[发明专利]测量电容元件容量的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及测量电容元件的容量的方法和设备。更特别地，本发明涉及精确测量其容量作为例如容器中液体量的物理量的函数而变化的电容元件的容量的方法和设备，下面完全通过实例的方式来描述。

背景技术

众所周知，一些当前用来确定容器中液体数量或键的压力的设备采用电容元件，所述电容元件的电容量作为被确定的数量的函数而变化，以及与电容元件相连以测量其容量并提供导致电容变化的物理量的量化指标的测量设备。

一些用于上述目的的测量设备为数字电路结构，其中多谐振荡器级与电容元件相连以发生振荡并产生频率与该电容元件的容量相关的一列脉冲。多谐振荡器级也与计数器级相连，计数器级用来计录多谐振荡器级产生的脉冲数并当脉冲数达到预定数量的阀值时提供中断信号，直到收到复位信号的开始时刻。

复位信号和中断信号由具有用于测量产生复位信号的时刻和收到中断信号的时刻之间的时间间隔的内部时钟的微处理器产生/接收，在此基础上确定电容元件的容量。

通过非限定性的例子，图1显示了具有上述数字结构的测量设备1，该设备用来测量由例如电容器所定义的电容元件4的容量。电容器包括第一电容板以及被极化成地电位V_GND的第二电容板；第一电容板和第二电容板分别定义了测量设备1的测量电极4a和参考电极4b，该测量电极和参考电极通常被放置在容器里以确定液面水平。

更具体地，测量设备1基本上包括微处理器处理单元2，该微处理器处理单元产生与内部时钟2a被激活时刻同步的复位信号R，并且接收中断信号I以停止时钟；以及脉冲发生电路3，其中依次包括多谐振荡器级5和计数器级6。

更具体地，多谐振荡器级5具有接收复位信号R的端子5a，与测量电极4a相连的端子5b，与参考电极4b相连的端子5c，以及输出端5d，所述输出端5d生成由频率与电容元件4的容量相关的矩形脉冲D所定义的切换信号B，如图2所示。

更具体地，多谐振荡器级5典型地由施密特触发器定义，计数器级6具有接收复位信号R以启动对脉冲D进行计数的端子6a；接收脉冲D的端子6b，以及端子6c，当脉冲D的数量达到预定的触发阀值Th时。所述端子6c产生中断信号I。

根据图2，由测量设备1在预定的时间间隔TI测量电容器4的容量，每次通过微处理器产生复位信号R启动。

在每个时间间隔TI内，微处理器2激活时钟，与此同时，给多谐振荡器级5和计数器级6提供复位信号R。

更具体地，复位信号R作为触发脉冲由多谐振荡器级5接收，多谐振荡器5从静止状态转换到振荡状态(图2中点P)，在该状态下，多谐振荡器5产生频率与电容元件4的容量成比例的脉冲D。

复位信号R也启动计数器级6对脉冲D进行计数。

只要脉冲D的数量低于预定的触发阀值Th，中断信号I切换到例如高的第一逻辑电平。相反地，当脉冲D的数量等于预定的触发阀值Th(图2中点E)时，中断信号I切换到第二逻辑电平，在这种情况下为低电平，以停止对脉冲计数。这时，微处理器2确定开始和停止对脉冲D计数的时间间隔TA，并相应地计算出电容值。

上述类型的测量设备在测量容量变化较大的情况下效果尤其优越，但是当容量变化很小的情况下效果不太好。

发明内容

本发明的目的是提供比目前已知设备具有更高精度的测量电容元件容量的设备和方法。

根据本发明，所提供的测量电容元件容量的设备和方法在下面的权利要求中进行了定义。

附图说明

将参照附图通过例子的方式对本发明的非受限性的实施例进行描述，附图包括：

图1示出了已知的测量电容元件容量的设备的框图；

图2示出了由图1中电容测量设备产生的信号的时序图；

图3示出了本发明的电容测量设备的框图；

图4示出了图3中电容测量设备产生的信号的时序图；

图5示意性地示出了图3中测量设备在用于测量容器中液体量的装置的一个可能的应用。

具体实施方式

本发明基本上基于以下原理：

-通过具有两个测量分支的数字电桥产生由一列频率与待确定容量的未知电容器相关的脉冲所定义的第一信号，以及由一列频率与已知参考电容值相关的脉冲所定义的第二信号。

-计算数字电桥的两个测量分支产生相同数量脉冲的时间差：

-确定未知电容量和参考电容量的差值，该差值为数字电桥的两个测量分支产生相同数量脉冲的时间差的函数；

-基于参考电容量和上面计算的电容量差值，计算未知的电容量。

图3示出了本发明所描述的测量电容元件容量的测量设备20的框图。