一种电容容值测量装置的电路结构及测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电容检测技术领域，具体地说，是涉及一种用于检测电容的电容值的测量装置以及所述测量装置中的电路结构设计。
【背景技术】
[0002]在电子工程设计领域，万用表可以说是每一个电子工程师必备的测量工具。但是，目前一般的万用表只能测量电压、电阻和电流等参数，很少有万用表具有测量电容容值的功能。少数能够测试电容容值的万用表，其价格往往比较昂贵，市场售价一般都在几千元左右，而且测量出的电容容值往往也不够准确，因此，实际使用情况并不理想。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种电容容值测量装置的电路结构，可以将电容值量化为时间值，从而为技术人员后续进行的电容值计算提供一个中间参数。
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现:
[0005]一种电容容值测量装置的电路结构，设置有选通电路、RC电路、计时器和两个用于外接待测电容的电极；两个所述的电极分别与RC电路中已知电容的两端对应连接；所述选通电路分别与两路极性相反的参考电压对应连接，选择其中一路参考电压与所述的RC电路连通；所述RC电路根据所述已知电容和待测电容的充放电状态触发计时器，通过计时器记录所述已知电容和待测电容的充放电时间。
[0006]为了使系统能够自动判断出电容放电结束的时刻，所述RC电路优选设计成RC积分电路，包括运算放大器、电阻和所述的已知电容；所述运算放大器的同相输入端接地，反相输入端与所述电阻串联后，连接至所述的选通电路，用于与所述的第一路参考电压或者第二路参考电压连通；所述已知电容连接在所述运算放大器的反相输入端与输出端之间；利用所述运算放大器输出电平的状态变化触发所述的计时器。
[0007]优选的，在所述RC积分电路中还设置有一比较器，所述比较器的反相输入端连接所述运算放大器的输出端，比较器的同相输入端接地，利用比较器输出的高低电平变化触发所述的计时器。
[0008]进一步的，所述运算放大器和比较器的电源端分别连接一直流电源，所述运算放大器和比较器的接地端分别连接系统地。
[0009]优选的，所述计时器优选集成在一颗处理器中，所述比较器的输出端连接处理器的中断接口。由于处理器响应中断的速度非常快，只需要几个机器周期，因此可以提高计时器计时的准确度。
[0010]作为所述选通电路的一种优选结构设计，本实用新型在所述选通电路中设置有两个开关管，两个开关管的控制极接收通路切换信号，两个开关管的开关通路分别连接在所述第一路参考电压与Re电路之间或者连接在所述第二路参考电压与RC电路之间。
[0011]优选的，所述开关管优选采用N沟道MOS管，两个N沟道MOS管的栅极分别接收通路切换信号，漏极分别与所述的第一路参考电压和第二路参考电压一一对应连接，源极连接所述的RC电路。
[0012]为了提高测量精度，在所述测量装置上还设置有校准按键，所述校准按键的一端接地，另一端连接处理器，并通过上拉电阻连接直流电源，通过操作所述的校准按键，可以控制系统进入自动校准模式，以对系统中的已知电容的容值及放电时间参数进行校准。
[0013]为了对系统的工作状态进行清楚地指示，在所述测量装置上还设置有指示灯，将所述指示灯的阳极连接所述的处理器，阴极通过限流电阻接地，通过改变指示灯的发光状态，来指示系统当前的工作状态。
[0014]基于上述电路结构设计，本实用新型还提供了一种电容容值测量装置，设置有选通电路、RC电路、计时器和两个用于外接待测电容的电极；两个所述的电极分别与RC电路中已知电容的两端对应连接；所述选通电路分别与两路极性相反的参考电压对应连接，选择其中一路参考电压与所述的RC电路连通；所述RC电路根据所述已知电容和待测电容的充放电状态触发计时器，通过计时器记录所述已知电容和待测电容的充放电时间。
[0015]与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是:本实用新型的电容容值测量装置通过将待测电容的电容值量化为时间值，然后借助已知电容的电容值所对应的量化时间值，技术人员便可反推出所述待测电容的电容值，由此不仅提高了电容容值的测量精度，而且所需搭建的硬件电路结构简洁，成本低廉，可以方便地集成到普通的万用表中，在使万用表具有电容测量功能的同时，不会造成万用表价格的明显提升。
[0016]结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型所提出的电容容值测量装置的一种实施例的电路原理框图；
[0018]图2是本实用新型所提出的电容容值测量装置的另外一种实施例的电路原理框图；
[0019]图3是图2所示电路原理框图所对应的一个具体实施例的电路原理图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细地说明。
[0021]本实施例为了简化电容容值测量装置的软硬件设计，提出了一种将电容值量化为时间值的设计思想，根据时间值的不同反推出该时间值所对应的电容值。具体来说，可以首先将已知电容的电容值C。量化为时间值T。，然后将待测电容与已知电容的电容值之和量化为时间值Tt，进而利用电容值与时间值的对应关系:Tycc=Tt/(ca+c。)，即可反推出所述待测电容的电容值Ca=CjTtZX-Cc。
[0022]为了将电容值量化为时间值，本实施例采用对电容充放电的方式设计实现。具体来讲，可以首先选择一路参考电压Vkef对RC电路中的已知电容C。充电，待所述已知电容C。充满电后，控制所述已知电容C。放电，并记录所述已知电容C。所需的放电时间，记为T。。
[0023]在本实施例中，考虑到已知电容C。上的充电电压永远不会到达V EEF,只是充电时间越长，已知电容C。上的电压越接近VKEF。为了保证计算结果的有效性，本实施例定义当已知电容C。上的电压达到90%*VKEF以上时，就认为已知电容C。已充满电。为了进一步提高电容测量的准确性，可以将对所述已知电容C。充电的时间设定得尽量长些，至少应设置充电时间Tc>2R (Ca+C。)，例如设定成2.5R (Ca+Cc)、3R (Ca+C。)或者更长的时间，以保证已知电容C。以及在后续对待测电容Ca进行容值测量时，已知电容C。和待测电容Ca都能充满电。待已知电容C。充电结束后，切断参考电压Vkef，控制所述已知电容C。放电，并记录所述已知电容C。的放电时间T。。所述放电时间T。即已知电容C。从开始放电到已知电容C。上的电荷为O时所需的时间。然后，利用电容的充放电公式:Te=2*R*C。，即可计算出所述已知电容C。的电容值。公式中，R为所述RC电路中电阻的阻值。
[0024]得到参数T。和C。后，就可以对待测电容Ca进行容值测试了。具体过程是:首先将待测电容(；并联在已知电容C。的两端，然后利用参考电压V KEF同时为所述的待测电容C #已知电容C。充电，待待测电容c 已知电容c。充满电后，切断所述的参考电压V KEF，控制待测电容Ca和已知电容C。放电，并记录两个电容均放电完毕所需的放电时间Tt;利用公式:Ca=Cc*Tt/Tc-Cc,即可计算出待测电容Ca的电容值。
[0025]基于上述电容容值测量方法，本实施例提出了一种电容容值测量装置，以实现对待测电容的电容值的自动、准确测量。
[0026]参见图1所示，本实施例的电容容值测量装置主要设置有选通电路、RC电路、计时器、处理器和两个电极CAP1、CAP2。其中，所述选通电路用于在两路参考电压VKEF+、Veef-之间进行选通切换，其两路选通端