多量程电容测量电路、装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种多量程电容测量电路、装置及方法。该多量程电容测量电路包括方波产生电路、波形整形电路、单片机最小系统及显示器。所述方波产生电路包括NE555芯片、电阻网络和参考电容。所述电阻网络包括电阻矩阵及与所述电阻矩阵连接的第一多路开关，所述电阻矩阵包括多个阻值不同的电阻，所述第一多路开关包括多个与所述电阻一一连接的第一开关及控制多个所述第一开关的第一控制芯片，多个所述电阻并联。该多量程电容测量电路，通过单片机控制第一控制芯片闭合不同的第一开关，改变所述电阻矩阵接入的电阻，调整所述多量程电容测量电路的量程，以测量不同电容值的待测电容，电路简单，操作简便，测量范围可调，满足实际的应用需要。

【技术实现步骤摘要】
多量程电容测量电路、装置及方法
本专利技术涉及电容测量
，具体而言，涉及一种多量程电容测量电路、装置及方法。
技术介绍
随着超精密制造及精密仪器和现代工业信息技术的发展，在测量领域中，电容效应是一个基本的测量对象。通过极板电容器的电容量测量可以获得极板间电介质材料的介电常数、极板间距等重要参数，在化工、农业、材料、机械、过程控制以及管道检测等领域有着广泛的应用。目前常用的电容测量仪器，大多是模拟电路，如电桥电路等，其测量方法主要是通过电感耦合交流电桥、双T网络等，其能实现较为精密的电容测量，但是交流电桥测量时，待测电容与标准电容间容值相差较大时，会造成一定的非线性，导致电容测量误差增大，因此，其无法满足大量程范围的电容测量需求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种多量程电容测量电路、装置及方法，以解决上述问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种多量程电容测量电路，包括方波产生电路、波形整形电路、单片机最小系统及显示器，所述方波产生电路包括NE555芯片、电阻网络和参考电容，所述单片机最小系统包括电性连接的单片机、时钟电路、复位电路和扩展按键，所述电阻网络包括电阻矩阵及与所述电阻矩阵连接的第一多路开关，所述电阻矩阵包括多个阻值不同的电阻，所述第一多路开关包括多个与所述电阻一一连接的第一开关及控制多个所述第一开关的第一控制芯片，多个所述电阻并联；待测电容的一端与所述NE555芯片的2引脚和6引脚连接、另一端接地，所述电阻网络的一端与所述NE555芯片的2引脚和6引脚连接、另一端与电源连接，所述第一多路开关的第一控制芯片与所述单片机连接，所述参考电容的一端与所述NE555芯片的5引脚连接、另一端接地，所述NE555芯片的8引脚和4引脚与所述电源连接，所述NE555芯片的3引脚与所述波形整形电路连接，所述单片机最小系统与所述波形整形电路和所述显示器分别连接；所述单片机控制所述第一控制芯片选择闭合不同的所述第一开关，继而改变所述电阻矩阵接入的电阻，从而调整所述多量程电容测量电路的量程。可选地，所述方波产生电路还包括误差补偿模块，所误差补偿模块包括电容矩阵及与所述电容矩阵连接的第二多路开关，所述电容矩阵包括多个电容值不同的标准电容，所述第二多路开关包括多个与所述标准电容一一对应的第二开关及控制多个所述第二开关的第二控制芯片，多个所述标准电容并联；所误差补偿模块一端与所述NE555芯片的2引脚和6引脚连接、另一端接地，所述第二多路开关的第二控制芯片与所述单片机连接；所述单片机预存有与多个所述标准电容一一对应的理论脉冲频率，所述单片机控制所述第二控制芯片选择闭合不同的所述第二开关，继而改变所述电容矩阵接入的标准电容，获得多个实际脉冲频率，根据实际脉冲频率与所述理论脉冲频率的函数关系进行误差补偿。可选地，所述第一多路开关和所述第二多路开关为单8通道数字控制模拟电子开关CD4051。可选地，所述方波产生电路的输出频率范围为500Hz到50KHz之间。可选地，所述电阻矩阵包括八个所述电阻，其中，六个所述电阻的阻值分别为14Ω、140Ω、1.4KΩ、14KΩ、140KΩ和1.4MΩ。可选地，所述电容矩阵包括八个电容值不同的标准电容，八个所述标准电容的电容值分别为20pF、100pF、500pF、5nF、50nF、500nF、5uF和50uF。一种多量程电容测量方法，应用于上述的多量程电容测量装置，所述单片机预存有各个所述电阻对应的电容测量量程，所述方法包括：所述单片机控制所述第一控制芯片选择闭合一所述第一开关，将所述第一开关对应的电阻接入所述方波产生电路；所述方波产生电路产生方波并发送至所述波形整形电路；所述波形整形电路对所述方波进行整形，并将整形后的方波发送至所述单片机；所述单片机接收所述波形整形电路发送的方波，进行上升沿捕捉计数，并初步计算所述待测电容的电容值；所述单片机判断计算的待测电容的电容值是否在接入的电阻对应的电容测量量程内；若不在电容测量量程内，则所述单片机将另一电阻接入所述方波产生电路，重新测量，直到计算的待测电容的电容值在接入的电阻对应的电容测量量程内，将该计算的待测电容的电容值确定为所述待测电容的电容值；若在电容测量量程内，则所述单片机将计算的待测电容的电容值确定为所述待测电容的电容值，并发送至所述显示器显示。。可选地，所述单片机预存有与多个所述标准电容一一对应的理论脉冲频率，所述方法还包括：所述单片机控制所述第二控制芯片闭合不同的所述第二开关，改变所述电容矩阵接入的标准电容，获得多个实际脉冲频率；根据所述实际脉冲频率与所述理论脉冲频率的函数关系，建立误差补偿函数；根据误差补偿函数，对计算的待测电容的电容值进行误差补偿。一种多量程电容测量装置，所述多量程电容测量装置包括封装外壳、PCB板和上述的多量程电容测量电路，所述封装外壳是由顶面、底面、第一侧面、第二侧面、第三侧面、和第四侧面围合而成的立方体结构，所述方波产生电路、波形整形电路、单片机最小系统通过PCB板连接并设置在所述封装外壳内，所述显示器和扩展按键设置于所述顶面；所述第三侧面上设置有第一引脚和第二引脚，所述第一引脚与所述NE555芯片的2引脚和6引脚分别连接，所述第二引脚接地，所述待测电容通过所述第一引脚和第二引脚连接在所述NE555芯片的2引脚和6引脚与地之间；所述第二侧面开设有多个第一散热孔，所述第四侧面开设有多个第二散热孔，所述多个第二散热孔与所述多个第一散热孔相对设置，所述第一侧面设置有充电接头。可选地，所述底面设置有多个第三散热孔、多个第四散热孔和多个减震橡胶垫，所述多个第三散热孔沿所述第二侧面和底面的公共边的延伸方向设置，所述多个第四散热孔沿所述第四侧面和底面的公共边的延伸方向设置，所述多个减震橡胶垫沿所述第一侧面和底面的公共边以及所述第三侧面和底面的公共边的延伸方向设置。本专利技术提供的多量程电容测量电路、装置及方法，通过单片机控制第一控制芯片闭合不同的第一开关，改变所述电阻矩阵接入的电阻，调整所述多量程电容测量电路的量程，以测量不同电容值的待测电容。方波信号从NE555芯片的3脚输出，经波形整形电路进行波形整形后，送至单片机。由单片机对整形后的方波信号的上升沿捕获定时计数，并根据计数时间间隔和计数值计算方波脉冲的频率。最后，根据公式即可计算出待测电容的电容值，并发送至显示器进行显示。该多量程电容测量电路，电路简单，操作简便，测量范围可调，满足实际的应用需要。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种多量程电容测量电路的方框示意图。图2为图1中方波产生电路的电路连接图。图3为图1中单片机最小系统的方框示意图。图4为本专利技术实施例提供的一种多量程电容测量方法的流程图。图5为本专利技术实施例提供的另一种多量程电容测量方法的流程图。图6为本专利技术实施例提供的一种多量程电容测量装置的结构示意图。图7为本专利技术实施例提供的一种多量程电容测量装置的另一视角的结构示意图。图标：1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多量程电容测量电路，其特征在于，包括方波产生电路(10)、波形整形电路(30)、单片机最小系统(50)及显示器(70)，所述方波产生电路(10)包括NE555芯片(11)、电阻网络(12)和参考电容(C)，所述单片机最小系统(50)包括电性连接的单片机(51)、时钟电路(52)、复位电路(53)和扩展按键(54),所述电阻网络(12)包括电阻矩阵(121)及与所述电阻矩阵(121)连接的第一多路开关(123)，所述电阻矩阵(121)包括多个阻值不同的电阻，所述第一多路开关(123)包括多个与所述电阻一一连接的第一开关及控制多个所述第一开关的第一控制芯片，多个所述电阻并联；待测电容(Cx)的一端与所述NE555芯片(11)的2引脚和6引脚连接、另一端接地，所述电阻网络(12)的一端与所述NE555芯片(11)的2引脚和6引脚连接、另一端与电源(VCC)连接，所述第一多路开关(123)的第一控制芯片与所述单片机(51)连接，所述参考电容(C)的一端与所述NE555芯片(11)的5引脚连接、另一端接地，所述NE555芯片(11)的8引脚和4引脚与所述电源(VCC)连接，所述NE555芯片(11)的3引脚与所述波形整形电路(30)连接，所述单片机最小系统(50)与所述波形整形电路(30)和所述显示器(70)分别连接；所述单片机(51)控制所述第一控制芯片选择闭合不同的所述第一开关，继而改变所述电阻矩阵(121)接入的电阻，从而调整所述多量程电容测量电路的量程。...

【技术特征摘要】
1.一种多量程电容测量电路，其特征在于，包括方波产生电路(10)、波形整形电路(30)、单片机最小系统(50)及显示器(70)，所述方波产生电路(10)包括NE555芯片(11)、电阻网络(12)和参考电容(C)，所述单片机最小系统(50)包括电性连接的单片机(51)、时钟电路(52)、复位电路(53)和扩展按键(54),所述电阻网络(12)包括电阻矩阵(121)及与所述电阻矩阵(121)连接的第一多路开关(123)，所述电阻矩阵(121)包括多个阻值不同的电阻，所述第一多路开关(123)包括多个与所述电阻一一连接的第一开关及控制多个所述第一开关的第一控制芯片，多个所述电阻并联；待测电容(Cx)的一端与所述NE555芯片(11)的2引脚和6引脚连接、另一端接地，所述电阻网络(12)的一端与所述NE555芯片(11)的2引脚和6引脚连接、另一端与电源(VCC)连接，所述第一多路开关(123)的第一控制芯片与所述单片机(51)连接，所述参考电容(C)的一端与所述NE555芯片(11)的5引脚连接、另一端接地，所述NE555芯片(11)的8引脚和4引脚与所述电源(VCC)连接，所述NE555芯片(11)的3引脚与所述波形整形电路(30)连接，所述单片机最小系统(50)与所述波形整形电路(30)和所述显示器(70)分别连接；所述单片机(51)控制所述第一控制芯片选择闭合不同的所述第一开关，继而改变所述电阻矩阵(121)接入的电阻，从而调整所述多量程电容测量电路的量程。2.根据权利要求1所述的多量程电容测量电路，其特征在于，所述方波产生电路(10)还包括误差补偿模块(13)，所误差补偿模块(13)包括电容矩阵(131)及与所述电容矩阵(131)连接的第二多路开关(133)，所述电容矩阵(131)包括多个电容值不同的标准电容，所述第二多路开关(133)包括多个与所述标准电容一一对应的第二开关及控制多个所述第二开关的第二控制芯片，多个所述标准电容并联；所误差补偿模块(13)一端与所述NE555芯片(11)的2引脚和6引脚连接、另一端接地，所述第二多路开关(133)的第二控制芯片与所述单片机(51)连接；所述单片机(51)预存有与多个所述标准电容一一对应的理论脉冲频率，所述单片机(51)控制所述第二控制芯片选择闭合不同的所述第二开关，继而改变所述电容矩阵(131)接入的标准电容，获得多个实际脉冲频率，根据实际脉冲频率与所述理论脉冲频率的函数关系进行误差补偿。3.根据权利要求2所述的多量程电容测量电路，其特征在于，所述第一多路开关(123)和所述第二多路开关(133)为单8通道数字控制模拟电子开关CD4051。4.根据权利要求3所述的多量程电容测量电路，其特征在于，所述方波产生电路(10)的输出频率范围为500Hz到50KHz之间。5.根据权利要求4所述的多量程电容测量电路，其特征在于，所述电阻矩阵(121)包括八个所述电阻，其中，六个所述电阻的阻值分别为14Ω、140Ω、1.4KΩ、14KΩ、140KΩ和1.4MΩ。6.根据权利要求4所述的多量程电容测量电路，其特征在于，所述电容矩阵(131)包括八个电容值不同的标准电容，八个所述标准电容的电容值分别为20pF、100pF、500pF、5nF、50nF、500nF、5uF和50uF。7.一种多量程电容测量方法，其特征在于，应用于权利要求3-6任意一项所述的多量程电...

【专利技术属性】
技术研发人员：楚锦霞，张升义，屠礼芬，李卫中，肖永军，方天红，
申请(专利权)人：湖北工程学院，
类型：发明
国别省市：湖北,42