックスで表わされている。マトリックスの縦列は、
各スイッチS1〜S6に対応し、破線により関係付けられて
いる。横行は、各機能に対応している。スイッチ駆動回
路24とこれに連結したスイッチは、当業者によく知られ
ている種々の方法で、実現できる。マトリックス中の黒
い点は、スイッチが閉じていることを示しており、黒点
が無いことは、スイッチが開いていることを示してい
る。
未知の静電容量を充電する経路には、抵抗値RREFの基準
抵抗30と、抵抗値RPの過電圧保護抵抗32が設けられてい
る。抵抗32は、入力端子34への過誤の電圧印加によるダ
メージから、入力回路を保護するものである。容易にわ
かるように、抵抗値RPは、未知の静電容量Cxの決定に影
響を与えないものである。
抵抗30と、抵抗値RPの過電圧保護抵抗32が設けられてい
る。抵抗32は、入力端子34への過誤の電圧印加によるダ
メージから、入力回路を保護するものである。容易にわ
かるように、抵抗値RPは、未知の静電容量Cxの決定に影
響を与えないものである。
未知の静電容量を測定する第１のステップにおいては、
システムの初期化がなされる。制御ロジック回路22がス
イッチ駆動回路24に「初期化」信号を送ると、スイッチ
S1,S3,S5,S6が閉じる。スイッチS1を閉じることによっ
て、抵抗30と32の接続点が接地され、未知のコンデンサ
10が完全に放電される。スイッチS3を閉じることによっ
て、バッファアンプA1の入力が接地され、抵抗12を介し
て、演算増幅器A2の反転入力にグランド電圧（ゼロボル
ト）が印加される。スイッチS5を閉じることによって、
演算増幅器の非反転入力が接地され、コンデンサ14を完
全に放電する。スイッチS6を閉じることによって、比較
器A3の出力はゼロボルトにセットされる。
システムの初期化がなされる。制御ロジック回路22がス
イッチ駆動回路24に「初期化」信号を送ると、スイッチ
S1,S3,S5,S6が閉じる。スイッチS1を閉じることによっ
て、抵抗30と32の接続点が接地され、未知のコンデンサ
10が完全に放電される。スイッチS3を閉じることによっ
て、バッファアンプA1の入力が接地され、抵抗12を介し
て、演算増幅器A2の反転入力にグランド電圧（ゼロボル
ト）が印加される。スイッチS5を閉じることによって、
演算増幅器の非反転入力が接地され、コンデンサ14を完
全に放電する。スイッチS6を閉じることによって、比較
器A3の出力はゼロボルトにセットされる。
次に、制御ロジック回路22が「Cx充電」信号をスイッチ
駆動回路に送ると、一定時間t1の間、スイッチS1,S3,S
5,S6が開き、スイッチS2A,S2B,S2Cが閉じて、充電サイ
クルが実行される。時間t1の間、所定電圧の基準電源36
が、基準抵抗30とバッファアンプA1の接続点に接続され
る。よって、基準電圧源36が抵抗12の一端に接続され
る。未知のコンデンサ10には、基準抵抗30および過電圧
保護抵抗32を介して、基準電源36の直流基準電圧VREFが
供給され、これにより、未知のコンデンサ10は、基準電
圧VREFに近付くように充電され始める。また、コンデン
サ14も、抵抗12を介して、充電され始める。抵抗30を流
れる充電電流は、それに比例した電圧を抵抗30の両端に
生じる。コンデンサ10の充電によって、演算増幅器A3の
非反転入力に与えられる電圧は（VREFに近付くように）
増加し、抵抗30両端の電圧は減少する。すなわち、演算
増幅器A2の二つの入力は、抵抗30を流れる充電電流を測
定するために、抵抗30の両端に接続され、演算増幅器の
作用によって、増幅器A2とコンデンサ14は、抵抗12に流
れる電流に比例した値を積算する。したがって、コンデ
ンサ10の充電電流の時間t1にわたる積算が、蓄積コンデ
ンサ14に比例電荷として蓄積される。蓄積コンデンサ14
への正確な充電を期するため、時定数の数倍時間コンデ
ンサ10を充電し、最終電圧VREFとしなければならない、
あるいは時間t1をt1≫（RREF＋Rp）Cxとしなければなら
ない。実際上は、コンデンサは時定数の５倍の時間内に
充電されるとみなせる。なぜなら、このとき、最終電圧
の約99.3％に達するからである。コンデンサ10が充電し
終わると、抵抗30に電流は流れなくなる。そして、演算
増幅器の二つの入力がVREFでバランスし、抵抗12を電流
が流れなくなるので、コンデンサ14には電荷が蓄積され
なくなる。第２図に、コンデンサ10の充電カーブを示
す。時間t1の終了により、制御ロジック回路22のタイミ
ング回路が、スイッチS2A,S2B,S2Cを開くよう指示す
る。
駆動回路に送ると、一定時間t1の間、スイッチS1,S3,S
5,S6が開き、スイッチS2A,S2B,S2Cが閉じて、充電サイ
クルが実行される。時間t1の間、所定電圧の基準電源36
が、基準抵抗30とバッファアンプA1の接続点に接続され
る。よって、基準電圧源36が抵抗12の一端に接続され
る。未知のコンデンサ10には、基準抵抗30および過電圧
保護抵抗32を介して、基準電源36の直流基準電圧VREFが
供給され、これにより、未知のコンデンサ10は、基準電
圧VREFに近付くように充電され始める。また、コンデン
サ14も、抵抗12を介して、充電され始める。抵抗30を流
れる充電電流は、それに比例した電圧を抵抗30の両端に
生じる。コンデンサ10の充電によって、演算増幅器A3の
非反転入力に与えられる電圧は（VREFに近付くように）
増加し、抵抗30両端の電圧は減少する。すなわち、演算
増幅器A2の二つの入力は、抵抗30を流れる充電電流を測
定するために、抵抗30の両端に接続され、演算増幅器の
作用によって、増幅器A2とコンデンサ14は、抵抗12に流
れる電流に比例した値を積算する。したがって、コンデ
ンサ10の充電電流の時間t1にわたる積算が、蓄積コンデ
ンサ14に比例電荷として蓄積される。蓄積コンデンサ14
への正確な充電を期するため、時定数の数倍時間コンデ
ンサ10を充電し、最終電圧VREFとしなければならない、
あるいは時間t1をt1≫（RREF＋Rp）Cxとしなければなら
ない。実際上は、コンデンサは時定数の５倍の時間内に
充電されるとみなせる。なぜなら、このとき、最終電圧
の約99.3％に達するからである。コンデンサ10が充電し
終わると、抵抗30に電流は流れなくなる。そして、演算
増幅器の二つの入力がVREFでバランスし、抵抗12を電流
が流れなくなるので、コンデンサ14には電荷が蓄積され
なくなる。第２図に、コンデンサ10の充電カーブを示
す。時間t1の終了により、制御ロジック回路22のタイミ
ング回路が、スイッチS2A,S2B,S2Cを開くよう指示す
る。
制御ロジック回路22が「Cx測定」信号をスイッチ駆動回
路24に送ると、スイッチS3,S4が閉じ、測定サイクルと
なる。同時に、カウンタ16がクロック源18の信号の計数
を開始し、時間t2まで行う。スイッチS3を閉じると、バ
ッファアンプA1の入力が接地され、これに伴い、抵抗12
の一端も接地される。スイッチS4を閉じると、演算増幅
器A2の非反転入力に、基準電圧VREFが印加される。基準
電圧VREFは、演算増幅器の機能により、両増幅器A2,A3
の反転入力にも現われる。したがって、基準電圧VREFは
抵抗12にも印加され、コンデンサ14を直線的に放電する
一定電流が抵抗12に流れる。比較器A3の非反転入力に印
加される直線的に増加する電圧が、反転入力に印加され
ている基準電圧VREFに一致し、コンデンサ14の電荷がゼ
ロに落ちたことを示すと、比較器A3は出力状態を変化
し、カウンタ16を停止させる。そして、制御ロジック回
路22は、スイッチS3,S4を開き、カウンタ16の計数結果
を読む。第３図に、コンデンサ14の放電波形と、時間経
過測定を示す。
路24に送ると、スイッチS3,S4が閉じ、測定サイクルと
なる。同時に、カウンタ16がクロック源18の信号の計数
を開始し、時間t2まで行う。スイッチS3を閉じると、バ
ッファアンプA1の入力が接地され、これに伴い、抵抗12
の一端も接地される。スイッチS4を閉じると、演算増幅
器A2の非反転入力に、基準電圧VREFが印加される。基準
電圧VREFは、演算増幅器の機能により、両増幅器A2,A3
の反転入力にも現われる。したがって、基準電圧VREFは
抵抗12にも印加され、コンデンサ14を直線的に放電する
一定電流が抵抗12に流れる。比較器A3の非反転入力に印
加される直線的に増加する電圧が、反転入力に印加され
ている基準電圧VREFに一致し、コンデンサ14の電荷がゼ
ロに落ちたことを示すと、比較器A3は出力状態を変化
し、カウンタ16を停止させる。そして、制御ロジック回
路22は、スイッチS3,S4を開き、カウンタ16の計数結果
を読む。第３図に、コンデンサ14の放電波形と、時間経
過測定を示す。
経過時間t2は、スイッチS3,S4を閉じた時から比較器A3
のトリップ点までで測定され、コンデンサ10、コンデン
サ14に蓄積された電荷の双方に比例するものである。基
準電圧VREFは、コンデンサ10の充電およびコンデンサ14
の放電の双方に用いられるので、時間t2は基準電圧VREF
に影響されない。充電および放電動作を示す式は下記の
通りである： Q10＝VREF・Cx （１） Q14＝Q10・（RREF／Rb）＝（VREF／Rb）・t2 （２） 式（１）と（２）を組合せると、下式が導かれる： Cx＝t2／RREF （３） よって、未知のコンデンサ10の静電容量Cxが、測定・表
示ユニット20により迅速に決定され、静電容量の単位と
ともに表示される。
のトリップ点までで測定され、コンデンサ10、コンデン
サ14に蓄積された電荷の双方に比例するものである。基
準電圧VREFは、コンデンサ10の充電およびコンデンサ14
の放電の双方に用いられるので、時間t2は基準電圧VREF
に影響されない。充電および放電動作を示す式は下記の
通りである： Q10＝VREF・Cx （１） Q14＝Q10・（RREF／Rb）＝（VREF／Rb）・t2 （２） 式（１）と（２）を組合せると、下式が導かれる： Cx＝t2／RREF （３） よって、未知のコンデンサ10の静電容量Cxが、測定・表
示ユニット20により迅速に決定され、静電容量の単位と
ともに表示される。
コンデンサ10は、第１図に示すように、スイッチS1を閉
じることによって放電され、入力回路から安全に切り離
される。実際には、コンデンサ14に測定用の電荷が蓄積
された後ならば、コンデンサ10はいつ放電してよい。連
続して測定を行うのであれば、測定サイクル中にコンデ
ンサ10を放電しておくことが好ましい。次の「初期化」
段階に先立っての放電が迅速になるからである。
じることによって放電され、入力回路から安全に切り離
される。実際には、コンデンサ14に測定用の電荷が蓄積
された後ならば、コンデンサ10はいつ放電してよい。連
続して測定を行うのであれば、測定サイクル中にコンデ
ンサ10を放電しておくことが好ましい。次の「初期化」
段階に先立っての放電が迅速になるからである。
上記の１回の測定では、十分な精度が得られない場合に
は、コンデンサ10の充電・放電サイクルを２回以上繰り
返せばよい。これにより、コンデンサ10には、１サイク
ルの数倍の値が蓄積される。測定された数倍値を、コン
デンサ10の充電・放電サイクルの回数により単純に割れ
ば、Cxの値を高精度に求められる。蓄積の方法は、２重
勾配測定法の適用可能な改良法とともに、当業者によく
知られている。
は、コンデンサ10の充電・放電サイクルを２回以上繰り
返せばよい。これにより、コンデンサ10には、１サイク
ルの数倍の値が蓄積される。測定された数倍値を、コン
デンサ10の充電・放電サイクルの回数により単純に割れ
ば、Cxの値を高精度に求められる。蓄積の方法は、２重
勾配測定法の適用可能な改良法とともに、当業者によく
知られている。
ほとんどの場合、第１図のダイアグラムは、マルチメー
タの抵抗測定機能にも用いることができる。したがっ
て、マルチメータの設計において、抵抗測定とコンデン
サ測定の両方を実現するための回路の追加および付加
を、極めて小さくできる。
タの抵抗測定機能にも用いることができる。したがっ
て、マルチメータの設計において、抵抗測定とコンデン
サ測定の両方を実現するための回路の追加および付加
を、極めて小さくできる。
商業的実施例においては、この発明に係る方法および装
置は、1pFから５μＦまでの未知の静電容量を測定でき
る。もっとも、回路定数を調整することにより、上記範
囲外の静電容量も容易に測定可能である。上で述べた商
業的実施例における定数値は、次のとおりである。VREF
＝＋1.23V、RREF＝10MΩ、1MΩ、100KΩもしくは1KΩき
ざみに選んだ値、Rp＝2KΩ、Rb＝16.6KΩ、Cb＝0.022μ
Ｆ。時間t1は、RREFと同様に、時定数の数倍を超える範
囲で、任意に選択することができる。ただし、この実施
例では、t1は正確に100mSecとした。この時間は、ロジ
ック回路22内のタイミング回路により、クロック源18を
用いてセットされる。この点から、クロック源18は安定
なものであり、全ての付随機能に十分な周波数（例え
ば、40KHz）の精密クオーツ発振器であることが好まし
い。
置は、1pFから５μＦまでの未知の静電容量を測定でき
る。もっとも、回路定数を調整することにより、上記範
囲外の静電容量も容易に測定可能である。上で述べた商
業的実施例における定数値は、次のとおりである。VREF
＝＋1.23V、RREF＝10MΩ、1MΩ、100KΩもしくは1KΩき
ざみに選んだ値、Rp＝2KΩ、Rb＝16.6KΩ、Cb＝0.022μ
Ｆ。時間t1は、RREFと同様に、時定数の数倍を超える範
囲で、任意に選択することができる。ただし、この実施
例では、t1は正確に100mSecとした。この時間は、ロジ
ック回路22内のタイミング回路により、クロック源18を
用いてセットされる。この点から、クロック源18は安定
なものであり、全ての付随機能に十分な周波数（例え
ば、40KHz）の精密クオーツ発振器であることが好まし
い。
前述の目的もしくは他の目的が達成されたことを理解い
ただける筈である。ただし、上記に示されて説明された
この発明の実施例は、単に説明のためのものであり、発
明がこれに限定されるものではない。
ただける筈である。ただし、上記に示されて説明された
この発明の実施例は、単に説明のためのものであり、発
明がこれに限定されるものではない。
第１図は、この発明に係る静電容量測定システムを示す
ブロック図である。 第２図は、未知の静電容量の充電曲線を示す図であり、
第１図のシステムの動作説明に用いるものである。 第３図は、第１図のシステムの静電容量の測定状態を示
す波形図である。 A1……バッファアンプ A2……積算演算増幅器 A3……比較器 10……未知のコンデンサ 16……カウンタ 14……コンデンサ 30……基準抵抗 36……基準電源
ブロック図である。 第２図は、未知の静電容量の充電曲線を示す図であり、
第１図のシステムの動作説明に用いるものである。 第３図は、第１図のシステムの静電容量の測定状態を示
す波形図である。 A1……バッファアンプ A2……積算演算増幅器 A3……比較器 10……未知のコンデンサ 16……カウンタ 14……コンデンサ 30……基準抵抗 36……基準電源
Claims (9)
- 【請求項１】静電容量性素子の静電容量を測定する装置
であって、 基準電圧を前記静電容量性素子に蓄積するため、第１の
動作状態において、前記静電容量性素子に直列に接続さ
れうる基準抵抗と、前記基準抵抗および前記静電容量性
素子の直列接続に接続されうる直流基準電圧源とを備え
た充電回路、 前記基準抵抗を通過する充電電流を検出して、前記入力
抵抗から前記蓄積コンデンサを通過する対応する比例電
流をこれから生成するため、前記第１の動作状態におい
て、前記充電回路と接続される、入力抵抗および蓄積コ
ンデンサの直列接続を有する、蓄積コンデンサに前記静
電容量性素子の容量に比例した電荷を蓄積するための電
荷蓄積手段、 第２の動作状態において、前記電荷蓄積手段に接続され
て前記電荷を測定する測定手段、 を備えたものにおいて、 前記電荷蓄積手段は、前記基準抵抗を通過する電流に対
応した電流を積算するため、第１の動作状態において、
前記入力抵抗を介して前記基準抵抗の一端に接続される
第１の入力と、前記基準抵抗の他端に接続される第２の
入力とを有する演算増幅器を備えたもの。 - 【請求項２】請求項１の装置において、前記直流基準電
圧は、前記静電容量性素子が完全に充電されるに十分な
長さの所定時間、前記基準抵抗および前記静電容量性素
子の直列接続に対して印加されることを特徴とするも
の。 - 【請求項３】静電容量性素子の静電容量を測定する装置
であって、以下を備えたもの： 基準電圧を前記静電容量性素子に蓄積するため、第１の
動作状態において、前記静電容量性素子に直列に接続さ
れうる基準抵抗と、前記基準抵抗および前記静電容量性
素子の直列接続に接続されうる直流基準電圧源とを備え
た充電回路、 前記基準抵抗を通過する充電電流を検出して、前記入力
抵抗から前記蓄積コンデンサを通過する対応する比例電
流をこれから生成するため、前記第１の動作状態におい
て、前記充電回路と接続される、入力抵抗および蓄積コ
ンデンサの直列接続を有し、蓄積コンデンサに前記静電
容量性素子の容量に比例した電荷を蓄積するための手
段、 第２の動作状態において、前記電荷蓄積手段に接続され
て前記電荷を測定する測定手段であって、この電荷測定
手段が、制御された係数で前記蓄積コンデンサから電荷
を放電するための手段を備えており、さらに前記電荷放
電手段が、前記第２の状態において、前記入力抵抗を介
して接地される第１の入力と、前記基準電源に接続され
る第２の入力とを有する積算演算増幅器を備えているよ
うな電荷測定手段。 - 【請求項４】請求項３の装置において、前記測定装置
は、さらに、前記蓄積コンデンサの前記電荷の放電に要
した時間を測定する手段を備えていることを特徴とする
もの。 - 【請求項５】請求項４の装置において、前記時間測定手
段は、クロックパルス源とこのクロックパルスを計数す
るカウンタとを備えており、このカウンタは第２の動作
状態の開始とともに動作し、蓄積コンデンサの電荷がゼ
ロになった時に停止するものであることを特徴とするも
の。 - 【請求項６】請求項３の装置において、前記直流基準電
圧は、前記静電容量性素子が完全に充電されるに十分な
長さの所定時間、前記基準抵抗および前記静電容量性素
子の直列接続に対して印加されることを特徴とするも
の。 - 【請求項７】静電容量性素子の静電容量を測定する装置
であって、以下を備えたもの： 前記静電容量性素子に直列に接続される基準抵抗、 第１の動作状態の間、前記基準抵抗と前記静電容量性素
子にわたって接続される所定の直流基準電圧、 蓄積コンデンサを有する積算演算増幅器であり、該蓄積
コンデンサは積算演算増幅器の第１の入力と出力との間
のフィードバックループに接続されるとともに、該積算
演算増幅器は第１の動作状態において入力抵抗を介して
前記基準抵抗の一端に接続される第１の入力を有し、さ
らに該積算演算増幅器は第２の動作状態において前記入
力抵抗を介して接地される前記第１の入力と、所定電圧
源の接続される第２の入力とを有しているような積算演
算増幅器、 第１の入力が前記蓄積コンデンサの一端に接続され、第
２の入力が前記蓄積コンデンサの他端に接続された比較
器、 前記積算演算増幅器の第１および第２の動作状態を制御
する制御手段、 前記制御手段および前記比較器の出力に接続され、前記
蓄積コンデンサの電荷放電に要した時間を測定する測定
手段。 - 【請求項８】静電容量性素子の静電容量を測定する方法
であって下記のステップを備えたもの： 充電回路を介して静電容量性素子を充電し、同時に充電
回路に接続された蓄積コンデンサに静電容量性素子の静
電容量に比例した電荷を蓄積し、 制御係数により、蓄積コンデンサを放電し、 蓄積コンデンサを放電するに要した時間を測定する。 - 【請求項９】請求項８の方法において、 前記充電および前記蓄積が複数回行われることを特徴と
するもの。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/248,489 US5073757A (en) | 1988-09-23 | 1988-09-23 | Apparatus for and method of measuring capacitance of a capacitive element |
| US248,489 | 1988-09-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02194367A JPH02194367A (ja) | 1990-07-31 |
| JPH0726988B2 true JPH0726988B2 (ja) | 1995-03-29 |
Family
ID=22939371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1210552A Expired - Lifetime JPH0726988B2 (ja) | 1988-09-23 | 1989-08-15 | 静電容量測定装置および方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5073757A (ja) |
| EP (1) | EP0360605B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0726988B2 (ja) |
| CN (1) | CN1041457A (ja) |
| CA (1) | CA1327994C (ja) |
| DE (1) | DE68916144T2 (ja) |
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- 1989-09-20 CN CN89107509A patent/CN1041457A/zh active Pending
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