电容测量原理图
电容检测原理
电容检测原理(总11页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除一、用MSP430基于张弛震荡器的检测图就是使用MSP430内部的比较器来实现一个张弛震荡触摸按键的的电路。
在在输入端，比较器的正接到了一个电阻网络，比较器的负接到了电阻Rc与感应电容之间。
比较器所接的电阻网络为比较器提供了参考电压，而这个参考电压又受到了比较器输出反馈的激励，所以其值在1/3Vcc和2/3Vcc之间反复变化。
造成张弛振荡器的持续震荡，其震荡频率可由以下公式算出：f= 1/[1.386 × R× C]当手指接触到触摸按键以后，显然，C的值将会被改变，于是fosc也随之变化。
如果我们能够检测到这种变化的话，也就自然知道何时触摸按键被“按下”了。
检测的方法也很简单，上面我们说过，当手指接触到触摸按键以后， C的值将会被改变，于是fosc也随之变化。
频率的倒数就是周期，只要我们在一个固定的时间内去计算上升沿或下降沿的数目，那么如果在某一时刻该数目有较大的变化的话，那就说明C的值已经被改变，即按键被“按下”了。
二、MSP430基于电阻电容充放电时间的检测第二种方法就是基于电容充、放电时间长短的检测，下图给出了这种触摸检测方法的原理图。
在这种方法中，主要检测的是电容充电和放电的时间。
首先，由一个GPIO（Load）对电容Cx进行充电；同时开启计时器进行计时；随着充电的进行，Cx的电压中不断升高，最终它将会操作某个门限电压V,当其超过门限电压V后，Acq I/O GPIO将会检测到这个事件，同时停止计时器并读出此时的数值。
这样，就完成了一次充电计时过程，当手指接触到触摸按键时，Cx将会变大，显然，充电时间也会变长。
通过不断比较每次充电的时间，很自然地就能得知当前是否有按键被“按下”。
同样，既然能检测充电时间，那么也能检测放电时间。
这里不再赘述。
电容电感测试原理以及操作方法
工作原理图1 工作原理图在被测电容支路有对被测电容的电压、电流取样的取样电路，取样电路的输出端分别接放大电路，从电压放大电路输出的电压信号和从电流放大电路输出的电流信号通过鉴相器输出相位差信号，与电压信号和电流信号通过A/D转换器后，输入CPU计算而得到被测电容值。
因为采用了移动的电流取样单元，而使得无需拆除连接线就可以直接测量电容值。
加之测量过程档位是自动进行选择，避免了手动操作引起的误差，因此具有稳定性好、重复性好，准确可靠的特点。
仪器面板图2 仪器面板图1：液晶屏幕2：打印机：打印测量数据和波形3：电流测试钳插座4: 输出电压接线柱5：接地端6：电压输出开关7：测量转换开关（电容测量/电感测量）8：电源开关9：电源（AC 220V）插座10：屏幕亮度11：按键功能区【→】和【←】键可用于平移光标, 还可用于改变数值大小。
【↓】和【↑】键可用于改变光标的上下位置, 有时可用于增减数字。
【退出】键表示否定光标的提示,【确认】键表示肯定光标的提示。
【打印】键按此键后可得屏幕所显示的测量数据打印出来。
【复位】键按此键后直接跳回主菜单。
接线方法A、并联电容器测量进行测试前，应按使用要求正确连接电源线及信号电缆。
图3 接线方式示意图图4 仪器现场测量实例1、将测试电压电缆一端接到仪器测试电压输出端子④、⑦上；2、将测试电流信号电缆插在仪器测试信号输入插头③上；3、接好测试仪器220V电源线；4、将测试电压电缆分别夹在被试电容器组两极的连接母线上，钳形电流取样表卡在所需测量的单台电容器的套管处；5、闭合仪器电源开关⑧；6、将面班上的“功能开关”置于“电容测量”，最后将“电压输出开关”置于“通”的位置即进行电容测量，液晶屏幕上显示的数据即是测量结果7、将钳形电流表取下，卡于另一台需测量的电容器上，直至该相测量完毕。
8、测试结束后，切断电源，并将面板上所有开关恢复到测试前的状态，拆除所有接线。
B、电抗器电感测量1、接线方法同测量电容时一样，只是被测试品为电感；2、开机按【确认】后屏幕显示主菜单画面，将光标移至【设置】处，进入第3屏设置参数，将【等效阻抗】设为【串联电感】模式。
利用电桥法测量电容
利用电桥法测量电容集团标准化办公室：[VV986T-J682P28-JP266L8-68PNN]利用电桥法测量电容与在水箱里储水的方式完全一样,电荷也可以被储存在一个被称为电容的装置里。
在实际应用中,会出于不同的原因而利用电容器产生短而强的电流脉冲。
尽管实际中应用的电容器有各种存在形式,但有一点是相同的,即它们都是由2块导电板或被绝缘体隔开的2块板子构成的。
如果这2块板子之间有电势差,那么它们会带上等量异号的电荷,携带的电荷量与电压成正比。
这是电容器的典型特征,这个恒定不变的比值即是电容器的电容。
本实验的目的是探究电桥法测量电容并验证串、并联电容器的电容计算公式。
1 实验原理电容器主要是由2块金属板构成的,它们用被称为电介质的一种绝缘材料隔开。
这样的结构安排之所以能够储存电荷,是因为如果将电压源与2块板子相连,那么正电荷就会从一块板子流向另一块,同时使那块板子带上负电荷,此过程直到电介质内的磁场足够强以致阻止电流的进一步流动时为止。
这时,一定量的电荷(一端为正,另一端为负)被分别储存在2块板子上,电势差等于它们之间的电源电压。
电荷与电势差的比值是一个常数,称为电容器的电容,因此,C=Q/V。
公式中,C表示电容,单位是法拉;Q表示电荷,单位是库伦;V表示电势差,单位是伏特。
值得注意的是:电容的单位实际上是库伦的平方/牛顿米,但它还是被称为法拉,一方面是为了纪念迈克尔法拉第,另一方面是为了简洁方便。
因为法拉这个单位太大,在现实中应用得很少,所以常常会用到微法拉(1法拉的百万分之一),也会经常用到皮法拉(亦称微微法拉,10-12F)。
当把电容器连接到交流电路中时,交替地充电和放电使电容器看起来像是通上交流电。
交流电压和通过的电流之间的线性关系很像欧姆定律中电阻的特性。
电压和电流之间的比值Xc被称作电容器的容抗。
所以,可以用类似测电阻的方法来测容抗。
然而,容抗是与电容有关的,即:Xc=1/(2×π×f×C)。
电容式传感器原理及其应用PPT课件
2.1 变面积式电容传感器
变面积式电容式传感器通常分为线位移型 和角位移型两大类。
〔1〕线位移变面积型
常用的线位移变面积型电容式传感器可分 为平面线位移型和柱面线位移型两种结 构。
➢ 对于平板状结构，在图4-2〔a〕中，两极板有效覆盖面积就发生变化，电容 量也随之改变，其值为：
➢
➢ 式中，
，为初始电容值。
➢ 当电容式传感器的电介质改变时，其介电常数变化， 也会引起电容量发生变化。
➢ 变介电常数式电容传感器就是通过介质的改变来实 现对被测量的检测，并通过传感器的电容量的变化 反映出来。它通常可以分为柱式和平板式两种，如 下图。
〔a〕柱式
〔b〕平板式
变介电常数式电容传感器
➢ 变介电常数式电容传感器的两极板间假设存在导电 物质，还应该在极板外表涂上绝缘层，防止极板短 路，如涂上聚四氟乙烯薄膜。
➢ 电桥的输出电压为：
2.2 变压器电桥电路
电容式传感器接入变压器电桥测量电路如下图，它可 分为单臂接法和差动接法两种。
〔a〕单臂接法
〔b〕差动接法
〔1〕单臂接法
图4-8(a)所示为单臂接法的变压器桥式测量电路，高 频电源经变压器接到电容桥的一个对角线上，电容 构成电桥的四个臂，其中 为电容传感器。
〔a〕电容器的边缘效应
〔b〕带有等位环的平板式电容器
图4-14 等位环消除电容边缘效应原理图
〔2〕保证绝缘材料的绝缘性能 ① 温度、湿度等环境的变化是影响传感器中绝缘材料
性能的主要因素。 ②传感器的电极外表不便清洗，应加以密封，可防尘、
防潮。 ③ 尽量采用空气、云母等介电常数的温度系数几乎为
零的电介质作为电容式传感器的电介质。 ④ 传感器内所有的零件应先进行清洗、烘干后再装配。
电容的测量方法
关于电容器的电容的测量方法电容器作为非常重要的一个电学元件在现代电子技术中有着非常广泛的用途，其作用和相关应用在我们《高中物理》第二册、第十三章、第八节中已有适当的介绍。
在此，我并不想进一步来介绍其相关的知识和应用，而是想谈谈关于描述电容器的一个非常重要的物理量——电容的测量方法。
《高中物理》课本中将电容器的电容定义为：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的的比值。
即：QC=U显然，通过上式我们可以看出对于电容器电容C的测量的关键在于式中的另外两个物理量——加在电容器两板间的电压U和电容器所带的电量Q。
至于加在电容器两板间的电压U我们可以直接通过电压表来测量，但是电容器所带的电量Q恐怕就没那么容易去直接测量了吧！也就是说，要想测量电容器的电容，最大的困难就在于：如何测量电容器所带的电量Q。
那么究竟用什么方法？怎样才能测得电容器所带的电量Q呢？下面我就由这两个问题谈谈我的一点看法。
一．实验原理显然在实验中我们要想测量电容器所带的电量Q，只有让其放电才有办法将其显示出来。
当然，由Q=It，大家都清楚：要测量电流I，我们可以选用仪器——电流计来显示，而要测量时间t我们则可以选用秒表来记录；但是，我们又知道：在电路中，如果电阻太小，则电流太大导致放电时间太短，这样不便于我们观察和记录，故为了延长放电时间我们必须选择很大的电阻接到电路中来实现延长放电时间。
这种方法，我们就叫它高阻放电法。
这也就是我要介绍的一种测量电容器的电容的方法——高阻放电法测电容器的电容。
其原理图如下：Array原理分析：电容器的电容C=Q/U，先测定电容器充电结束后的电压U，再通过对高阻值电阻放电的过程测量放电时的电流I和时间t的关系。
由于电路中的电压U会随着电量Q的减小而减小（由U=Q/C可知），同时电路中的电流I也会随着放电过程中电容器两板间的电压U的减小而减少（由I=U/R可知）。
故电容器在放电过程中的不同时间段内的放电量并不相等，即Q=It并非一个恒量，也就是说I随时间t的变化关系为一曲线。
用万用表测电容的三种方法
用万用表测电容的三种方法电容器主要由金属电极、介质层和电极引线组成，两电极是相互绝缘的。
因此，它具有“隔直流通交流”的基本性能。
用数字万用表检测电容器，可按以下方法进行：1、用电容档直接检测某些数字万用表具有测量电容的功能,其量程分为2000p、20n、200n、2μ和20μ五档.测量时可将已放电的电容两引脚直接插入表板上的Cx插孔，选取适当的量程后就可读取显示数据.000p档，宜于测量小于2000pF的电容；20n档,宜于测量2000pF至20nF之间的电容；200n 档，宜于测量20nF至200nF之间的电容；2μ档，宜于测量200nF至2μF之间的电容;20μ档,宜于测量2μF至20μF之间的电容.经验证明，有些型号的数字万用表（例如DT890B＋）在测量50pF以下的小容量电容器时误差较大,测量20pF以下电容几乎没有参考价值。
此时可采用串联法测量小值电容。
方法是：先找一只220pF左右的电容,用数字万用表测出其实际容量C1,然后把待测小电容与之并联测出其总容量C2,则两者之差（C1－C2）即是待测小电容的容量。
用此法测量1～20pF的小容量电容很准确。
2、用电阻档检测实践证明，利用数字万用表也可观察电容器的充电过程，这实际上是以离散的数字量反映充电电压的变化情况。
设数字万用表的测量速率为n次/秒，则在观察电容器的充电过程中，每秒钟即可看到n个彼此独立且依次增大的读数.根据数字万用表的这一显示特点，可以检测电容器的好坏和估测电容量的大小。
下面介绍的是使用数字万用表电阻档检测电容器的方法,对于未设置电容档的仪表很有实用价值。
此方法适用于测量0。
1μF～几千微法的大容量电容器。
1.测量操作方法如图所示，将数字万用表拨至合适的电阻档，红表笔和黑表笔分别接触被测电容器Cx的两极，这时显示值将从“000”开始逐渐增加，直至显示溢出符号“1”。
若始终显示“000”，说明电容器内部短路；若始终显示溢出,则可能时电容器内部极间开路，也可能时所选择的电阻档不合适。
配电网电容电流测量方法
配电网电容电流测量方法系统电容电流是指系统在没有补偿的情况下，发生单相接地时通过故障点的无功电流。
测量方法很多，这里介绍几种常用的方法。
一、单相金属接地法单相金属接地又分为投入消弧线圈补偿接地和不投入消弧线圈两种。
1、不投入消弧线圈不投入消弧线圈（即中性点不接地）的单相金属接地测量，其接线如图13-10所示，图中，QF为接地断路器；TV为测量用电压互感器；TA1、TA2为保护和测量用电流互感器；W为低功率因数功率表，用以测量接地回路的有功损耗；TA1的1、2端子接QF的过流保护。
电流、电压向量图如图13-11所示。
图13-10 不投入消弧线圈的单相金属接地测量原理图图13-11 不投入消弧线圈的单相接地的电流、电压向量图试验是在系统单相接地下进行的，当系统一相接地时，其余两相对地电压升为线电压。
因此，在测量前应消除绝缘缺陷，以免在电压升高时非接地相对地击穿，形成两相接地短路事故。
为使接地断路器能可靠切除接地电容电流，须将三相触头串联使用，且应有保护。
若测量过程中发生两相接地短路，要求QF能迅速切断故障，其保护瞬时动作电流应整定为IC的4~5倍。
合上接地断路器QF，迅速读取图中所示各表计的指示数值后，接地开关应立即跳闸。
所用表计均不得低于0.5级。
测量功率，应用低功率因数功率表。
由于三相对地电容不等，一相单相接地难以测得正确的阻尼率，需三相轮流接地测量，取三次测量结果的算术平均值。
测量结果的计算：上三式中I cp——接地电流的有功分量（安）；I cp——接地电流的无功分量（安）；I c——系统总接地电流（安）；P——接地回路的有功损耗（瓦）；U□——中性点不对称电压（伏）；d%——系统的阻尼率。
若测量时的电压和频率不是额定值，则需将测得的电流折算到额定电压和额定频率下的数值，即式中I ce——电压和频率为额定值时的系统接地电容电流（安）；f e——额定频率（赫兹）；U e——额定电压（伏）；U av——三相电压（线电压）的平均值（伏）。
简易数字电容测量仪
电子技术课程设计报告——简易数字电容测量仪的设计设计题目：简易数字电容测量仪班级学号：学生姓名：目录一、预备知识.................... 错误!未定义书签。
二、课程设计题目：简易数字电容测量仪的设计错误!未定义书签。
三、课程设计目的及基本要求...... 错误!未定义书签。
四、设计内容提要及说明.......... 错误!未定义书签。
4.1设计内容........................................ 错误!未定义书签。
4.2设计说明........................................ 错误!未定义书签。
五、原理图及原理说明 ........................ 错误!未定义书签。
5.1功能模块电路原理图..................... 错误!未定义书签。
5.2模块工作原理说明 ........................ 错误!未定义书签。
六、调试...........................................................................错误!未定义书签。
七、设计中涉及的实验仪器和工具.... 错误!未定义书签。
八、课程设计心得体会 ........................ 错误!未定义书签。
九、参考文献 ........................................ 错误!未定义书签。
一、预备知识关于数字式简易数字电容测试仪的设计，我们提出了三种设计方法和思路。
在具体操作中，经过对资料的收集、分析，研究与对比，最终选择了简单易懂，而且精度较高的方法，即门控法。
本方法的基本理论是单稳态触发器电路的输出脉宽wt与电容C成正比，再通过一系列的控制，计数，锁存，显示电路实现了对电容的一般测试与数字显示。
在本次数电课程设计的同时，对于中大规模集成电路从认识到分析、再到整体框图设计、单元模块设计、最终到电路的模拟和实际电路的成形有了一定的认识，同时使我们在电子设计方面有了一定的实际动手能力，也为这次数电课程设计打下了坚实的基础。
单片机测电容实验
一、实验目的:1，熟悉MCU51单片机的基本工作原理和组成结构； 2，掌握汇编语言,能用汇编语言编写简单程序；3，以实验板为基础用MCU 51单片机系统实现测量电容功能二、实验要求：1．频率值能循环不断地被测量读取; 2．测量结果显示在外部LCD 屏上;3．利用本设计测量102、103、104三个电容的容值。
三、实验原理原理电路：555多谐振荡电路由555定时器组成的多谐振荡器如左图所示，其中R 1、R 2和电容C 为外接元件。
其工作波如右图所示。
电容充电时，定时器输出01u =，电容放电时，0u =0，电容不断地进行充、放电，输出端便获得矩形波。
多谐振荡器无外部信号输入，却能输出矩形波，其实质是将直流形式的电能变为矩形波形式的电能。
振荡周期12T T T =+。
1T 为电容充电时间，2T 为电容放电时间。
充电时间 11212()ln 20.7()T R R C R R C =+≈+ 放电时间 222ln 20.7T R C R C =≈矩形波的振荡周期121212ln 2(2)0.7(2)T T T R R C R R C =+=+≈+ 因此改变1R 、2R 和电容C 的值，便可改变矩形波的周期和频率。
由此得到本实验的R 1=R 2=20K所以我们发现，通过测量该振荡器的频率，通过逆变换就可以得到待测的电容C。
四、实验分析：整个程序可以采用自底向上的，模块化的设计思想进行设计，即一个一个功能模块进行设计调试，完成后再组合完整，其中可细分为以下几个模块：○1外部中断计数：定时/计数器T0和T1的工作方式设置，T0是工作在计数状态下，对输入的频率信号进行计数，但对工作在计数状态下的T0，最大计数值为fOSC/24，由于fOSC＝11.0592MHz，对于频率的概念就是在一秒只数脉冲的个数，即为频率值。
所以T1工作在定时状态下，采用定时50ms，共定时20次，即可完成1秒的定时功能，每定时1秒（0.1秒，10秒）中到，就停止T0的计数，而从T0的计数单元中读取计数的数值，然后进行数据处理,送到LCD显示；○2数据处理：具体分析见实验原理。
简易电容电感测量仪的制作
收稿日期:2005—09—10作者简介:纪丽凤(1971-),女,辽宁营口市人,工程师,主要从事电子技术教学研究.【学术研究】简易电容电感测量仪的制作纪丽凤1,张廷辉2(11辽宁信息职业技术学院,辽宁辽阳111000;21辽河油田,辽宁盘锦124000) 摘 要:介绍一种简易电容电感测量仪的原理、制作与使用注意事项.关键词:交流电桥法;信号源;平衡指示器;振荡器中图分类号:T M938 文献标识码:A 文章编号:1008-5688(2005)04-0017-01电容和电感都是构成电路的最基本元件,测量电容和电感可以用伏安计法、电桥法、谐振法等多种方法.本文中设计的电容电感测量仪采用交流电桥法,具有测量范围较宽、精度较高、工作稳定、使用方便的特点,而且制作调试简单容易.1 电容电感测量仪电路组成 电容电感测量仪既可以测量电容,又可以测量电感,由一个测量选择开关决定.电容测量范围为:5pF ～100μF ,共分7档量程;电感测量范围为:5μH ～100H ,共分7档量程;可通过量程开关选择.各档位测量范围见表1.图1为电容电感测量仪电路原理图.电路中使用了4个集成运算放大器,分别构成信号源和平衡指示器.电阻R 10～R 17、电位器R P 、电容器C 5以及被测电容或电感等构成测量电桥.S 1是量程开关,S 2是测量选择开关.构成电桥桥臂的阻容元件阻值或容量必须准确,以保证测量精度. 表1S 1档位测C 测L 1100μF 011mH 210μF 1mH 31μF 10mH 31μF 10mH 4011μF 100mH 50101μF 1mH 61000pF 10H 7100pF 100H 2 测量原理分析211 测量原理测量原理如图2所示.被测元件阻抗Z X 与已知元件阻抗Z A 、Z B 、Z C 构成电桥的4个臂,电桥的一组对角线A 、B 间接交流信号源,另一组对角线C 、D 间接平衡指示器.当Z X Z C =Z A Z B 时,电桥平衡,C 、D 间电(下转75页)第7卷第4期2005年10月 辽宁师专学报Journal of Liaoning T eachers College V ol 17N o 14Oct 12005明:实验组台阶指数成绩高于对照组.说明登山运动处方在实施过程中主要是走、跑交替的耐力性运动,它可以有效提高实验对象的耐力素质.增强学生的心肺功能.31113 登山运动处方对身体素质指标的影响实验前后,实验组在50m 、800m 、腰、腹和下肢各关节灵活性、坐位体前屈几方面素质上有显著提高.其中在耐力和灵活性上呈非常显著性差异,这说明了学生平时参加运动的机会很少,尤其在速度、耐力和灵敏素质方面的锻炼较少.这样一旦运动起来很容易表现出显著性.同时,由于高职学生的专业特点,更加约束了他们参加运动的时间和效果.因此,以灵活多样的运动形式和内容,适时地增加学生参加运动的时间和机会,能够全面发展学生的身体素质.312 登山运动处方对人文知识掌握的影响本实验目的之一是通过本地域登山运动处方的实施,提高学生人文素质.从实验前后28名学生试卷成绩分析来看,说明了对人文知识的掌握还须有一个认识与强化的过程,通过实验组和对照组的成绩提高的差值来看,所施加学生当导游员的因素(导游员准备、导游等过程),也使学生的综合能力得到了充分地培养与提高.比如:语言表达能力,收集和处理材料的能力、随机应变的能力等.同时,在人文知识掌握的全过程中,注重学生智商和情商的有机融合,而同学们人文素质的积累就是情商的本质表现,这个智,的确达到了本次实验的目的.4 结论(1)本论文所设计的登山运动处方可改善高职学生身体状况,减少腹部、腰部皮褶厚度;可明显提高台阶指数,增强心肺功能;学生的耐力、灵活性和下肢爆发力得到明显改善.(2)在登山运动处方实验中,学生当导游员,可以强化学生对本地域人文知识的掌握.提高高职学生热爱家乡,为本地区经济建设服务的意识.(责任编辑 刘国忠,朱成杰)(上接17页)位差为零.由于Z A 、Z B 、Z C 已知,所以可测出Z X .212 电容的测量测量电容采用惠斯顿电桥,见图3.C X 为被测电容,C 0为标准电容,R A 、R B 为标准电阻,U 是交流信号源,P 是做平衡指示用的电流表.电桥平衡条件为C X R A =C 0R B ,当电桥平衡时,C X =(C 0R B )/R A .213 电感的测量测量电感采用马克斯韦电桥,如图4所示.L X 为被测电感,C 0为标准电容,R A 、R B 为标准电阻.电桥平衡条件为L X /C 0=R A R B ,当电桥平衡时,L X =C 0R A R B .为了简化电路、方便使用,本测量仪忽略了电容电感的损耗问题,完全可以满足业余测量对精度的要求.214 信号源和平衡指示器原理集成运放IC l -1等构成文氏桥振荡器,产生116kH z的正弦波作为测量电桥的信号源(见图5).IC i -2为缓冲放大器,以隔离电桥电路对振荡器的影响.IC 2-1和IC 2-2构成两级放大器,将电桥C 、D 间检测到的信号进行放大,总增益68dB (2500倍),使测量仪具有很高的检测灵敏度,易于调节电桥平衡,提高测量精度.放大器的输出接压电蜂鸣器B ,作为电桥平衡指示.电桥完全平衡时,蜂鸣器无声.信号源输出经变压器T 1耦合至电桥AB 间,电桥CD间的检测信号经变压器T 2耦合至平衡指示器,这样信号源与平衡指示器便可以有公共接地点,以便用一组直流电源供电,示意图如图6所示.(责任编辑 王立俊,王 巍)李雪松,等高职学生登山运动处方实践研究75 。
电容的测量原理
电容的测量原理
电容的测量原理是指通过对电容两端加电压或者施加电场，测量电容器所存储的电荷量，以及在给定电压下电容器的电位变化情况，进而计算出电容器的电容值。
在直流电路中，可以通过给电容器充电的方式进行测量。
当电容器两端施加直流电压时，电容器会逐渐充电，而充电过程中电容器两端的电压值会逐渐增加，直到等于施加的电压值。
根据电容器充电公式Q=CU（Q为电容器所存储的电荷量，C为
电容器的电容值，U为电容器两端的电压），可以通过测量电容器两端的电压和知道给定的电压值，计算出电容器的电容值。
在交流电路中，使用交流电源和一个已知电阻构建一个简单的带电容的电路，通过测量电容器两端的电压和电流的相位差，以及电流大小，可以计算出电容器的电容值。
因为交流电路下，电压和电流之间存在相位差，并且与电容器的电容值有关。
通常情况下，使用示波器测量电压和电流，并通过计算可以得出电容值。
此外，还可以利用电容测量仪来测量电容值。
电容测量仪通过改变电容器充电和放电的时间，并测量电容器两端的电压，从而计算出电容值。
总之，通过对电容器所存储的电荷和电压的测量，结合相关的物理公式，可以测量电容器的电容值。
电容ESR表
电容ESR表电容ESR表的特点、测量原理、电路分析作者薛国雄来源《无线电》杂志浏览3449发布时间2011-01-11这个专题起源于笔者偶然得到的信息。
在完成所译《音频功率放大器设计手册》一书的勘误工作后，笔者因需在网上查阅美国Tektronix公司的示波器资料，看到外国论坛有位网友在介绍维修经验时，大力推荐电容ESR表，称其为电子爱好者的强力工具，对检测电器帮助极大，故而引发了笔者的兴趣。
经过一段时间的揣摩、研究、设计、制作及试用，结合本人以往的经验，确认此君所言非虚。
这种电容ESR表确实是检修电子设备、排除电路故障的强力工具和十分有用的好帮手。
独乐乐不如众乐乐，根据本人掌握的知识和实际设计制作，在此对电容ESR 表作全面介绍，以期能给广大电子爱好者提供有益的帮助，推动这一新型工具的普及应用。
1 电容ESR表的特点可能不少人都没听说过这种表。
笔者以前也仅知道，专业仪器的LCR电桥可以测量电容的ESR。
何为ESR？测量电容的ESR有什么用？相信很多读者心中会有这样的疑问。
为此，先进行简单的背景知识介绍。
一、背景知识介绍1.电容的ESRESR是英语Equivalent Series Resistance的缩写，意为等效串联电阻。
自身不会产生任何能量损耗的完美电容只存在于理论，实际的电容总是存在着一些缺陷。
这个损耗，在外部的表现就像一个电阻跟电容串联在一起。
另一方面，由于引线、卷绕等物理结构因素，电容内部还存在着电感成分。
因此，实际电容的等效模型可以表示为图1所示的模式。
其中电容C为理想电容，R为等效串联电阻，即ESR，L为等效串联电感，即ESL。
引入ESR和ESL，使得模型更接近于电容在电路中的实际表现。
图1 实际电容的等效模型图2 实际电容与理想电容的差别。
斜直线为理想电容的阻抗曲线，呈V字形的是实际电容的阻抗曲线。
图3 不同容量电容的阻抗特性曲线ESR的存在，令电容的行为表现背离其原来的定义。
低压电容无功补偿原理图，适合各种场合使用。
电容传感器的测量电路
R1
R2
＋
C1 + i’ C1
RL
i’C2
C2 +
UE
Ｕｏ －
(b)
如果二极管具有相同的特性，且令C1=C2， R1=R2=R，则正半周和负半周流过负载的电流 大小相等，方向相反，即一个周期内流过负 载的平均电流为零。如果C1≠C2, 输出电压的 平均值为
RRL R 2 RL U0 U i f C1 C2 2 ( R RL )
f0 一 般 应 选 在 此 MHz 以 上 。 当 传 感 工 作 时 ， △ d≠0，则△ C≠0，振荡频率也相应改变△ f ，
则有
1 f 0 f 2 L(C1 C0 C2 C)
二、运算放大器式测量电路
电容式传感器跨接在 高增益运算放大器的输入 端与输出端之间。运算放 大器的输入阻抗很高，因 此可认为它是一个理想运 算放大器，其输出电压为 Ci +
f 1 2 LC
式中，L为振荡回路电感；C为振荡回路总电容。
振荡回路的总电容一般包括传感器 C0±△C， 谐振回路中的固定电容 C1 和传感器电缆分布电 容 C2 。以变间隙式电容器为例，如果没有被测 信号，则△d≠0，则△C≠0，这时C=C1+C0+C2， 所以振荡器的频率为 1 f0 2 L(C1 C0 C2 )
四、差动脉冲调宽电路
又称脉冲宽度调制电路，利用对传感器电容 的充放电使电路输出脉冲的宽度随传感器电容量 变化而变化。通过低通滤波器得到对应被测量变 化的直流信号。 D1 图中C1、C2为差动式 A1 传感器的两个电容， F Q A R1 双稳 C1 若用单组式，则其中 uAB 态触 Ur 一个为固定电容，其 发器 Q B R2 C2 G 电容值与传感器电容 A2 初始值相等；A1、A2 D2 是两个比较器，Ur为其 差动脉冲调宽电路 参考电压。
冲击电流计测量电容与高阻 (讲义 )
用数字积分式冲击电流计测量电容与高阻冲击电流计常用于测量电量,而不是电流。
例如,电路在短时间内脉冲电流所迁移的电量、静电电量等。
本质上讲，是对脉冲电流的积分测量。
因此冲击电流计还可间接地测量磁感应强度、电容、电阻等。
本实验采用新型的数字积分式冲击电流计进行测量。
其原理是对输入的脉冲电流信号，用高速数字电路进行采集，计算其面积。
这种方法相对于一般的电容积分峰值保持式测量电路，具有很大的优势，原因是干扰脉冲对整体面积的影响可以被很大程度上均和而抵消，但对于峰值保持式积分器，干扰脉冲将严重影响其测量结果。
本实验将通过电量的测量，学习电量与电流、电压、电容、电阻等物理量的关系。
通过比较法测量电容和放电法测量高阻，拓展冲击电流计的应用，丰富了电磁学实验的内容。
【实验目的】1、学习数字积分式冲击电流计的使用方法。
2、比较法测量电容。
3、掌握RC 放电法测量高阻的原理，并测量高阻。
【实验仪器】1、DQ-3数字积分式冲击电流计2、DHDQ-3A 冲击法电容与高阻测量仪，含标准电容、待测电容、高值电阻、直流电源、放电开关、同步计时秒表等。
【实验原理】1、用冲击电流计测量电容的原理在图1中，电源E 用于给电容提供充电电源。
要求其具有较高的电压稳定度，且其内阻要足够小。
开关K 1用于换向，需要时可以进行正反向测量，以提高测量准确度。
开关K 2用于选择充电与测量，K 3用于选择标准与被测电容。
对K 2、K 3开关的要求是绝缘电阻要高、断路间隙小、接触抖动小，否则抖动和漏电阻将可能会影响测量结果。
K 3置于“标准”，K 2置于“充电”，则电源E 对标准电容C N 充电。
标准电容C N 上所充电量为：Q 0=C N U 。
将K 2置于“测量”挡，则C N 向冲击电流计Q 放电，由于冲击电流计具有一定的内阻，故而在一定的时间内完成放电。
冲击电流计完成电量的测量，并显示。
将K 3置于“被测”，K 2置于“充电”，则电源E 对标准电容C X 充电。
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基于555定时器的电容测试仪设计
发布时间：2014-02-21 来源：中国自动化网类型：应用案例 387人浏览
关键字：555定时器;振荡电路;AT89S51;LCD1602
导读：在电子产品研发和电子测量技术中需要测定电容的大小,设计安全、可靠、便捷的电容测试仪具有重要的意义。
系统硬件采用:555定时器作为信号采集模块、AT89S51单片机作为信号处理器模块,软件采用Keil4.0为仿真平台,使用C语言编程编写了运行程序,可以分档测量1.0nF-10.0uF范围的电容。
经测试表明:系统的误差小于0.5%,符合设计的预期要求。
1 引言
随着电子工业的发展,电子元器件急剧增加,电子元器件的适用范围也逐渐广泛起来,在应用中我们常常要测定电容的大小[1]。
因此,一种简单、实用的电容测试工具在实际中具有一定的实用价值。
一般元件参数的数字化测量是把被测参数转换成频率后再进行测量[2],本设计采用555为核心的振荡电路,将被测电容值转化为频率,并利用AT89S51处理器测量出频率,再通过该频率值计算出电容参数值。
2 系统的原理框图
系统主要采用了555定时器构成的RC振荡电路和单片机技术。
设计思路:被测电容C通过RC振荡转换成频率信号f,送入单片机测频,对该频率进行运算处理求出被测电容的值,并送显示器显示。
系统框图如图1所示,其主要由测量电路和控制电路两部分组成。
当接入被测电容后,由555定时器构成RC振荡器产生方波信号,把此信号通过接口传到AT89C51单片机I/O口上,对此方波信号进行测频,通过软件编程,计算出得到被测电容值,由LCD1602液晶显示。
图1 系统框图
3 硬件设计
3.1 555振荡电路的设计
由555芯片构成的多谐振荡电路如图2,CX为被测电容,接通电源后,CX被充电,A点电压UA
上升。
当UA上升到时,触发器被复位,同时555芯片内部放电三极管导通,此时U0为低电平。
CX通过R2和放电三极管放电,使UA下降。
当UA下降到时,触发器又被置位,U0翻转为高电平[3]。
CX放电所需的时间为:
图2 555构成的RC振荡电路
由上式可知,当电路设计完成后,振荡器输出f随CX的变化而改变。
改变R1、R2的值即可改变系统量程。
系统量程分为四档:(1)R1+2R2=470KΩ时,测1.0nF-10.0nF的电容值。
(2)R1+2R2=47KΩ时,测10.0nF~100.0nF的电容(3)R1+2R2=4.7KΩ时,测100.0nF~1000.0nF 的电容。
(4)R1+2R2=470Ω时,测1.0μF~10.0μF的电容。
图3为R1+2R2=470KΩ时,测量电容为2μF振荡输出输出波形。
图3 振荡电路输出的频率信号
3.2 信号处理及显示电路
信号处理电路部分采用单片机AT89S51作为系统的主控制器。
AT89S51单片机的最小系统由时钟电路、复位电路、外加电源及单片机构成[4],其硬件电路如图4所示。
555振荡电路输出的是脉冲波,接到AT89S51处理器的输入引脚P3.5,通过AT89S51内部定时/计时器T0、T1及相应的程序设计,构成一个数字式频率测量系统,测出频率后按(5)式运算处理后得到被测电容值。
图4 单片机控制显示模块
显示模块LCD1602液晶第1、2脚接驱动电源;第三脚VL为液晶的对比度调节,通过在VCC和GND之间接一个10K多圈可调电阻,中间抽头接VL,可实现液晶对比度的调节;液晶的控制线RS、R/W、E分别接单片机的P2.5、P2.6、P2.7;D0~D7为LCD1602液晶模块的8位双向数据口,分别与STC89C52RC单片机的P1.0~P1.7相连,用于传输数据。
接在单片机的P0口;BL+、BL-为液晶背光电源[5][6]。
4 系统软件设计
图5 主程序流程图
系统软件环境以Keil4.0为仿真平台,使用C语言编程编写了运行程序;包括主程序模块、显示模块和电容测试模块。
软件设计主要包括三个方面:一是初始化系统;二是按键检测;三是数据采集、数据处理并进行显示。
程序采用模块化的结构,这样便于调试和修改,易编程和易读性好,也程序结构清楚[7]。
系统程序流程如图6所示,首先对P3.5口脉冲信号频率的测量,再通过(5)式算出所测的电容值,由LCD1602显示出来。
5 系统的测试
表1 电容测试数据
6 结束语
设计的电容测试仪硬件采用555定时器作为信号采集模块、AT89S51单片机作为信号处理器模块,软件采用Keil4.0为仿真平台,使用C语言编程编写了运行程序。
其具有性能稳定、精度高、操作简单、功耗低等优点。
经测试表明:其可以测试1.0nF-10.0uF范围的电容,误差小于0.5%。
误差产生主要原因与电路元件参数、测试环境、测试方法等因素有关。
参考文献:
[1] 刘军,李智.基于单片机的高精度电容电感测量仪[J].研究与开发,2007,26(6):48-51.
[2] 谢冬莹,芦庆,蒋超.基于单片机实现测量电容方法研究[J].仪表技术,2009,(11):42-44.
[3] 陈有卿,叶桂娟.555时基电路原理设计与应用[M].北京:电子工业出版社,2007.
[4] 刘宇.微型化数字式电容测微仪[D].天津大学,2007.
[5] 张怀强,何为民.电阻电容在线测试及LCD显示[J].今日电子,2008,(7):41-44.
[6] 兰羽,卢庆林.仪表放大器在激光外差玻璃测厚系统中的应用[J].国外电子测量技
术,2012,31(3):79-82.
[7] 张培仁.基于C语言编程MCS-51单片机原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2003.。