一種電容容值測量裝置的電路結構及測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于電容檢測技術領域，具體地說，是涉及一種用于檢測電容的電容值的測量裝置以及所述測量裝置中的電路結構設計。
【背景技術】
[0002]在電子工程設計領域，萬用表可以說是每一個電子工程師必備的測量工具。但是，目前一般的萬用表只能測量電壓、電阻和電流等參數(shù)，很少有萬用表具有測量電容容值的功能。少數(shù)能夠測試電容容值的萬用表，其價格往往比較昂貴，市場售價一般都在幾千元左右，而且測量出的電容容值往往也不夠準確，因此，實際使用情況并不理想。

【發(fā)明內容】

[0003]本實用新型的目的在于提供一種電容容值測量裝置的電路結構，可以將電容值量化為時間值，從而為技術人員后續(xù)進行的電容值計算提供一個中間參數(shù)。
[0004]為解決上述技術問題，本實用新型采用以下技術方案予以實現(xiàn):
[0005]一種電容容值測量裝置的電路結構，設置有選通電路、RC電路、計時器和兩個用于外接待測電容的電極；兩個所述的電極分別與RC電路中已知電容的兩端對應連接；所述選通電路分別與兩路極性相反的參考電壓對應連接，選擇其中一路參考電壓與所述的RC電路連通；所述RC電路根據(jù)所述已知電容和待測電容的充放電狀態(tài)觸發(fā)計時器，通過計時器記錄所述已知電容和待測電容的充放電時間。
[0006]為了使系統(tǒng)能夠自動判斷出電容放電結束的時刻，所述RC電路優(yōu)選設計成RC積分電路，包括運算放大器、電阻和所述的已知電容；所述運算放大器的同相輸入端接地，反相輸入端與所述電阻串聯(lián)后，連接至所述的選通電路，用于與所述的第一路參考電壓或者第二路參考電壓連通；所述已知電容連接在所述運算放大器的反相輸入端與輸出端之間；利用所述運算放大器輸出電平的狀態(tài)變化觸發(fā)所述的計時器。
[0007]優(yōu)選的，在所述RC積分電路中還設置有一比較器，所述比較器的反相輸入端連接所述運算放大器的輸出端，比較器的同相輸入端接地，利用比較器輸出的高低電平變化觸發(fā)所述的計時器。
[0008]進一步的，所述運算放大器和比較器的電源端分別連接一直流電源，所述運算放大器和比較器的接地端分別連接系統(tǒng)地。
[0009]優(yōu)選的，所述計時器優(yōu)選集成在一顆處理器中，所述比較器的輸出端連接處理器的中斷接口。由于處理器響應中斷的速度非?？?，只需要幾個機器周期，因此可以提高計時器計時的準確度。
[0010]作為所述選通電路的一種優(yōu)選結構設計，本實用新型在所述選通電路中設置有兩個開關管，兩個開關管的控制極接收通路切換信號，兩個開關管的開關通路分別連接在所述第一路參考電壓與Re電路之間或者連接在所述第二路參考電壓與RC電路之間。
[0011]優(yōu)選的，所述開關管優(yōu)選采用N溝道MOS管，兩個N溝道MOS管的柵極分別接收通路切換信號，漏極分別與所述的第一路參考電壓和第二路參考電壓一一對應連接，源極連接所述的RC電路。
[0012]為了提高測量精度，在所述測量裝置上還設置有校準按鍵，所述校準按鍵的一端接地，另一端連接處理器，并通過上拉電阻連接直流電源，通過操作所述的校準按鍵，可以控制系統(tǒng)進入自動校準模式，以對系統(tǒng)中的已知電容的容值及放電時間參數(shù)進行校準。
[0013]為了對系統(tǒng)的工作狀態(tài)進行清楚地指示，在所述測量裝置上還設置有指示燈，將所述指示燈的陽極連接所述的處理器，陰極通過限流電阻接地，通過改變指示燈的發(fā)光狀態(tài)，來指示系統(tǒng)當前的工作狀態(tài)。
[0014]基于上述電路結構設計，本實用新型還提供了一種電容容值測量裝置，設置有選通電路、RC電路、計時器和兩個用于外接待測電容的電極；兩個所述的電極分別與RC電路中已知電容的兩端對應連接；所述選通電路分別與兩路極性相反的參考電壓對應連接，選擇其中一路參考電壓與所述的RC電路連通；所述RC電路根據(jù)所述已知電容和待測電容的充放電狀態(tài)觸發(fā)計時器，通過計時器記錄所述已知電容和待測電容的充放電時間。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的優(yōu)點和積極效果是:本實用新型的電容容值測量裝置通過將待測電容的電容值量化為時間值，然后借助已知電容的電容值所對應的量化時間值，技術人員便可反推出所述待測電容的電容值，由此不僅提高了電容容值的測量精度，而且所需搭建的硬件電路結構簡潔，成本低廉，可以方便地集成到普通的萬用表中，在使萬用表具有電容測量功能的同時，不會造成萬用表價格的明顯提升。
[0016]結合附圖閱讀本實用新型實施方式的詳細描述后，本實用新型的其他特點和優(yōu)點將變得更加清楚。
【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型所提出的電容容值測量裝置的一種實施例的電路原理框圖；
[0018]圖2是本實用新型所提出的電容容值測量裝置的另外一種實施例的電路原理框圖；
[0019]圖3是圖2所示電路原理框圖所對應的一個具體實施例的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細地說明。
[0021]本實施例為了簡化電容容值測量裝置的軟硬件設計，提出了一種將電容值量化為時間值的設計思想，根據(jù)時間值的不同反推出該時間值所對應的電容值。具體來說，可以首先將已知電容的電容值C。量化為時間值T。，然后將待測電容與已知電容的電容值之和量化為時間值Tt，進而利用電容值與時間值的對應關系:Tycc=Tt/(ca+c。)，即可反推出所述待測電容的電容值Ca=CjTtZX-Cc。
[0022]為了將電容值量化為時間值，本實施例采用對電容充放電的方式設計實現(xiàn)。具體來講，可以首先選擇一路參考電壓Vkef對RC電路中的已知電容C。充電，待所述已知電容C。充滿電后，控制所述已知電容C。放電，并記錄所述已知電容C。所需的放電時間，記為T。。
[0023]在本實施例中，考慮到已知電容C。上的充電電壓永遠不會到達V EEF,只是充電時間越長，已知電容C。上的電壓越接近VKEF。為了保證計算結果的有效性，本實施例定義當已知電容C。上的電壓達到90%*VKEF以上時，就認為已知電容C。已充滿電。為了進一步提高電容測量的準確性，可以將對所述已知電容C。充電的時間設定得盡量長些，至少應設置充電時間Tc>2R (Ca+C。)，例如設定成2.5R (Ca+Cc)、3R (Ca+C。)或者更長的時間，以保證已知電容C。以及在后續(xù)對待測電容Ca進行容值測量時，已知電容C。和待測電容Ca都能充滿電。待已知電容C。充電結束后，切斷參考電壓Vkef，控制所述已知電容C。放電，并記錄所述已知電容C。的放電時間T。。所述放電時間T。即已知電容C。從開始放電到已知電容C。上的電荷為O時所需的時間。然后，利用電容的充放電公式:Te=2*R*C。，即可計算出所述已知電容C。的電容值。公式中，R為所述RC電路中電阻的阻值。
[0024]得到參數(shù)T。和C。后，就可以對待測電容Ca進行容值測試了。具體過程是:首先將待測電容(；并聯(lián)在已知電容C。的兩端，然后利用參考電壓V KEF同時為所述的待測電容C #已知電容C。充電，待待測電容c 已知電容c。充滿電后，切斷所述的參考電壓V KEF，控制待測電容Ca和已知電容C。放電，并記錄兩個電容均放電完畢所需的放電時間Tt;利用公式:Ca=Cc*Tt/Tc-Cc,即可計算出待測電容Ca的電容值。
[0025]基于上述電容容值測量方法，本實施例提出了一種電容容值測量裝置，以實現(xiàn)對待測電容的電容值的自動、準確測量。
[0026]參見圖1所示，本實施例的電容容值測量裝置主要設置有選通電路、RC電路、計時器、處理器和兩個電極CAP1、CAP2。其中，所述選通電路用于在兩路參考電壓VKEF+、Veef-之間進行選通切換，其兩路選通端