[发明专利]一种电容测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及电变量的测量领域，具体涉及一种电容的测量。

背景技术

电容测量目前的工学领域中有着广泛的应用，然而在很多应用场合，对于未知容量电容的测量和电容的测量精度的要求也越来越高。目前电容测量电路究其工作原理，主要有，LC谐振式电容测量电路，电桥式电容测量电路，RC振荡式电容测量电路，RC充放电式电容测量电路。

然而上述测量电路都存在不足之处：

LC谐振式电容测量电路的测量精度常常受以下条件影响：接线处和电感线圈的分布电容过大会导致误差；谐振频率过高时，布线和引线也会参与谐振，导致测量误差；谐振回路的品质因数过低，导致回路谐振曲线过于平坦，难以找出谐振点，导致测量误差；

电桥式电容测量电路虽然测量精度较高，但是操作较复杂，信号源的频率以及电桥的结构对测量精度的影响较大；

RC振荡式电容测量电路虽然结构简单，但是实际使用时，校正麻烦，而且量程有限，在宽范围测试或测量时，需要手动切换量程；

RC充放电式电容测量电路在测量小容量电容时，往往精度和量程有限，如需提高精度或扩大量程，需要较大的充放电回路的电阻阻值，使得RC充放电常数尽可能大，这样则需要手动切换量程。

发明内容

鉴于现有技术之不足，本发明提供了一种结构简单，测量精度高且可以自动切换量程的电容测量装置，该装置基于RC充放电原理，通过单片机调节输出可调PWM脉冲，延长电容充电时间，从而达到根据电容容量改变量程并减小测量误差的目的。

本发明解决上述问题的技术方案如下：

一种电容测量装置，它包括以单片机控制器为核心，配以充电电路和充电检测电路构成的电容测量电路，其特征在于，

所述的单片机控制器为单片机及其外围电路构成的单片机最小系统；

所述的充电电路由电压跟随器、定值电阻和双向电子开关依次连接组成；其中，所述的双向电子开关的控制端与所述单片机的一I/O口链接；

所述的充电检测电路为充电电压比较器，该充电电压比较器的正相输入端对地跨接有待测电容，反相输入端设有参考电压源，输出端与单片机的一I/O口连接；

所述的电压跟随器的输入端与单片机的一I/O口连接，输出端经所述定值电阻和双向电子开关与充电电压比较器的正相输入端相连；所述的单片机调制出PWM脉冲控制所述的双向电子开关为待测电容充电，由单片机按下式(II)算出待测电容的容量，

CX=-d·T·NR×(ln(Uh-UREFUh))---(II)]]>

式(II)中，C_X表示待测电容的容量，d表示PWM脉冲的占空比，T表示PWM脉冲的周期，N表示PWM脉冲的个数，R表示所述电阻的阻值，U_h表示电压跟随器的输出电压，U_RPF表示充电电压比较器翻转时待测电容两端电压。

为了提高电路的稳定性和测量精度，本发明所述的电容测量装置还包括一脉冲整形电路，该电路串设在所述的双向电子开关的控制端与所连接的单片机的I/O口之间。