一种小容量电容高速检测电路制造技术

一种小容量电容高速检测电路，包括单片机，与单片机双向连接的PC机，通过电子开关K1、K2与单片机相应连接的激励电源Ui1和激励电源Ui2，激励电源输出信号Ui与被测电容CX、标准电容CN连接，在被测电容CX和标准电容CN上产生一个激励电流，加到变压器电桥检测电路，并在其输出端产生输出电压Uo1，Uo1接到放大电路中，通过放大电路输出信号Uo；放大电路与放大倍数调节电路连接，放大倍数调节电路与单片机连接；Uo和Ui通过相位检测电路与单片机连接，Uo和UREF通过电压比较电路与单片机连接；Uo通过VPC转换电路与单片机连接；与单片机输出信号连接的误差分档指示信号电路和电容值数据显示电路。本发明专利技术测量速度可达100粒/秒，测量的稳定性更好、精度更高。

【技术实现步骤摘要】
一种小容量电容高速检测电路
本专利技术涉及电容检测电路，具体涉及采用变压器电桥平衡电路测量小电容的电路。
技术介绍
目前，小容量电容器受到电子行业越来越多的推崇，其需求量也越来越大。企业为了进一步降低成本，对电容的检测提出了更高要求，现在国内企业常用的电容检测仪有HP-4278A、LCR101和CDF-X。但是这些测量设备测量速度较慢，都不能对测量的数据进行记录、统计和分析。因此，科技人员和用户对现有的电容测量仪器进行了改进和改造。现有的专利《电容检测装置》专利号：CN102590635A，该电容检测装置，能以比调整用电容元件的最小值更高精度来调整偏移。《电容检测方法》专利号：CN102375628A，该专利技术的电容检测方法，采用电容充放电的方法可达到噪声抑制效果和提升工艺上电容和阻抗的变化容忍度的目的。《电容检测电路》专利号：CN103487662A，该专利技术的电容检测方法采用电容积分电路，在检测过程中在不降低检测电压条件下，也不会引起信噪比的下降。以上的测量仪器和专利解决办法都存在一些问题。第一，测量的速度较慢，不能满足生产企业的要求。第二，测量范围较宽，仪器的性价比低。第三，测量的数据不能与用户共享，企业和用户之间的测量标准容易产生误差引起争议。第四，大多数仪器和测量方法都采用平衡电桥的方法，对信号源要求较高，而且对环境参数要求也很高。当温度、湿度变化较大时，测量精度会下降一个数量级。
技术实现思路
本专利技术提出了一种小容量电容高速检测电路，采用变压器平衡电桥原理对小电容进行测量。通过与标准电容的比较在变压器初级绕组产生一个激励电流，激励电流的大小与测量电容与标准电容之间的误差成正比。PC机作为上位机，与单片机实现数据的双向传输，对小电容测量的过程进行控制，对测量的数据进行误差补偿、分析和管理，通过因特网与用户共享测量数据。本专利技术通过以下技术方案实现：一种小容量电容高速检测电路，包括单片机，与单片机双向连接实现数据双向传输的PC机；PC机对小电容测量的过程进行控制，对测量的数据进行误差补偿、分析和管理，通过因特网与用户共享测量数据。单片机通过电子开关K1和K2相应连接激励电源Ui1和激励电源Ui2,对激励电源Ui1和激励电源Ui2进行选择；当被测电容CX<20pF时，接通激励电源Ui1；当被测电容CX≥20pF时，接通激励电源Ui2。激励电源Ui1、Ui2输出信号Ui与被测电容CX、标准电容CN连接，在被测电容CX和标准电容CN上产生一个激励电流，加到变压器电桥检测电路，在变压器电桥检测电路的输出端产生一个输出电压Uo1，当CX=CN，Uo1=0；当CX≠CN，Uo1=K△C，K为比例系数，受电路的分布电容和接触电阻影响，当电路确定时，K为常数；使用前可以通过对标准电容的测量自动获得K值。Uo1接到放大电路中，通过放大电路输出信号Uo；放大电路连接放大倍数调节电路，放大倍数调节电路与单片机连接。通过单片机控制放大倍数调节电路自动调节放大倍数，保证信号Uo不失真的情况下，使信号Uo达到较大数值，保证小电容的测量精确度能够达到0.01%；提高测量精确度。所述的信号Uo和信号Ui通过相位检测电路的输出信号YC与单片机连接，相位检测电路对信号Ui和信号Uo进行相位检测，判断被测电容CX与标准电容CN的大小关系；当YC=0时，则Ui和Uo两个电压反相，CX>CN；当YC=1时，则Ui和Uo两个电压同相，CX<CN。所述的输出电压Uo和基准电压UREF通过电压比较电路的输出信号YA与单片机连接，电压比较电路对输出电压Uo和基准电压UREF进行电压比较，当输出电压Uo<UREF，YA=0输入单片机，单片机输出控制信号到放大倍数调节电路，调节放大倍数调节电路的放大倍数；当输出电压Uo>UREF，YA=1输入到单片机，则输出信号Uo满足设计要求。所述的输出信号Uo为模拟信号，通过VPC转换电路与单片机连接，将模拟信号Uo转换为数字信号YB；单片机把测量数据传输给PC机，由PC机计算被测电容器CX的电容值和误差分档信号。数字信号YB的脉冲宽度与模拟信号Uo的大小成正比。通过单片机记录脉冲信号的宽度，从而可以计算出输出电压Uo的大小，同时根据Uo的大小计算出被测电容CX的电容值。所述的电容误差分档指示信号电路与单片机输出信号连接，电容误差分档指示信号电路分八档指示，用八个LED发光二极管显示。所述的电容值数据显示电路与单片机输出信号连接，所述的电容值数据显示电路采用LED显示屏，显示被测电容CX的电容值。进一步的，所述的激励电源Ui1为1MHz的12V正弦交流电源,激励电源Ui2为500KHz的12V正弦交流电源。进一步的，所述的激励电源大于等于10个信号周期时，电容检测电路进入稳定状态，能有效测出被测电容器CX的电容值。（三）有益效果本专利技术提出的一种小容量电容高速检测电路，与现有技术相比较，其具有以下有益效果：（1）采用变压器平衡电桥检测电路，采用变压器平衡电桥原理对小电容进行测量。通过被测电容与标准电容的比较在三绕组变压器的两个次级绕组中产生一个激励电流，激励电流的大小与测量电容CX和标准电容CN之间的误差ΔC成正比；消除了环境参数和分布参数的影响。测量的稳定性更好、精度更高。（2）放大电路的放大倍数通过单片机控制实现自动调节，保证输出电压不失真的情况下达到较大数值以提高测量精度。（3）采用PC机作为上位机，通过PC机对小电容测量的过程进行控制，对测量的数据进行误差补偿、分析和管理，通过因特网与用户共享测量数据。（4）缩小了测量范围，其实际测量范围是0.1pF-200pF；让测量精度更加的精确，也加快了测量速度；测量精度0.01%、测量速度为100粒/秒。附图说明图1是本专利技术的检测电路原理框图。图2是本专利技术的电路原理图。图3是本专利技术的工作流程图。附图中的标记及零部件标注：1-单片机电路、2-激励电源、3-变压器电桥检测电路、4-两级放大电路、5-放大倍数调节电路，6-电压比较电路、7-VPC转换电路、8-相位比较电路、9-电容误差分档指示信号电路、10-电容值数据显示电路、11-单片机时钟电路、12-单片机开机复位电路、13-单片机与PC机RS232接口电路组成。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。在不脱离本专利技术设计构思的前提下，本领域普通人员对本专利技术的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本专利技术的保护范围。实施例：如图1所示：一种小容量电容高速检测电路，包括单片机，与单片机双向连接实现数据双向传输的PC机；PC机对小电容测量的过程进行控制，对测量的数据进行误差补偿、分析和管理，通过因特网与用户共享测量数据。单片机通过电子开关K1和K2相应连接激励电源Ui1和激励电源Ui2,对激励电源Ui1和激励电源Ui2进行选择；当被测电容CX<20pF时，接通激励电源Ui1；当被测电容CX≥20pF时，接通激励电源Ui2。所述的激励电源Ui1为1MHz的12V正弦交流电源,激励电源Ui2为500KHz的12V正弦交流电源。当激本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小容量电容高速检测电路，其特征在于：包括单片机，与单片机双向连接实现数据双向传输的PC机；以及通过电子开关K1和K2与单片机相应连接的激励电源Ui1和激励电源Ui2；激励电源Ui1、Ui2输出信号Ui与被测电容CX、标准电容CN连接，在被测电容CX和标准电容CN上产生一个激励电流，加到变压器电桥检测电路，在变压器电桥检测电路的输出端产生一个输出电压Uo1，Uo1接到放大电路中，通过放大电路输出信号Uo；单片机通过放大倍数调节电路与放大电路连接；所述的信号Uo和信号Ui通过相位检测电路的输出信号YC与单片机连接，相位检测电路对信号Ui和信号Uo进行相位检测，判断被测电容CX与标准电容CN的大小关系；所述的输出电压Uo和基准电压UREF 通过电压比较电路的输出信号YA与单片机连接，电压比较电路对输出电压Uo和基准电压UREF进行电压比较，得出的结果作为放大倍数调节电路的依据；所述的信号Uo为模拟信号，通过VPC转换电路与单片机连接，将模拟信号Uo转换为数字信号YB；单片机把测量数据传输给PC机，由PC机计算被测电容器CX的电容值和误差分档信号；与单片机输出信号连接的电容误差分档指示信号电路和电容值数据显示电路。...

【技术特征摘要】
1.一种小容量电容高速检测电路，其特征在于：包括单片机，与单片机双向连接实现数据双向传输的PC机；以及通过电子开关K1和K2与单片机相应连接的激励电源Ui1和激励电源Ui2；激励电源Ui1、Ui2输出信号Ui与被测电容CX、标准电容CN连接，在被测电容CX和标准电容CN上产生一个激励电流，加到变压器电桥检测电路，在变压器电桥检测电路的输出端产生一个输出电压Uo1，Uo1接到放大电路中，通过放大电路输出信号Uo；单片机通过放大倍数调节电路与放大电路连接；所述的信号Uo和信号Ui通过相位检测电路的输出信号YC与单片机连接，相位检测电路对信号Ui和信号Uo进行相位检测，判断被测电容CX与标准电容CN的大小关系；所述的输出电压Uo和基准电压UREF通过电压比较电路的输出信号YA与单片机连接，电压比较电路对输出电压Uo和基准电压UREF进行电压比较，得出的结果作为放大倍数调节电路的依据；所述的信号Uo为模拟信号，通过VPC转换电路与单片机连接，将模拟信号Uo转换为数字信号YB；单片机把测量数据传输给PC机，由PC机计算被测电容器CX的电容值和误差分档信号；与单片机输出信号连接的电容误差分档指示信号电路和电容值数据显示电路。2.根据权利要求1所述的一种小容量电容高速检测电路，其特征在于：所述的单片机通过电子开关K1和K2选择激励电源Ui1和激励电源Ui2；当被测电容CX<20pF时，接通激励电源Ui1；当被测电容CX≥20pF时，接通激励电源Ui2。3.根据权利要求1所述的一种小容量电容高速...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴会琴，刘家骏，王玲，
申请(专利权)人：淮安信息职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32