[其他]電容測量電路

無效

• 申請號: 86108479
• 申請日: 1986-12-13
• 公開（公告）號: CN86108479A
• 公開（公告）日: 1987-07-29
• 發明（設計）人: 邁克爾·赫佐格
• 申請（專利權）人: 弗勞蒂克股份公司
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 范本國

本發明涉及一種由轉接裝置組成的電容測量電路。該轉接裝置以預定的轉接頻率交替地周期性地把被測量電容連接到一恒定電壓上以充電，再連接到存儲電容器上以放電。存儲電容器的容量比被測電容器的容量大，通過控制放電電流使它的端電壓大體保持在一恒定的參考電壓上，放電電流的大小與被測量的電容成正比并代表了電容的測量值。

大家都知道，這類電容測量電路來自于DE-OS3，143，114，是利用“開關電容器”的原理工作的。電容量的測量是以被測電容器的平均放電電流的測量為基礎的，它是利用周期性地交替地給被測電容器充電到恒定電壓，并且再放電來實現。一般說來，平均放電電流通過電流電壓轉換器轉換成與被測量電容量成正比例的電壓。通過使用以同樣的原理工作的兩個電路支路，非常有可能以很高的靈敏度和準確性去測量兩個被測電容的容量差，即使當電容容量差與被測量電容相比是很小的時候也是如此。

另一方面，在電容測量電路或電容性傳感器中，例如在美國專利第3，781，672號和德國專利（Auslegeschrift）^＊2，744，785號中所述的“有源屏蔽”的原理是眾所周知的，即與被測量電容或者傳感器電容相關的屏蔽罩的電位連續不斷地跟隨著被屏蔽電極的電位而變化。這就有可能消除雜散電容和干擾電場對被測電容或傳感器電容的影響。例如，屏蔽可以是圍繞著測量或傳感器電極的屏蔽電極，也可以是被測或傳感器電容到電容測量電路間連接的電纜的屏蔽。按照現有技術，通過對被屏蔽電極的電位的采樣，并經過一阻抗轉換器加到屏蔽罩上的方法，有源屏蔽是有效的。這種解決辦法是很復雜的，因為需要一個運算放大器作為阻抗轉換器，在速度和輸入電容方面它必須滿足很高的要求。

本發明要解決的問題是要在開頭所述的這類電容測量電路中，用很簡單和有效的方法得到有源屏蔽。

為了解決這個問題，本發明相應的電容測量電路包含有另一個轉接裝置，該裝置以同樣的轉接頻率周期性地、交替地把與被測電容相關的屏蔽罩連接到兩種電位上，它們大體上分別對應于恒定電壓和參考電位。

本發明相應的電容測量電路利用這樣一個事實：被屏蔽電極的電位假設只有兩個可能的值，即或者是參考電位，或者是被測電容所充到的恒定電壓的電位。由于這個原因，被屏蔽電位的采樣和反饋可以省去。因此取而代之的是把兩種電位的值以同樣的轉接頻率簡單地交替地加到屏蔽罩上。為了實現這一點，所需要的一切就是一個簡單類型的另一個轉接裝置。這里發現一個特別的優點，就是對于另一個轉接裝置的激勵和響應速率而言，沒有很窄的時間容限。因為由于開關電容器的原理，在被屏蔽的電極為一方，屏蔽罩為另一方之間的電位變化，既使有相當可觀的時間移動，如果注意到某些容易滿足的條件，也不會導致測量誤差。

本發明的更多的特點和優點也是很明顯的，從如下附圖所示的實施方案實例說明中可以看出。其中：

圖1????給出了本發明相應的電容測量電路實施方案的基本電路圖，

圖2????給出了解釋圖1的電容測量電路工作方式的時間圖，

圖3????給出了本發明相應的另一個電容測量電路實施方案的基本電路圖，和

圖4????給出了解釋圖3的電容測量電路工作方式的時間圖。

圖1所示的電容測量電路10，利用已知的DE-OS3，143，114中，“開關電容”的原理。提供一個與測試電容器11的容量CM成正比的輸出信號。測試電容器11可以被放置于與電容測量電路10相對遠的距離，并且通過屏蔽電纜12連接到電容測量電路上。屏蔽電纜12包含有被屏蔽的內部導體13和電纜屏蔽網14。如果在測試電容11的地方存在屏蔽電極15的話，那么該電極就與電纜屏蔽網14相連。

電容測量電路10包含有轉接開關16，它處于如圖1所示的一個位置上，該開關通過電纜12的內部導體13把測試電容11連接到端點17上，該點相對于大地帶有正的直流電壓+V，該直流電壓是（比方說）電路的工作電壓。開關16在另一個位置上，連接測試電容器11到存儲電容器18上，存儲電容C_O比被測電容C_M大得多。運算放大器20的反相輸入端也連到開關16和存儲電容18的互連端子上。運算放大器的同相輸入端連接到地，輸出端和反相輸入端之間的反饋電路包含有電阻21。

轉接開關16由控制信號A驅動，該信號是由控制電路22的輸出端送來的。控制電路22在第二個輸出端還提供了控制信號B，該信號驅動轉接開關23，此開關在一個位置上把電纜12的電纜屏蔽網14連接到端點17的電壓+U上，而在另一個位置上連接到地。