一种相位延迟积分的小电容测量仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于电容测量技术领域，涉及一种相位延迟积分的小电容测量仪。
【背景技术】
[0002] 目前，对于小电容测量比较常用的方式是使用数字万用表，但使用这种方法难以 达到很高的精度，并且测量范围也很小，对于很多微小电容甚至根本无法测量。对于传统的 高精度电容测量的方法：交流电桥式、充/放电式、交流锁相放大式等。测量时都比较繁琐， 成本高昂。在很多情况下需要一种精度高的，简便的，低成本的小电容测量仪器对小电容进 行测量。
[0003] RC延迟电路，是由电阻和电容组成的一种电路结构，在该电路中据电阻值与电容 值的不同激励信号通过电路而产生的相位延迟量就不相同。因此可以利用该电路对电容的 容量进行测量。电路相位延迟关系：Z G (j ω) = -arctgR(jC。ω。
[0004] 阻抗变换技术，在某些测量电路中输出阻抗很小，而后级电路阻抗较大因此会出 现阻抗不匹配的情况从而影响测量的精度。在这种情况下需要进行阻抗变换，提高输出阻 抗，与后级电路阻抗匹配。
[0005] ADC技术（电压采样技术），对于大多数电子测量仪器来说都是将被测量转换成电 压量来进行测量的，ADC技术就是对得到的电压进行测量的技术，该技术能够对电压采样并 转换成数字信号。
[0006] 目前，对于高精度小电容测量方法有：
[0007] 交流电桥式，充/放电式：
[0008] 交流电桥是由直流电桥发展而来的，它在测量电路组成上与惠斯通电桥类似，通 过调节电桥的平衡来测量电容容值的大小。
[0009] 交流锁相放大式：
[0010] 交流锁相放大测量电路基本原理如图1所示，正弦信号U1对被测电容进行行激 励，激励电流经由反馈电阻Rf、反馈电容Cf，和运放组成的检测器转换成交流电压U。，存在 如下关系：
[0012] 从式可得输出电压正比于被测电容值。
[0013] 小电容等效替换式：
[0014] 小电容等效替换法是在保持测量条件不变的情况下，用一个标准量去替代被测 量，使终端显示仪表指针不变。那么待测电容的容值则刚好与标准量一致，从而测得小电容 容值。
[0015] 传统的电容测量方案存在着测量精度不足，操作不简便，价格昂贵等一系列问题。 而这些问题给仪器使用者带来了或多或少的不便。 【实用新型内容】
[0016] 针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种相位延迟积分的小电容测量 仪，既有较高精度，低廉成本又操作简便，小巧便携。
[0017] 本实用新型所采用的技术方案是，一种相位延迟积分的小电容测量仪，包括依次 连接的主测量电路、信号积分电路、A/D转化电路、MCU与LCD容值显示模块，量程切换电路 与MCU连接。
[0018] 优选的，所述主测量电路包括依次连接的施密特方波产生电路、波形整理电路、相 位延迟电路、波形整理电路与逻辑输出电路。
[0019] 优选的，所述信号积分电路的结构是，电阻RU电容Cl接入运算放大器的正向输 入端，电容C4与运算放大器的电源端紧靠，电阻R3、电容C6跨接于运算放大器负向输入端 与输出端，电阻R4接于运算放大器信号输出端，电容C5、C3在电阻R4后接地。
[0020] 优选的，所述MCU为MSP4305529单片机。
[0021] 本实用新型的有益效果：
[0022] 1、测量精度较高。相较于使用万用表对小电容测量的精度此技术方案能够达到相 当高的测量精度。
[0023] 2、低成本。由于方案中器件数量少且都是常见的电子元器件，因此该仪器成本低 廉。
[0024] 3、操作简便。相较于传统高精度小电容测量方案该方案毋需繁琐的调整操作。
[0025] 4、体积小，便于携带。该仪器整机仅有万用表大小，并且使用电池供电，因此该仪 器能够方便的携带。
【附图说明】
[0026] 图1是现有交流锁相放大电路图。
[0027] 图2是本实用新型的结构框图。
[0028] 图3是本实用新型的主测量电路的电路图。
[0029] 图4是本实用新型的主测量电路处理流程图。
[0030] 图5是本实用新型的信号积分电路的电路图。
[0031] 图中，1.待测小电容，2.主测量电路，3. PffM波信号，4.信号积分电路，5. A/D转化 电路，6. MCU，7. IXD容值显示模块，8.量程切换电路，9.施密特触发器。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进行详细说明。
[0033] 本实用新型一种相位延迟积分的小电容测量仪的结构如图2所示，包括依次连接 的主测量电路2、信号积分电路4、A/D转化电路5、MCU 6与IXD容值显示模块7,量程切换 电路8与MCU 6连接。
[0034] 当待测小电容1接入测量接口时，主测量电路2差生一路PffM波信号3,这列PffM 波信号3经由信号积分电路4积分之后得到一个稳定的直流电压。此电压正好与小电容容 值成正比。通过对这个直流电压的采集便可测得小电容的大小。
[0035] 主测量电路2,可根据微小电容的容值大小产生一路相位差受容值大小控制的 PffM波。该电路对电路中微小的电容变化非常敏感，能够对微小电容进行较精密的测量。
[0036] 主测量电路2的结构如图3所示，
[0037] 首先由施密特触发器9组成的方波产生电路产生一路方波激励信号，其频率在 IlOKHz到I. IKHz之间（所产生信号的频率范围决定于待测电容的容值范围）。该激励方 波信号经过施密特触发器缓冲之后产生一个上升沿与下降沿更加陡峭，电流驱动能力更强 的方波，通常可通过并联多个施密特触发器9的方式提高电流驱动能力，从而可以提高对 待测电容RC回路的激励效果。激励信号输入到两个时间常数不相同的RC延迟电路之后，输 出两路上升时间不同，相位不同的准方波信号（在经过RC延迟电路时稍有失真）。随后，这 两路准方波信号通过异或门，异或门的两个输入端由于两路准方波信号的上升时刻与上 升时间不同从而触发的时刻不同，导致输出一路