采用四相檢測技術的雜散免疫便攜式電容表制造技術

本實用新型專利技術屬一種便攜式測量微電容的儀表。它主要由脈沖產生電路、十分頻電路、四分頻電路、開關電路、電流－電壓轉換電路、差動放大電路、補償和線路增益調節電路組成。其關鍵在于：本實用新型專利技術基于四相檢測技術，具有雜散免疫功能，能精確測量小到１ｐＦ的電容，分辨率達０．００１ｐＦ，且結構簡單、成本低，體積小、重量輕，可廣泛應用于工業、實驗室及科研部門。（*該技術在2011年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬一種便攜式測量微電容的儀表。電容表廣泛應用在工業和實驗室。在許多場合下，將要測量的電容很小，小到幾pF或更小，而雜散電容卻很大，例如1m長的屏蔽電纜的電容就有100pF。目前市場上的便攜式電容表都不具有雜散免疫功能，即測量結果受雜散電容的影響，保證不了測量精度。本技術的目的是為了解決上述問題，提供基于四相檢測技術的便攜式電容表，這種電容表具有雜散免疫功能，能精確測量小到1pF的電容，分辨率達0.001pF。本技術的雜散免疫電容表由脈沖產生電路1(晶振X、六反相器U1)、十分頻電路2(分頻器U2、轉換開關S)、四分頻電路3(雙D觸發器U3)、開關電路4(四雙向模擬開關U4、被測電容Cx)、電流—電壓轉換電路5(運放1、運放2、電阻R1、R2、電容C1～C4)、差動放大電路6(運放3、電阻R3～R6)、補償和線路增益調節電路7(運放4、電阻R8～R10、可變電阻W1、W2)組成。本技術的線路連接方式是脈沖產生電路1中的六反相器U1的三個非門首尾串接，其輸入端和另一非門的輸出端接晶振X；脈沖產生電路1產生的脈沖由六反相器U1送至十分頻電路2中分頻器U2的時鐘脈沖輸入端CP和轉換開關S，分頻器U2的使能控制端CPE和復位端R接地，進位輸出端CO接轉換開關S的另一端；轉換開關S的輸出端接四分頻電路3中雙D觸發器U3A和U3B的時鐘脈沖輸入端CP，一D觸發器的信號輸入端D分別接另一D觸發器的輸出端，復位端R和置位端S接地，輸出端Q和Q輸出的脈沖Vo1～Vo4送至開關電路4中模擬開關U4的控制端；流經被測電容Cx的電流分別經開關電路4中的SW3和SW4接電流—電壓轉換電路5中運放1和運放2的反相輸入端，運放的同相輸入端接地；運放1和運放2的輸出電壓分別經電阻R3、R4送至差動放大電路6中運放3的反相和同相輸入端；運放3的輸出電壓經電阻R7送至補償和線路增益調節電路7中運放4的反相輸入端，補償調節電路接在+15V和-15V之間，其輸出端經電阻R10也接運放4的反相輸入端，同相輸入端接地；運放4的輸出端接電壓表V，顯示出電容值。本技術的工作原理是附圖說明圖1是電容表的原理圖。晶體振蕩器X和六反相器U1產生4MHz脈沖，脈沖信號直接或者經過十分頻器U2送到雙D觸發器U3組成的四分頻器。通過轉換開關S能選擇1MHz或100kHz兩種不同的脈沖頻率。根據需要，也可再增加一些十分頻器，以得到更多的脈沖頻率，擴大測量范圍。四分頻器產生四個占空比50％的方波信號，相位分別是0°、90°、180°、270°，如圖2中Vo1～Vo4所示。這些信號用來控制四個模擬開關工作。要測量一個未知電容Cx，二個方波信號——Vo1和Vo2加至二個CMOS開關SW1和SW2，以使Cx左端或者接至+15V，或者接至地，15V方波有效地通過Cx形成電流。其余兩個方波信號——Vo3和Vo4用來控制另外二個CMOS開關SW4和SW3，由方波形成的Cx上的電荷經過SW3釋放到運放1或者經SW4釋放到運放2。理論上，電荷與方波幅度(15V)和測量的未知電容的容量成正比。運放1或運放2都把電荷電流轉換成電壓，兩運放輸出的電壓大小相等、符號相反。圖中電容C1和C2用來吸收尖蜂，電阻R1、R2和電容C3、C4形成放大器的反饋回路。運放3是差動放大器，來自運放1和運放2的二個直流電壓信號由運放3相加。運放4用來進一步放大信號并調節補償和線路的增益。合成電壓用三位半數字電壓表顯示出來，此電壓值表示電容值。雜散電容是被測電容Cx電極引線與地之間的電容，有兩個雜散電容分別附加在Cx兩端。左端的雜散電容由電壓源驅動，其輸出阻抗可忽略，它不影響電容的測量。右端的雜散電容經由運放1或運放2，總是被保持接在虛地上，它上面的電位是零，因此，這個雜散電容也不影響電容的測量。所以說，這個電容測量線路是雜散免疫的。本技術的優點是具有雜散免疫功能，靈敏度高，能精確測量小到1pF的電容，分辨率達0.001pF，且結構簡單，體積小，重量輕，成本低，可廣泛應用于工業、實驗室及科研部門。權利要求1.采用四相檢測技術的雜散免疫便攜式電容表，其特征在于它基于四相檢測技術，具有雜散免疫功能，關鍵技術包括四分頻電路3、開關電路4和電流—電壓轉換電路5，各電路的組成及連接方式為a、四分頻電路3由兩個D觸發器U3A和U3B組成，一D觸發器的信號輸入端D分別接另一D觸發器的輸出端，復位端R和置位端S接地，輸出端Q和Q輸出的脈沖Vo1～Vo4送至開關電路4中模擬開關U4的控制端；b、開關電路4由四雙向模擬開關U4、被測電容Cx組成，流經被測電容Cx的電流分別經U4的SW3和SW4接電流—電壓轉換電路5中運放1和運放2的反相輸入端；c、電流—電壓轉換電路5由運放1、運放2、電阻R1、R2、電容C1～C4組成，運放的同相輸入端接地。專利摘要本技術屬一種便攜式測量微電容的儀表。它主要由脈沖產生電路、十分頻電路、四分頻電路、開關電路、電流－電壓轉換電路、差動放大電路、補償和線路增益調節電路組成。其關鍵在于:本技術基于四相檢測技術,具有雜散免疫功能,能精確測量小到1pF的電容,分辨率達0.001pF,且結構簡單、成本低,體積小、重量輕,可廣泛應用于工業、實驗室及科研部門。文檔編號G01R27/26GK2504647SQ0125230公開日2002年8月7日 申請日期2001年10月30日 優先權日2001年10月30日專利技術者楊三序 申請人:楊三序本文檔來自技高網...

【技術保護點】
采用四相檢測技術的雜散免疫便攜式電容表，其特征在于：它基于四相檢測技術，具有雜散免疫功能，關鍵技術包括四分頻電路３、開關電路４和電流－電壓轉換電路５，各電路的組成及連接方式為：ａ、四分頻電路３由兩個Ｄ觸發器Ｕ３Ａ和Ｕ３Ｂ組成，一Ｄ觸發器 的信號輸入端Ｄ分別接另一Ｄ觸發器的輸出端，復位端Ｒ和置位端Ｓ接地，輸出端Ｑ和＊輸出的脈沖Ｖｏ１～Ｖｏ４送至開關電路４中模擬開關Ｕ４的控制端；ｂ、開關電路４由四雙向模擬開關Ｕ４、被測電容Ｃｘ組成，流經被測電容Ｃｘ的電流分別經Ｕ４的ＳＷ３和 ＳＷ４接電流－電壓轉換電路５中運放１和運放２的反相輸入端；ｃ、電流－電壓轉換電路５由運放１、運放２、電阻Ｒ１、Ｒ２、電容Ｃ１～Ｃ４組成，運放的同相輸入端接地。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊三序，
申請(專利權)人：楊三序，
類型：實用新型
國別省市：41[中國|河南]