一種相位延遲積分的小電容測量儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于電容測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種相位延遲積分的小電容測量儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，對于小電容測量比較常用的方式是使用數(shù)字萬用表，但使用這種方法難以 達(dá)到很高的精度，并且測量范圍也很小，對于很多微小電容甚至根本無法測量。對于傳統(tǒng)的 高精度電容測量的方法：交流電橋式、充/放電式、交流鎖相放大式等。測量時都比較繁瑣， 成本高昂。在很多情況下需要一種精度高的，簡便的，低成本的小電容測量儀器對小電容進(jìn) 行測量。
[0003] RC延遲電路，是由電阻和電容組成的一種電路結(jié)構(gòu)，在該電路中據(jù)電阻值與電容 值的不同激勵信號通過電路而產(chǎn)生的相位延遲量就不相同。因此可以利用該電路對電容的 容量進(jìn)行測量。電路相位延遲關(guān)系：Z G (j ω) = -arctgR(jC。ω。
[0004] 阻抗變換技術(shù)，在某些測量電路中輸出阻抗很小，而后級電路阻抗較大因此會出 現(xiàn)阻抗不匹配的情況從而影響測量的精度。在這種情況下需要進(jìn)行阻抗變換，提高輸出阻 抗，與后級電路阻抗匹配。
[0005] ADC技術(shù)（電壓采樣技術(shù)），對于大多數(shù)電子測量儀器來說都是將被測量轉(zhuǎn)換成電 壓量來進(jìn)行測量的，ADC技術(shù)就是對得到的電壓進(jìn)行測量的技術(shù)，該技術(shù)能夠?qū)﹄妷翰蓸硬?轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
[0006] 目前，對于高精度小電容測量方法有：
[0007] 交流電橋式，充/放電式：
[0008] 交流電橋是由直流電橋發(fā)展而來的，它在測量電路組成上與惠斯通電橋類似，通 過調(diào)節(jié)電橋的平衡來測量電容容值的大小。
[0009] 交流鎖相放大式：
[0010] 交流鎖相放大測量電路基本原理如圖1所示，正弦信號U1對被測電容進(jìn)行行激 勵，激勵電流經(jīng)由反饋電阻Rf、反饋電容Cf，和運放組成的檢測器轉(zhuǎn)換成交流電壓U。，存在 如下關(guān)系：
[0012] 從式可得輸出電壓正比于被測電容值。
[0013] 小電容等效替換式：
[0014] 小電容等效替換法是在保持測量條件不變的情況下，用一個標(biāo)準(zhǔn)量去替代被測 量，使終端顯示儀表指針不變。那么待測電容的容值則剛好與標(biāo)準(zhǔn)量一致，從而測得小電容 容值。
[0015] 傳統(tǒng)的電容測量方案存在著測量精度不足，操作不簡便，價格昂貴等一系列問題。 而這些問題給儀器使用者帶來了或多或少的不便。 【實用新型內(nèi)容】
[0016] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的是提供一種相位延遲積分的小電容測量 儀，既有較高精度，低廉成本又操作簡便，小巧便攜。
[0017] 本實用新型所采用的技術(shù)方案是，一種相位延遲積分的小電容測量儀，包括依次 連接的主測量電路、信號積分電路、A/D轉(zhuǎn)化電路、MCU與LCD容值顯示模塊，量程切換電路 與MCU連接。
[0018] 優(yōu)選的，所述主測量電路包括依次連接的施密特方波產(chǎn)生電路、波形整理電路、相 位延遲電路、波形整理電路與邏輯輸出電路。
[0019] 優(yōu)選的，所述信號積分電路的結(jié)構(gòu)是，電阻RU電容Cl接入運算放大器的正向輸 入端，電容C4與運算放大器的電源端緊靠，電阻R3、電容C6跨接于運算放大器負(fù)向輸入端 與輸出端，電阻R4接于運算放大器信號輸出端，電容C5、C3在電阻R4后接地。
[0020] 優(yōu)選的，所述MCU為MSP4305529單片機(jī)。
[0021] 本實用新型的有益效果：
[0022] 1、測量精度較高。相較于使用萬用表對小電容測量的精度此技術(shù)方案能夠達(dá)到相 當(dāng)高的測量精度。
[0023] 2、低成本。由于方案中器件數(shù)量少且都是常見的電子元器件，因此該儀器成本低 廉。
[0024] 3、操作簡便。相較于傳統(tǒng)高精度小電容測量方案該方案毋需繁瑣的調(diào)整操作。
[0025] 4、體積小，便于攜帶。該儀器整機(jī)僅有萬用表大小，并且使用電池供電，因此該儀 器能夠方便的攜帶。
【附圖說明】
[0026] 圖1是現(xiàn)有交流鎖相放大電路圖。
[0027] 圖2是本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
[0028] 圖3是本實用新型的主測量電路的電路圖。
[0029] 圖4是本實用新型的主測量電路處理流程圖。
[0030] 圖5是本實用新型的信號積分電路的電路圖。
[0031] 圖中，1.待測小電容，2.主測量電路，3. PffM波信號，4.信號積分電路，5. A/D轉(zhuǎn)化 電路，6. MCU，7. IXD容值顯示模塊，8.量程切換電路，9.施密特觸發(fā)器。
【具體實施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0033] 本實用新型一種相位延遲積分的小電容測量儀的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括依次連接 的主測量電路2、信號積分電路4、A/D轉(zhuǎn)化電路5、MCU 6與IXD容值顯示模塊7,量程切換 電路8與MCU 6連接。
[0034] 當(dāng)待測小電容1接入測量接口時，主測量電路2差生一路PffM波信號3,這列PffM 波信號3經(jīng)由信號積分電路4積分之后得到一個穩(wěn)定的直流電壓。此電壓正好與小電容容 值成正比。通過對這個直流電壓的采集便可測得小電容的大小。
[0035] 主測量電路2,可根據(jù)微小電容的容值大小產(chǎn)生一路相位差受容值大小控制的 PffM波。該電路對電路中微小的電容變化非常敏感，能夠?qū)ξ⑿‰娙葸M(jìn)行較精密的測量。
[0036] 主測量電路2的結(jié)構(gòu)如圖3所示，
[0037] 首先由施密特觸發(fā)器9組成的方波產(chǎn)生電路產(chǎn)生一路方波激勵信號，其頻率在 IlOKHz到I. IKHz之間（所產(chǎn)生信號的頻率范圍決定于待測電容的容值范圍）。該激勵方 波信號經(jīng)過施密特觸發(fā)器緩沖之后產(chǎn)生一個上升沿與下降沿更加陡峭，電流驅(qū)動能力更強 的方波，通常可通過并聯(lián)多個施密特觸發(fā)器9的方式提高電流驅(qū)動能力，從而可以提高對 待測電容RC回路的激勵效果。激勵信號輸入到兩個時間常數(shù)不相同的RC延遲電路之后，輸 出兩路上升時間不同，相位不同的準(zhǔn)方波信號（在經(jīng)過RC延遲電路時稍有失真）。隨后，這 兩路準(zhǔn)方波信號通過異或門，異或門的兩個輸入端由于兩路準(zhǔn)方波信號的上升時刻與上 升時間不同從而觸發(fā)的時刻不同，導(dǎo)致輸出一路