测试和计算静电电容的方法

电容是与静电能量、静电电压、静电电量、静电时间常数等物理量有关的系统的重要参数之一。研究静电起电规律、判断静电能量的大小、确定静电源的安全电压以及分析产生静电事故的原因，都要确定设备、工装、物料和人体的对地电容。因此，在静电测试中，电容的测试占有重要的地位。测试电容的方法很多，主要分为直流测试法和交流测试法两类。

电容的测试，一般采用简便的交流测试方法。但是，静电现象主要是与静电电容的直流特性有关，所以从这点看，采用直流测试法测得的电容数据较切合实际。

1.直流测试法测电容

（1）电荷分配法

电荷分配法就是利用稳压电源（见图4-12）给已知的标准电容（或被测电容）充电到某一电压，断开充电电源后，把该电容与未带电的被测电容（或标准电容）并联，并测量其平衡电压，利用电荷守恒定律计算被测电容的数值。测量原理如图4-13所示，图中C₀是标准电容，C_b是高输入电阻电压表V的输入电容。测量步骤如下：

图4-12 直流稳压电源

图4-13 电荷分配法测量电容

1）断开开关S₂，合上开关S₁，给标准电容C₀充电到电源电压U₀；

2）合上开关S₃，把被测电容器上可能残存的电荷放尽后，再断开开关S₃；

3）断开开关S₁，使标准电容C₀脱离电源，迅速合上开关S₂，使C₀向被测电容器C_X充电，稳定后记下电压表V的读数U，根据电荷守恒定律，有

由此便可求得被测电容为

（2）电荷衰减法

该方法利用直流稳压电源给电容器充电后，把电容器与电源断开，马上与已知阻值的高阻值电阻并联，利用电容器两端电压的衰减规律测量电容量。为了消除被测电容绝缘电阻对测量值的影响，对该方法改进后，形成了电荷衰减比较法，测量原理如图4-14所示。

图4-14 电荷衰减比较法测量电容

图中C_X是被测电容，C₀是标准电容，C_b是高阻电压表的输入电容。测量步骤如下：

1）断开开关S₂，合上开关S₁，给被测电容C_X充电到电源电压U₀；

2）断开开关S₁，使被测电容通过电阻R放电；当电压由U₀衰减至U时，记录所用的时间T₁；

3）合上开关S₂，使C_X与C₀并联，合上开关S₁充电到电源电压U₀；重复第2）步实验，记录下电压由U₀衰减至U所用的时间T₂。因两种情况起止电压U₀、U相同，所以被测电容器的绝缘电阻在这两种情况下都与电阻R并联，同样发挥泄漏电荷的作用，不影响测量的准确性。

2.交流测试法测电容(www.xing528.com)

（1）电桥法

这种方法是利用已知电阻、已知电容及被测电容、可变电阻箱等元件构成交流电桥，通过调整不同臂上的可变电阻箱，使电桥达到平衡，并计算出被测电容器的容量和等效电阻。电路原理如图4-15所示。

图4-15 电桥法测电容

图中，R是限流电阻，C₀是标准电容，R₀是标准电阻，R₁和R₂是可变电阻箱，C_X是被测电容，R_X是被测电容的等效并联电阻，G为检流计。反复调节R₁和R₂使电桥达到平衡，即检流计指零，则

C_X=R₀C₀/R₁（电容平衡条件）

R_X=R₁R₂/R₀（电阻平衡条件）

利用电桥法测量，可以提高测量的准确度，但其缺点是需要熟练的测试技术，必须同时满足电容平衡条件和电阻平衡条件。

（2）谐振法

这种方法采用标准电感、被测电容器、电阻器等集总参数与交流信号发生器构成串联或并联电路。通过改变信号发生器的频率，使电路产生谐振，并根据谐振频率求出被测电容。谐振法的测量原理如图4-16所示。

图4-16 谐振法测量电容

a）串联电路 b）并联电路

图4-16中，L₀是标准电感，R₀是限流电阻，A为电流表。对图4-16a所示串联谐振电路，调节信号发生器的频率，使电路中的电流最大。对图4-16b所示的并联谐振电路，调节信号发生器的频率，使被测电容器两端的电压值最高，电路产生谐振。若谐振频率为f₀，根据谐振条件可以求得

利用电压比较法或谐振法测量电容时，无法确定被测电容器的损耗电阻和泄漏电阻。如果被测电容器绝缘电阻不高、介质损耗很大或被测电容器中存在串联电阻（如测量人体对地电容时的人体电阻），则会产生较大的测量误差。为提高测量结果的准确度，可采用电桥法测量电容。

3.测量电容注意事项

无论采用哪种方法测量电容，都要注意减小连接线分布电容引起的误差。为此应注意以下几点：

1）应尽量缩短连接线；

2）引接线要干净，不潮湿；

3）引接线应尽量悬空，不宜靠近接地静电导体；

4）必要时可单独测量一下连接线的分布电容，把它从测量值中扣除，以得到比较准确的测量值。