[实用新型]一种绝对电容和差动电容测量电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电容测量电路，尤其涉及一种利用晶体震荡电路来测量绝对电容和差动电容的电容测量电路，属于电工电子测量装置领域。

背景技术

目前电容测量与处理电路大致可分为：调频法电路、电桥法、直流充放电电路、同步解调器法等。

(1)调频法也叫振荡电路法，它是基于电容/频率转换的思想来检测所测电容的。此类方法是将电容传感器放置于LC或RC谐振回路中组成振荡电路，当被测电容发生变化时，振荡电路的振荡频率将随之变化，通过鉴频电路或计数电路将信号的频率变化量检测出来即得到被测电容的变化。该方法具有结构简单、抗电磁干扰能力强、便于信号传输、输出易于数字化及可获得高电平输出的优点。主要存在的问题是：输出非线性较大；动态特性差。

(2)桥式法也叫调幅法，在较低的频率经常采用此方法实现电容变化的精确测量。交流电桥将电容式传感器接入电桥作为四个相邻臂，通常采用电阻/电容或者电感/电容组成交流电桥，由电容变换转换为电桥的电压输出。再经过放大，检波以及滤波后，输出电压信号。也可以采用差动电容，分别作为比例桥臂，这样可以进一步提高测量精度，减小非线性误差。这种方法的测量精度高，灵敏度和稳定性也好，且寄生电容影响小。但是此方法要求一个高阻抗、低温漂移的运算放大器，这对设计能力和工艺条件来说都具有较高的难度。

(3)直流充放电电路中性能较为优良的电路当属开关电容电路它通过控制几个CMOS开关的通断，对被测电容实行充放电，通过运算放大器A输出一个与被充放电电容相关的电压值以达到测量电容的目的，如专利“差动电容测量电路及多量程测量仪(No:88106571.4)”和专利“电容测量电路与方法(No:01143629.8)”。但是该类型的电路往往采用大量的电子开关，而电子开关往往会带来电荷注入效应导致测量误差，另外，直流电路必然存在着漂移，这使整体电路容易产生零点不稳的问题。

(4)同步解调器法根据电容变化调制正弦或方波振荡的振幅并利用低通滤波转换为测量信号。它使用传感器电子设备上的脉冲电荷转移的标准Δ-Σ调制器:在输入端利用基准电压操作Δ-Σ调制器并评估在输入端支路中电容的变化来测量电容值，如专利“电容测量电路、传感器系统及使用正弦电压信号测量电容的方法(No:201180049243.9)”。该方法测量精度较高，但需要提供正弦波或方波以及正负电源，因此测量电路复杂，成本较高。

发明内容

针对现有电容测量电路和方法存在的问题，本实用新型公开了一种绝对电容和差动电容测量电路，即一种利用晶体震荡电路来测量绝对电容和差动电容的电容测量电路。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种绝对电容和差动电容测量电路，包括测量绝对电容的晶体震荡电路和差动电容测量电路。

所述一种测量绝对电容的晶体震荡电路，包括两个NPN三级管Q1和Q2，四个电阻R1、R2、R3和R4，三个已知电容C1、C2和C3，一个电感L1，一个晶体震荡器Y1，一个反相器U1A和待测电容Cx。

所述待测电容Cx的一号端接地，二号端接晶体震荡器Y1的一号端；晶体震荡器Y1的二号端、电阻R1、R2各自一号端和电容C1的一号端相接，并连接到了NPN三级管Q1的基极；电阻R1的二号端接电源VCC，R2的二号端接地，即R1、R2串联中间抽头接到了三级管Q1的基极，利用它们对电源VCC的分压来提供晶体震荡器Y1的起振电压。

所述电容C1的二号端、电容C2的一号端、电感L1的一号端和NPN三级管Q1的发射极相接，并连接到了NPN三级管Q2的基极；NPN三级管Q1、Q2的集电极均接到了电源VCC。

所述电容C2的二号端、电感L1的二号端、电容C3的一号端和电阻R3的一号端相接；电容C3的二号端和电阻R3的二号端均与地相接；这样电容C2和L1就构成一个LC回路，其谐振频率f₀可由下式计算：式中C2为电容C2的电容值，L1为电感L1的电感值；实际应用中晶体震荡器的标称频率应大于f₀，以使电路起振。

所述NPN三级管Q2的发射极与电阻R4的一号端和反相器U1A的输入端相连，电阻R4的二号端与地相连；反相器U1A的作用是对输出波形进行整形，因为NPN三级管Q2的发射极输出波形为不规则但近似正弦的波形，经反相器U1A整形后输出信号变为一定频率的方波。