專利名稱：一種具有精確測量電容功能的萬用表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型一般涉及萬用表測量工作領(lǐng)域，更特別涉及高效率、高精確度的 萬用表電容測量的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電容測量是萬用表的一個所希望的特征。該特征允許用戶方便的測量出被測 電容的容值，并將所測值顯示在屏幕上可以讀取、查看或者保存。
在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)使用了很多方法來實現(xiàn)這種功能。目前公知的有諧振法、 頻率法等測試電容的方法。這些方法雖然成本低廉，但是測量精度不高、測量時 間長，只能用于泛泛的電容值的測量。
圖l所示的為諧振法測量電容的原理
電路的核心部分Cx—V轉(zhuǎn)換電路采用簡單的有源RC反相微分和積分電路。文 氏振蕩器產(chǎn)生一固定頻率的交流信號Vr,它激勵Cx—V轉(zhuǎn)換電路，得到一個與 Cx成正比的交流電壓V0(V1),經(jīng)二階帶通濾波器濾波，濾除固定頻率以外的雜 波后，再經(jīng)AC/DC轉(zhuǎn)換后得到與Cx成正比的直流輸出電壓V。測量直流輸出電壓 V，就可以計算出Cx 。
除此之外，還有采用電壓源充電、RC電路放電，利用電壓比較器和計數(shù)器來 測量充電時間的方法來測量電容值。這種充放電的方法與本發(fā)明方法有類似之 處，但是這種測量電容的方法依然具有精確度不高，放電時間長的缺點。而且， 不同容值的電容接入的時候，放電的時間是隨電容的增大而增大的。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種具備高精確度、測量時間短的電容測量功能 的萬用表。
本實用新型提出一種具有鏡像恒流源測電容功能的萬用表，包括鏡像恒流
源充放電模塊2、電壓檢測模塊3、控制模塊4、時鐘發(fā)生器l，原理框圖如圖2所示。
上述的鏡像恒流源充放電模塊2，與被測電容5的一端A相連，用于給被測電
容5充、放電。
上述的電壓檢測模塊3，輸入與被測電容5的一端A相連，用于檢測被測電容 5A端的電壓值。
上述的控制模塊4，與鏡像恒流源充放電模塊2的控制端連接，控制充電回路 的通斷以及放電回路的通斷；所述控制模塊4還與電壓檢測模塊3相連，獲得被測 電容5上的電壓信息。
上述的鏡像恒流源充放電模塊2包括恒流源11、鏡像電路13、充放電電路12、 充放電開關(guān)控制電路14。
上述的恒流源ll為充電電路、放電電路提供電源；
上述的充放電電路12用以給被測電容5充電、放電；
上述的鏡像電路13使得被測電容5的充電電流I1與放電電流I2成比例關(guān)系，即 Il = KxI2，其中K為一常數(shù)；
上述的充放電開關(guān)控制電路14用以控制充電電路的通斷以及放電電路的通斷。
控制模塊4可以固定充電時間，測量電容的充電以前的電壓和充電以后的電 壓的差值，從而計算出電容值。
控制模塊4也可以固定充電的電壓值，當(dāng)電容上的電壓達(dá)到預(yù)定值的時候， 測量充電過程的時間，從而計算出電容值。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比較有如下有益效果
1. 提高萬用表測量電容的精度。
2. 縮短測量電容的時間，尤其是測量大容值的電容的時候，測量時間不 增加。


圖l顯示了諧振法測量電容的原理圖 圖2的簡化方框圖顯示了本實用新型的原理框圖 圖3顯示了本實用新型實施例l的原理框圖 圖4顯示了實施例l的被測電容上的電壓波形圖 圖5顯示了本實用新型實施例2的原理框圖
圖6顯示了實施例2的測電容上的電壓、比較電壓器CV1與比較電壓器CV2的
波形時序圖具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
實施例l
本實施例的測電容的原理框圖如圖3所示，包括鏡像恒流源充放電模塊 24、電壓檢測模塊23、控制模塊22、 一個時鐘發(fā)生器21。
所述的鏡像恒流源充放電模塊24包括一個恒流源、 一個充放電電路、 一個 鏡像電路、 一個充放電開關(guān)控制電路。
所述的充放電電路由兩個二極管D1、 D2構(gòu)成，通過D1向被測電容Cx充 電，為充電電路；通過D2從被測電容Cx放電，為放電電路；
所述鏡像電路由三極管Q1、三極管Q2、電阻R1、電阻R2、電阻R構(gòu)成， 對于本技術(shù)領(lǐng)域熟知的人知道，還可以有許多其他方式組成的鏡像電路，此處僅 舉一例。其中，調(diào)節(jié)電阻R1與R2的比值就可以改變充電電流I1與放電電流I2 的比值，此處，我們讓R仁R2，這樣就有11=12 。
所述充放電開關(guān)控制電路由可控開關(guān)K1構(gòu)成，在實際中可控開關(guān)K1可以 是繼電器，也可以是三極管等?？刂破魍ㄟ^控制可控開關(guān)K1的控制端來控制開 關(guān)K1的通斷。從圖3可以看出，當(dāng)K1斷開時，恒流源通過D1向被測電容充 電，D2反向截止，關(guān)閉了放電電路；當(dāng)K1閉合時，D1反向截止，關(guān)閉充電電 路，通過Q1，從被測電容放電。
上述的鏡像恒流源充放電模塊實現(xiàn)了對電容的充、放電功能，且充電電流等 于放電電流。
所述的電壓檢測模塊23為一個A/D轉(zhuǎn)換器，測量被測電容上的電壓值，轉(zhuǎn) 換成數(shù)字信號，送給控制器。
所述控制模塊22通過控制充放電開關(guān)控制電路，就可以實現(xiàn)完整的電容測 量周期了。
本實施例測電容的方法如下
控制模塊22固定充電時間，測量電容的充電以前的電壓和充電以后的電壓 的差值，從而計算出電容值。整個測量過程包括充電期間、放電期間。完成一個 充、放電的周期就可以測出Cx的電容值。 步驟一充電期間，控制模塊22控制K1打開，打開充電電路，關(guān)閉放電 電路。同時控制模塊開始計時。
步驟二計時器計到一定時間T的時候，計時器復(fù)位清零，重新開始計時。
控制模塊22控制K1閉合，關(guān)閉充電電路，打開放電電路。并同時通過A/D轉(zhuǎn) 換器，讀取此時被測電容上的電壓值v1。
步驟三計時器計到一定時間T的時候，計時器復(fù)位清零，重新開始計時。 控制模塊控制K1打開，打開充電電路，關(guān)閉放電電路。并同時通過A/D轉(zhuǎn)換器， 讀取此時電容上的電壓值v2。
重復(fù)上述的步驟二、步驟三，可以進行周期性的測量。
因為這種方法充、放電時間短，所以十分適用于對大的電容的測量。
由此，我們可以計算出電容值Cx:
」U =| v2 - v1 |
Cx= JU/ (充電電流Il X T)
實施例2
本實施例的測電容的原理框圖如圖5所示，包括鏡像恒流源充放電模塊 34、電壓檢測模塊33、控制模塊32、時鐘發(fā)生器31。
所述的鏡像恒流源充放電模塊34包括一個恒流源、 一個充放電電路、 一個 鏡像電路、 一個充放電開關(guān)控制電路。
所述的充放電電路由兩個二極管D1、 D2構(gòu)成，通過D2向被測電容Cx充 電，為充電電路；通過D1從被測電容Cx放電，為放電電路；
所述鏡像電路由三極管Q1、三極管Q2、電阻R1、電阻R2、電阻R構(gòu)成， 對于本技術(shù)領(lǐng)域熟知的人知道，還可以有許多其他方式組成的鏡像電路，此處僅 舉一例。其中，調(diào)節(jié)電阻R1與R2的比值就可以改變充電電流I1與放電電流I2 的比值，此處，我們讓R2-R1，這樣就有11-12 。
所述充放電開關(guān)控制電路由可控開關(guān)K1構(gòu)成，在實際中可控開關(guān)K1可以 是繼電器，也可以是三極管等。控制模塊32通過控制可控開關(guān)K1的控制端來
控制開關(guān)K1的通斷。從圖5可以看出，當(dāng)K1斷開時，恒流源通過D1從被測 電容放電；當(dāng)K1閉合時，通過Q1，向被測電容充電。
上述的鏡像恒流源充放電模塊實現(xiàn)了對電容的充、放電功能，且充電電流等 于放電電流。
所述的電壓檢測模塊33包括一個電壓比較器CV1和一個電壓比較器CV2， 電壓比較器CV1的一個輸入與被測電容35的A端連接，另一個輸入連接到固 定的預(yù)置比較電壓v1，當(dāng)被測電容35上的電壓大于等于比較電壓vl時，CV1 的輸出電平發(fā)生變化；電壓比較器CV2的一個輸入與被測電容35的A端連接， 另一個輸入連接到固定的預(yù)置比較電壓v2，當(dāng)被測電容35上的電壓小于等于比 較電壓v2時，CV2的輸出電平發(fā)生變化?？刂颇K32通過檢測CV1、 CV2輸出 電平的變化而得知被測電容A端電壓的范圍。
所述控制模塊32通過控制充放電開關(guān)控制電路，就可以實現(xiàn)完整的電容測 量周期了。
本實施例測電容的方法如下
控制模塊32檢測充電過程中，被測電容35上的電壓從預(yù)置電壓值vl變化 到預(yù)置電壓值v2的時間」t,從而計算出被測電容值。
步驟一放電步驟?？刂颇K32控制K1打開，打開放電電路，關(guān)閉充電電路。 電容開始放電。當(dāng)電容上的電壓小于等于比較電壓v2的時候，電壓比較器CV2的 輸出電平翻轉(zhuǎn)；
步驟二當(dāng)電容上的電壓小于等于比較電壓v2的時候，電壓比較器CV2的輸 出電平翻轉(zhuǎn)，控制模塊32檢測至ljCV2輸出電平的變化，控制模塊32控制K1閉合， 打開充電電路，關(guān)閉放電電路。電容開始充電。同時，控制模塊32開始計時。
步驟三當(dāng)電容上的電壓大于等于比較電壓vl的時候，電壓比較器CV1的輸 出電平翻轉(zhuǎn)；控制模塊32檢測到電壓比較器CV1的輸出電平翻轉(zhuǎn)，停止計時，記 錄下計時時間」t;控制模塊控制K1打開，打開放電電路，關(guān)閉充電電路。電容 開始放電。
步驟四重復(fù)步驟二、三。
比較電壓器1和比較電壓器2的輸出波形如圖6所示。這些波形被送進控制模 塊32中(如圖6所示)，控制模塊32測量比較CVl輸出的波形信號的頻率f，由于充電電流等于放電電流，所以充電時間等于放電時間，所以Jt=l/f/2。 計算被測電容-
<formula>formula see original document page 8</formula>以上具體實施方式
僅用于說明本實用新型，而非用于限定本實用新型。
權(quán)利要求1.一種具有精確測量電容功能的萬用表，包括被測電容(5)、電壓檢測模塊(3)、控制模塊(4)、時鐘發(fā)生器(1)，其特征在于還包括鏡像恒流源充放電模塊(2)；所述的鏡像恒流源充放電模塊(2)，連接到被測電容(5)的一端A，用以給被測電容(5)充電、放電；所述的電壓檢測模塊(3)，其輸入端連接到上述被測電容(5)的A端，其輸出端連接到控制模塊(4)，用于檢測被測電容(5)上的電壓信號；所述的控制模塊(4)，與鏡像恒流源充放電模塊(2)的控制端連接，控制充電回路的通斷以及放電回路的通斷；所述的時鐘發(fā)生器(1)，輸出與控制模塊(4)連接，為控制模塊(4)提供計時時鐘。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述具有鏡像恒流源充放電模塊的萬用表，其特征在于鏡 像恒流源充放電模塊(2)包括恒流源(ll)、鏡像電路(13)、充放電電路(12)、充放電開關(guān)控制電路(14);所述的恒流源(11)與充放電電斷12)相連，用以提供給電容充電的電流； 所述的充放電電路(12)與被測電容(5)的一端A相連，用以給被測電容(5)充電、放電；所述的鏡像電路(13)與充放電電路(12灘連，用以控制充電電流與放電電流成 比例關(guān)系，即I1-Kxl2 ，其中K為一常數(shù)；所述的充放電開關(guān)控制電路(14)的控制端與所述的控制模塊(4)相連，用以控 制被測電容(5)的充電回路的通斷以及放電回路的通斷。
專利摘要本實用新型為一種萬用表，包括被測電容、鏡像恒流源充放電模塊、電壓檢測模塊、控制模塊、時鐘發(fā)生器，其特征在于所述充放電模塊包括一個恒流源、一個鏡像電路、一個充放電電路一個充放電開關(guān)控制電路。被測電容的充電電流與放電電流為一對鏡像電流?？刂颇K可以通過固定測量時間，測量不同時間點上的電容上的電壓差來計算電容值；也可以通過固定電容上的電壓差，測量充電時間來計算電容值，以達(dá)到更加精確、快速的測量電容的功能。
文檔編號G01R15/00GK201057533SQ20072000291
公開日2008年5月7日 申請日期2007年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月30日
發(fā)明者李維森, 悅 王, 王鐵軍 申請人:王 悅;王鐵軍;李維森