JPH0143271B2 - - Google Patents
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- JPH0143271B2 JPH0143271B2 JP20681A JP20681A JPH0143271B2 JP H0143271 B2 JPH0143271 B2 JP H0143271B2 JP 20681 A JP20681 A JP 20681A JP 20681 A JP20681 A JP 20681A JP H0143271 B2 JPH0143271 B2 JP H0143271B2
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
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Description
本発明は、容量素子の静電容量を測定する方法
の改良に関する。
The present invention relates to an improvement in a method for measuring the capacitance of a capacitive element.
従来、第1図を伴つて次に述べる容量素子の静
電容量測定方法が提案されている。
すなわち、基準交流電圧e0が得られる基準交流
電源1に、容量Cxと抵抗Rxとの直列回路で表さ
れ、従つて、
Zx=Rx+1/(jωCx) ………(1)
で表されるインピーダンスZx(ただし、ωは角周
波数)を有する被測定容量素子2が、抵抗3を通
じて接続されている。
この場合、抵抗3の値をRsとするとき、
Rs≫Zx ………(2)
の関係が得られるように、抵抗3の値Rsが選ば
れ、よつて、容量素子2に、交流電圧e0と実質的
に同相の
i0=I0sinωt ………(3)
で表される交流電流i0(ただし、I0は振幅)が流
れ、これに応じて、容量素子2の両端に、
ex=i0Zx=I0Rxsinωt
+{I0/(ωCx)}sin(ωt−π/2) ………(4)
で表わされる交流電圧exが得られるように構成さ
れている。
また、容量素子2の両端に得られる交流電圧ex
が、負極性入力端子4bを接地に接続している演
算増幅器5の正極性入力端子4aに供給され、そ
の増幅器5の出力端子4cから、
e1=K1ex=I0[Rxsinωt
−{1/(ωCx)}cosωt] ………(5)
で表される交流電圧e1(ただし、K1は増幅器5の
利得)が得られるように構成されている。
さらに、この演算増幅器5から得られる交流電
圧e1が、乗算器7の一方の入力端子6aに供給さ
れるように構成されている。
また、上述した抵抗3の両端に得られる
es=−i0Rs=−I0Rssinωt ………(6)
で表される交流電圧esが、極性反転増幅器8に供
給され、その極性反転増幅器8から、
e2=−es=I0Rssinωt ………(7)
で表される交流電圧e2が得られるように構成され
ている。
さらに、この極性反転増幅器8から得られる交
流電圧e2が、入力直列容量9を通じて、正極性入
力端子10aを接地に接続し、出力端子10c及
び負極性入力端子10b間に帰還用抵抗11を接
続している演算増幅器12の負極性入力端子10
bに供給され、その演算増幅器12から、容量9
の値をC1、抵抗11の値をR1とするとき、
e3=esωC1R1
=−(I0RsωC1R1)sin(ωt+π/2) ………(8)
で表される交流電圧e3が得られるように構成され
ている。
また、この演算増幅器12から得られる交流電
圧e3が、乗算器7の他方の入力端子6bに供給さ
れ、よつて、その乗算器7から、
e4=e1・e3={(−K1I0 2RxRsωC1R1)/2}・(cos(
π/2)−cos(2ωt+π/2)}
+{(K1I0 2RsωC1R1)/(2ωCx)}・{sin(2ωt
+π/2)+sinπ/2}………(9)
で表される乗算出力電圧e4が得られるように構成
されている。
また、この乗算器7から得られる乗算出力電圧
e4が、低域濾波器13に供給され、その低域濾波
器13の出力が負極性入力端子14bを接地に接
続している演算増幅器15の正極性入力端子14
aに供給され、よつて、その演算増幅器15の出
力端子14cから、
E1=(K1K2I0 2RsC1R1)/(2Cx) ………(10)
で表される直流出力電圧E1(ただし、K2は演算増
幅器15の利得)が得られるように構成されてい
る。
さらに、演算増幅器15から得られる直流出力
電圧E1が、デジタル電圧計16の参照電圧入力
端子17aに供給されるように構成されている。
また、極性反転増幅器8から得られる交流電圧
e2が、乗算器7と同様の乗算器18の2つの入力
端子19a及び19bに供給され、よつて、その
乗算器18の出力端子19cから、
e5=e2 2
=I0 2Rs 2{(1−cos2ωt)/2}
={(I0 2Rs 2)/2}
−{(I0 2Rs 2cos2ωt)/2} ………(11)
で表される自乗出力電圧e5が得られるように構成
されている。
さらに、この乗算器18から得られる自乗出力
電圧e5が、低域濾波器20に供給され、その低域
濾波器20の出力が、正極性入力端子21aを接
地に接続している演算増幅器22の負極性入力端
子21b供給され、よつて、その演算増幅器22
の出力端子21cから、
E2=(K3I0 2Rs 2)/2 ………(12)
で表される直流出力電圧E2(ただし、K3は演算増
幅器22の利得)が得られるように構成されてい
る。
さらに、その演算増幅器22から得られる直流
出力電圧E2が、デジタル電圧計16の未知電圧
入力端子17bに供給され、よつて、電圧計16
で
E2/E1={(K3I0 2Rs 2)/2}・{(2Cx)/K2K1I0 2Rs
C1R1)}
={(2CxRs)/(C1R1)}・{K3/(K1/K2)}…
……(13)
で表される測定が行われるように構成されてい
る。
以上が、従来提案されている容量素子の静電容
量測定方法である
このような容量素子の静電容量測定方法によれ
ば、電圧計16において、(13)式で表される測
定が行われる。
この場合、(13)式中、容量Cx以外は定数であ
る。このため、電圧計16において、容量素子2
の容量Cxの測定結果を得ることができることは
明らかである。
また、この場合、(13)式には、基準交流電源
1から得られる交流出力の振幅及び角周波数の項
を含んでいない。
従つて、第1図に示す従来の容量素子の静電容
量測定方法によれば、容量Cxの測定結果を、交
流電源1から得られる交流出力の振幅及び角周波
数に影響されることなしに、得ることができる、
という特徴を有する。
しかしながら、第1図に示す従来の容量素子の
静電容量測定方法の場合、電圧計16に供給され
る直流電圧E1が、(10)式から明らかなように、容
量Cxに逆比例するにもかかわらず、電圧計16
の参照側入力端子17aに供給され、また、直流
電圧E2が、(12)式から明らかなように、一定の値
を有しているにもかかわらず、電圧計16の未知
側入力端子17bに供給される。
このため、いま、容量Cxの有効測定範囲を、
電圧計16上で、フルスケール(例えば定格1000
表示)から、その1/10スケール(100表示)まで
とすれば、容量Cxフルスケールの値になるとき
の電圧計16の参照側入力端子17aに供給され
る直流電圧E1の値(これをEaとする)は、容量
Cxが1/10スケールとなる値のときの直流電圧E1
の値(これをEbとする)の1/10である。
このため、直流電圧E2が得られる系を適当に
構成して、電圧計16の未知側入力端子17bに
供給される直流電圧E2の値を、上述した値Eaに
対応した小さな値にする必要がある。
従つて、電圧計16上への容量Cxの測定結果
の分解能が、容量Cxがフルスケールとなるとき
の値を有している場合、容量Cxが1/10スケール
になるときの値である場合の1/10である、という
極めて低い分解能しか得られない、という欠点を
有していた。
また、電圧計16が二重積分型の構成を有する
場合、容量Cxがフルスケールとなるときの直流
電圧E1の値Eaが、容量Cxが1/10スケールとなる
ときの直流電圧E1の値Ebの1/10であるので、容
量Cxがフルスケールになる値の場合、容量Cxが
1/10スケールである場合に比し、電圧計16での
容量Cxの測定時間が10倍である、という極めて
長い測定時間を必要とする、という欠点を有して
いた。
よつて、本発明は、上述した欠点のない、新規
な容量素子の静電容量測定方法を提供せんとする
もので、以下詳述するところから明らかとなるで
あろう。
第2図は、本発明による容量素子の静電容量測
定方法の実施例を示す。
第2図において、第1図との対応部分には同一
符号を付し、詳細説明を省略する。
第2図に示す本発明による容量素子の静電容量
測定方法は、次の事項を除いて、第1図で上述し
た従来の容量素子の静電容量測定方法と同様であ
る。
すなわち、直流電圧E1が得られる系における
演算増幅器5において、その出力端子4cが、抵
抗31及び32の直列回路を通じて接地に接続さ
れ、また、入力端子4bが接地に接続されている
のに代え、スイツチ回路34を通じて、抵抗31
及び32の接続中点に接続されている。
また、一方の入力端子36aを演算増幅器5の
出力端子4cに接続し、他方の入力端子36bを
一端を接地に接続している基準電源37の他端に
接続している比較器38を有し、そして、その出
力端子36cから演算増幅器5から得られる交流
電圧e1の値が電源37の電圧値よりも小になる場
合に得られる出力によつて、スイツチ回路34を
オンに制御し、それによつて、演算増幅器5の利
得K1を、スイツチ回路34がオフのときの値K1a
よりも大きな値K1bに転換させるように構成され
ている。
また、直流電圧E2が得られる系における演算
増幅器22において、その入力端子21bに、濾
波器20の出力を、入力直列抵抗41を介して供
給し、また、その演算増幅器22の出力端子21
cを、スイツチ回路42を介し、さらに、帰還用
紙43を通じて、入力端子21bに接続し、そし
て、スイツチ回路42を、上述した比較器38の
出力によつてオンに制御し、それによつて、演算
増幅器22の利得K3を、スイツチ回路42がオ
フのときの値K3aよりも大なる値K3bに転換する
ように構成されている。
ただし、この場合、利得K3の値K3bが、値K3a
と、上述した利得K1の値K1a及びK1bとの間で、
K3a/K1a=K3b/K1b=G(一定) ………(14)
の関係が得られるように、抵抗41及び43の値
などが選ばれている。
以上が、本発明による容量素子の静電容量測定
方法の実施例である。
このような本発明による容量素子の静電容量測
定方法によれば、上述した事項を除いて、第1図
で前述した従来の容量素子の静電容量測定方法の
場合と同様であるので、詳細説明は省略するが、
演算増幅器5からの交流電圧e1の値が、電源37
の電圧値よりも大である場合、演算増幅器5が値
K1aの利得K1で動作し、また、演算増幅器22が
値K3aの利得K3で動作する。
また、交流電圧e1の値が、電源37の電圧値よ
りも小である場合、演算増幅器5が値K1bの利得
K1で動作し、また、演算増幅器22が値K3bの
利得K3で動作する。
そして、この場合、値K1a、K3a、K1a及びK1b
との間に、K3a/K1a=K3b/K1b=G(一定)の関
係を有するので、前述した(13)式における
K3/K1の値が、上述した2つの動作間で変化す
ることがない。
従つて、電圧計16で測定される(13)式で表
されるE2/E1の値は、演算増幅器5の利得の値
が上述した値K1a及びK1bをとるとしても、それ
に依存しない。
従つて、第2図に示す本発明による容量素子の
静電容量測定方法の場合、第1図で前述した従来
の容量素子の静電容量測定方法の場合と同様に、
容量素子2の容量Cxの測定結果を得ることがで
きるが、電圧計16の参照側入力端子17aに、
容量Cxに逆比例する値をとる直流電圧E1が供給
され、また、未知側入力端子17bに値の一定な
直流電圧E2が供給されるとしても、第1図に示
す従来の容量素子の静電容量測定方法の場合で前
述したと同様に、容量Cxの有効測定範囲を、電
圧計16上で、フルスケールからその1/10のスケ
ールまでとするとき、演算増幅器5及び22の利
得K1及びK3は、容量Cxが1/10スケールとなる値
のとき、K1a及びK3aの値をとり、また、容量Cx
がフルスケールのとき、K1b及びK3bの値をとる。
このため、容量Cxがフルスケールとなる値の
ときの直流電圧E1の値Eaは、第1図で上述した
従来の容量素子の静電容量測定方法の場合と同様
に、容量Cxが1/10スケールとなる値のときの直
流電圧E1の値Ebよりも小であるとしても、抵抗
31及び32の値を適当に選ぶことによつて、例
えば、値Ebの1/101/2≒3.16になり、第1図で上述
した従来の容量素子の静電容量測定方法の場合の
約3.16倍になる。
従つて、電圧計16の未知側入力端子17bに
供給する直流電圧E2の値を、第1図で上述した
従来の容量素子の静電容量測定方法の場合の約
3.16倍に相当する大きな値にすることができる。
よつて、容量Cxがフルスケールとなる時の値
である場合の電圧計16での容量Cxの測定結果
が、第1図で上述した従来の容量素子の静電容量
測定方法の場合の約3.16倍である、という大なる
分解能を有して得られる。
また、電圧計16が二重積分型の構成を有する
場合であつても、容量Cxがフルスケールとなる
ときの直流電圧E1の値Eaが、第1図で上述した
従来の容量素子の静電容量測定方法の場合の約
3.16倍になるので、電圧計16でのこの場合の測
定時間が、第1図で上述した従来の容量素子の静
電容量測定方法の場合の約3.16倍も短くなる。
なお、上述においては、演算増幅器5及び22
を、利得が2つの値でとり得るように構成してい
る場合について述べたが、利得が3以上の値でと
り得るように構成したり、また、直流電圧E1及
びE2が得られる系(例えば、演算増幅器5及び
15、及び22または8)を、利得が複数の値を
とり得るように構成したりして、上述したと同様
の作用効果を得ることもでき、要は、直流電圧
E1が得られる系の利得と、直流電圧E2が得られ
る系の利得とを、直流電圧E1の値に応じて制御
するようにして、上述したと同様の作用効果を得
るようにすることもできる。
その他、本発明の精神を脱することなしに、
種々の変型、変更をなし得るであろう。
Conventionally, a method for measuring the capacitance of a capacitive element has been proposed as described below with reference to FIG. That is, the reference AC power supply 1 from which the reference AC voltage e 0 is obtained is represented by a series circuit of a capacitor C x and a resistor R x , and therefore, Z x = R x + 1/(jωC x ) ......(1 ) A capacitive element 2 to be measured having an impedance Z x (where ω is an angular frequency) is connected through a resistor 3 . In this case, when the value of the resistor 3 is Rs, the value Rs of the resistor 3 is selected so that the relationship R s ≫Z x (2) is obtained, and therefore, the capacitive element 2 has An alternating current i 0 (where I 0 is the amplitude) flows, which is substantially in phase with the alternating voltage e 0 and is represented by i 0 = I 0 sinωt (3), and the capacitive element 2 changes accordingly. At both ends, an AC voltage e x expressed as e x = i 0 Z x = I 0 R x sinωt + {I 0 / (ωC x )} sin (ωt − π / 2) ......(4) is obtained. It is configured as follows. Also, the AC voltage e x obtained across the capacitive element 2
is supplied to the positive input terminal 4a of the operational amplifier 5 whose negative input terminal 4b is grounded, and from the output terminal 4c of the amplifier 5, e 1 =K 1 e x =I 0 [R x sinωt −{1/(ωC x )}cosωt] (5) The configuration is such that an alternating current voltage e 1 (where K 1 is the gain of the amplifier 5) is obtained. Further, the AC voltage e 1 obtained from the operational amplifier 5 is supplied to one input terminal 6 a of the multiplier 7 . Further, the AC voltage e s obtained across the resistor 3 described above and expressed as e s =−i 0 R s =−I 0 R s sinωt (6) is supplied to the polarity inversion amplifier 8, The polarity inverting amplifier 8 is configured to obtain an alternating current voltage e 2 expressed as e 2 = −es = I 0 R s sinωt (7). Furthermore, the AC voltage e 2 obtained from this polarity inversion amplifier 8 connects the positive polarity input terminal 10a to ground through the input series capacitor 9, and connects the feedback resistor 11 between the output terminal 10c and the negative polarity input terminal 10b. The negative polarity input terminal 10 of the operational amplifier 12
b, and from its operational amplifier 12, the capacitor 9
When the value of is C 1 and the value of resistor 11 is R 1 , e 3 = e s ωC 1 R 1 = −(I 0 R s ωC 1 R 1 ) sin (ωt + π/2) ………(8) The configuration is such that an AC voltage e 3 expressed as is obtained. Further, the AC voltage e 3 obtained from this operational amplifier 12 is supplied to the other input terminal 6b of the multiplier 7, and therefore, from the multiplier 7, e 4 = e 1 · e 3 = {(-K 1 I 0 2 R x R s ωC 1 R 1 )/2}・(cos(
π/2)−cos(2ωt+π/2)} +{(K 1 I 0 2 R s ωC 1 R 1 )/(2ωC x )}・{sin(2ωt
+π/2)+sinπ/2} (9) The multiplication output voltage e 4 is obtained as follows. Also, the multiplier output voltage obtained from this multiplier 7
e 4 is supplied to a low-pass filter 13, the output of which is connected to the positive input terminal 14 of an operational amplifier 15, which connects the negative input terminal 14b to ground.
Therefore, from the output terminal 14c of the operational amplifier 15, E 1 =(K 1 K 2 I 0 2 R s C 1 R 1 )/(2C x ) ......(10) The configuration is such that a DC output voltage E 1 (where K 2 is the gain of the operational amplifier 15) can be obtained. Further, the DC output voltage E 1 obtained from the operational amplifier 15 is configured to be supplied to the reference voltage input terminal 17 a of the digital voltmeter 16 . In addition, the AC voltage obtained from the polarity inversion amplifier 8
e 2 is supplied to the two input terminals 19a and 19b of a multiplier 18 similar to multiplier 7, and thus from the output terminal 19c of that multiplier 18, e 5 =e 2 2 =I 0 2 R s 2 {(1-cos2ωt)/2} = {(I 0 2 R s 2 )/2} − {(I 0 2 R s 2 cos2ωt)/2} ......(11) Squared output voltage It is configured so that e 5 can be obtained. Furthermore, the squared output voltage e 5 obtained from this multiplier 18 is supplied to a low-pass filter 20, and the output of the low-pass filter 20 is connected to an operational amplifier 22 whose positive polarity input terminal 21a is connected to ground. is supplied to the negative polarity input terminal 21b of the operational amplifier 22.
A DC output voltage E 2 (where K 3 is the gain of the operational amplifier 22 ) is obtained from the output terminal 21c of the It is configured so that it can be used. Further, the DC output voltage E 2 obtained from the operational amplifier 22 is supplied to the unknown voltage input terminal 17b of the digital voltmeter 16, and therefore, the voltmeter 16
E 2 /E 1 = {(K 3 I 0 2 R s 2 )/2}・{(2C x )/K 2 K 1 I 0 2 R s
C 1 R 1 )} = {(2C x R s ) / (C 1 R 1 )}・{K 3 / (K 1 / K 2 )}...
...(13) It is configured so that the measurement expressed as follows is performed. The above is the conventionally proposed method for measuring the capacitance of a capacitive element. According to this method of measuring the capacitance of a capacitive element, the measurement expressed by equation (13) is performed in the voltmeter 16. . In this case, in equation (13), everything except the capacitance C x is a constant. Therefore, in the voltmeter 16, the capacitive element 2
It is clear that measurements of the capacitance C x can be obtained. Furthermore, in this case, equation (13) does not include terms for the amplitude and angular frequency of the AC output obtained from the reference AC power supply 1. Therefore, according to the conventional method for measuring the capacitance of a capacitive element shown in FIG . ,Obtainable,
It has the following characteristics. However, in the case of the conventional method for measuring the capacitance of a capacitive element shown in FIG. 1, the DC voltage E 1 supplied to the voltmeter 16 is inversely proportional to the capacitance C Despite this, the voltmeter 16
Although the DC voltage E 2 is supplied to the reference side input terminal 17a of the voltmeter 16 and has a constant value as is clear from equation (12), the unknown side input terminal 17b of the voltmeter 16 is supplied to Therefore, the effective measurement range of capacitance C x is now
On the voltmeter 16, check the full scale (e.g. rated 1000
display) to 1/10 scale (100 display), the value of the DC voltage E1 supplied to the reference side input terminal 17a of the voltmeter 16 when the value of capacitance C x full scale is reached (this is Let E a ) be the capacity
DC voltage E 1 when C x has a value of 1/10 scale
is 1/10 of the value of (let this be E b ). Therefore, by appropriately configuring the system for obtaining the DC voltage E 2 , the value of the DC voltage E 2 supplied to the unknown side input terminal 17b of the voltmeter 16 is set to a small value corresponding to the above-mentioned value E a . There is a need to. Therefore, if the resolution of the measurement result of the capacitance C x on the voltmeter 16 has the value when the capacitance C x is at full scale, it is the value when the capacitance C x is at 1/10 scale. It had the disadvantage that only an extremely low resolution could be obtained, which was 1/10 that of the conventional method. In addition, when the voltmeter 16 has a double integration type configuration, the value E a of the DC voltage E 1 when the capacitance C x is full scale is the DC voltage when the capacitance C x is 1/10 scale. Since the value of E 1 is 1/10 of E b , when the capacitance C x is a full scale value, the capacitance C x at the voltmeter 16 is smaller than when the capacitance C x is 1/10 scale. It has the disadvantage that it requires an extremely long measurement time, which is 10 times longer. Therefore, the present invention aims to provide a novel method for measuring the capacitance of a capacitive element without the above-mentioned drawbacks, which will become clear from the detailed description below. FIG. 2 shows an embodiment of the method for measuring capacitance of a capacitive element according to the present invention. In FIG. 2, parts corresponding to those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The method for measuring capacitance of a capacitive element according to the present invention shown in FIG. 2 is similar to the conventional method for measuring capacitance of a capacitive element described above in FIG. 1, except for the following points. That is, in the operational amplifier 5 in the system where the DC voltage E1 is obtained, the output terminal 4c is connected to the ground through the series circuit of the resistors 31 and 32, and the input terminal 4b is connected to the ground. , through the switch circuit 34, the resistor 31
and 32 connection midpoints. The comparator 38 has one input terminal 36a connected to the output terminal 4c of the operational amplifier 5, and the other input terminal 36b connected to the other end of a reference power supply 37 whose one end is connected to ground. , and controls the switch circuit 34 to be turned on by the output obtained when the value of the AC voltage e1 obtained from the operational amplifier 5 from the output terminal 36c becomes smaller than the voltage value of the power supply 37. Therefore, the gain K 1 of the operational amplifier 5 is set to the value K 1a when the switch circuit 34 is off.
is configured to convert to a value K 1b larger than . Further, in the operational amplifier 22 in the system in which the DC voltage E 2 is obtained, the output of the filter 20 is supplied to its input terminal 21b via the input series resistor 41, and the output terminal 21 of the operational amplifier 22 is
c is connected to the input terminal 21b through the switch circuit 42 and further through the feedback paper 43, and the switch circuit 42 is controlled to be turned on by the output of the comparator 38 mentioned above. It is configured to convert the gain K 3 of the amplifier 22 to a value K 3b that is greater than the value K 3a when the switch circuit 42 is off. However, in this case, the value K 3b of the gain K 3 becomes the value K 3a
and the values K 1a and K 1b of the gain K 1 mentioned above, the resistance is Values such as 41 and 43 are selected. The above are examples of the method for measuring capacitance of a capacitive element according to the present invention. The method for measuring the capacitance of a capacitive element according to the present invention is similar to the conventional method for measuring the capacitance of a capacitive element described above in FIG. 1, except for the matters mentioned above. I will omit the explanation, but
The value of the AC voltage e1 from the operational amplifier 5 is
is greater than the voltage value of the operational amplifier 5
It operates with a gain K 1 of K 1a and the operational amplifier 22 operates with a gain K 3 of value K 3a . Further, when the value of the AC voltage e 1 is smaller than the voltage value of the power supply 37, the operational amplifier 5 has a gain of the value K 1b.
K 1 and operational amplifier 22 operates with a gain K 3 of value K3 b . And in this case the values K 1a , K 3a , K 1a and K 1b
Since there is a relationship between K 3a /K 1a = K 3b /K 1b = G (constant), the above equation (13)
The value of K 3 /K 1 does not change between the two operations described above. Therefore, the value of E 2 /E 1 expressed by equation (13) measured by the voltmeter 16 depends on the gain value of the operational amplifier 5, even if it takes the above-mentioned values K 1a and K 1b . do not. Therefore, in the case of the capacitive element capacitance measuring method according to the present invention shown in FIG. 2, as in the case of the conventional capacitive element capacitance measuring method described above in FIG.
Although it is possible to obtain the measurement result of the capacitance C x of the capacitive element 2, if the reference side input terminal 17a of the voltmeter 16 is
Even if a DC voltage E 1 having a value inversely proportional to the capacitance C x is supplied, and a DC voltage E 2 having a constant value is supplied to the unknown input terminal 17b, the conventional capacitive element shown in FIG. As described above in the case of the capacitance measurement method, when the effective measurement range of the capacitance C x is from the full scale to 1/10 scale on the voltmeter 16, the operational amplifiers 5 and 22 The gains K 1 and K 3 take the values K 1a and K 3a when the capacitance C x is a value of 1/10 scale, and
When is at full scale, it takes the values of K 1b and K 3b . Therefore, the value E a of the DC voltage E 1 when the capacitance C x is the full scale value is the same as the capacitance C x Even if the DC voltage E 1 is smaller than the value E b when the value is 1/10 scale, by appropriately selecting the values of the resistors 31 and 32, for example, the value E b can be reduced to 1/10. 10 1/2 ≒ 3.16, which is about 3.16 times that of the conventional capacitance measuring method of the capacitive element described above in FIG. Therefore, the value of the DC voltage E 2 supplied to the unknown side input terminal 17b of the voltmeter 16 is set to approximately
It can be increased to a large value equivalent to 3.16 times. Therefore, the measurement result of the capacitance C x with the voltmeter 16 when the capacitance C x is the value at full scale is the same as that of the conventional capacitance measurement method of the capacitive element described above in FIG. It can be obtained with a high resolution of approximately 3.16 times. Furthermore, even if the voltmeter 16 has a double-integration type configuration, the value E a of the DC voltage E 1 when the capacitance C x reaches full scale is different from that of the conventional capacitive element described above in FIG. For capacitance measurement method of approx.
Therefore, the measurement time with the voltmeter 16 in this case is approximately 3.16 times shorter than that in the conventional capacitance measuring method of the capacitive element described above in FIG. Note that in the above description, the operational amplifiers 5 and 22
We have described the case where the gain is configured so that it can take two values, but it is also possible to configure it so that the gain can take a value of 3 or more, or a system where the DC voltages E 1 and E 2 can be obtained. (For example, operational amplifiers 5 and 15, and 22 or 8) can be configured so that the gain can take a plurality of values, and the same effect as described above can be obtained.In short, the DC voltage
The gain of the system that obtains E 1 and the gain of the system that obtains DC voltage E 2 are controlled according to the value of DC voltage E 1 to obtain the same effect as described above. You can also do that. In addition, without departing from the spirit of the invention,
Various modifications and changes may be made.
第1図は、従来の容量素子の静電容量測定方法
を示す系統的接続図である。第2図は、本発明に
よる容量素子の静電容量測定方法の実施例を示す
系統的接続図である。
1……基準交流電源、2……被測定容量素子、
3,11,31,32,41,43……抵抗、
5,12,15,22……演算増幅器、7,18
……乗算器、8……極性反転増幅器、9……入力
直列容量、13,20……低域濾波器、16……
デジタル電圧計、34,42……スイツチ回路、
38……比較器。
FIG. 1 is a systematic connection diagram showing a conventional method for measuring capacitance of a capacitive element. FIG. 2 is a systematic connection diagram showing an embodiment of the method for measuring capacitance of a capacitive element according to the present invention. 1... Reference AC power supply, 2... Capacitive element to be measured,
3, 11, 31, 32, 41, 43...resistance,
5, 12, 15, 22... operational amplifier, 7, 18
... Multiplier, 8 ... Polarity inversion amplifier, 9 ... Input series capacitor, 13, 20 ... Low-pass filter, 16 ...
Digital voltmeter, 34, 42... switch circuit,
38... Comparator.
Claims (1)
ンピーダンスに比し十分大きな値を有する抵抗を
介して接続し、 上記抵抗の両端から得られる交流電圧から、そ
れに対して90゜の位相差を有する交流電圧を得、 上記容量素子の両端から得られる交流電圧と、
上記抵抗の両端から得られる交流電圧に対して
90゜の位相差を有する交流電圧との乗算出力電圧
を得、 上記抵抗の両端から得られる交流電圧に対して
90゜の位相差を有する交流電圧から、その自乗出
力電圧を得、 上記乗算出力電圧の直流分と、上記自乗出力電
圧の直流分との比をとつて、上記被測定容量素子
の容量を表している測定結果を得る容量素子の静
電容量測定方法において、 上記乗算出力電圧の直流分が得られる系の利得
と、上記乗算出力電圧の直流分が得られる系の利
得とを、上記乗算出力電圧の直流分の値に応じて
制御することを特徴とする容量素子の静電容量測
定方法。[Claims] 1. A capacitive element to be measured is connected to a reference AC power source via a resistor having a sufficiently large value compared to its impedance, and from the AC voltage obtained from both ends of the resistor, 90 Obtain an AC voltage having a phase difference of °, and an AC voltage obtained from both ends of the capacitive element,
For the AC voltage obtained from both ends of the above resistor
Obtain the output voltage multiplied by the AC voltage with a phase difference of 90°, and for the AC voltage obtained from both ends of the above resistor,
Obtain the squared output voltage from the AC voltage having a phase difference of 90°, and calculate the ratio of the DC component of the multiplied output voltage to the DC component of the squared output voltage to express the capacitance of the capacitive element to be measured. In the method for measuring the capacitance of a capacitive element that obtains a measurement result, the gain of the system from which the DC component of the multiplication output voltage is obtained and the gain of the system from which the DC component of the multiplication output voltage is obtained are calculated by calculating the multiplication output A method for measuring capacitance of a capacitive element, characterized in that control is performed according to the value of a DC component of a voltage.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20681A JPS57113372A (en) | 1981-01-01 | 1981-01-01 | Measuring system of electrostatic capacity of capacitive element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20681A JPS57113372A (en) | 1981-01-01 | 1981-01-01 | Measuring system of electrostatic capacity of capacitive element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57113372A JPS57113372A (en) | 1982-07-14 |
| JPH0143271B2 true JPH0143271B2 (en) | 1989-09-19 |
Family
ID=11467492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20681A Granted JPS57113372A (en) | 1981-01-01 | 1981-01-01 | Measuring system of electrostatic capacity of capacitive element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57113372A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02141772U (en) * | 1989-04-28 | 1990-11-29 |
-
1981
- 1981-01-01 JP JP20681A patent/JPS57113372A/en active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02141772U (en) * | 1989-04-28 | 1990-11-29 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57113372A (en) | 1982-07-14 |
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