Расширение функции измерения емкости цифрового мультиметра
Обычные трех с половиной разрядные или четырех с половиной разрядные цифровые мультиметры оснащены функциями измерения емкости, но диапазон измерения узок и точность измерения низкая, а онлайн-измерения они, как правило, не имеют. функции. В этой статье обсуждается, как расширить эти возможности.
1. Онлайн измерение емкости
Согласно свойствам дифференциальной и интегральной схемы измерение емкости можно преобразовать в измерение напряжения.
Основная часть схемы, CX/V, использует простую активную RC-инвертирующую дифференциально-интегрирующую схему. Генератор Вентури генерирует сигнал переменного тока фиксированной частоты Vr, который возбуждает схему преобразования CX/V и получает напряжение переменного тока V0 (V1), пропорциональное CX. Он фильтруется полосовым фильтром второго порядка для фильтрации напряжений, отличных от фиксированной частоты. После устранения помех выходное напряжение постоянного тока V, пропорциональное CX, получается после переменного/постоянного тока. Когда сигнал переменного тока Vr возбуждает цепь CX/V, выходное напряжение инвертирующего интегратора
То есть измеренная емкость CX пропорциональна выходному напряжению C{{0}}, тем самым достигается преобразование CX→V. Чтобы базовый диапазон конденсатора соответствовал диапазону 2 В цифрового мультиметра, выберите частоту колебаний генератора Вентури 400 Гц, эффективное значение напряжения 1 В, R1 20 кОм и C1 0,1 мкФ. Сопротивление R2 изменяется от 200 Ом-2кОм-20кОм-200кОм-2 МОм, а соответствующий диапазон измерения емкости составляет 20 мкФ-2мкФ-200нФ{ {18}}нФ-2нФ.
2. Измерьте небольшую емкость.
Общий диапазон измерения емкости трех с половиной цифр цифрового мультиметра составляет 2000 пФ ~ 20 мкФ. Бесполезно измерять крошечные емкости ниже 1 пФ. В соответствии с методом емкостного реактивного сопротивления и использованием высокочастотных сигналов можно осуществить измерение крошечной емкости. Принципиальная схема измерения показана на рисунке 2. CX — измеряемая емкость, Rf — инвертирующий оконечный резистор обратной связи. Когда на вход подается синусоидальный сигнал Vi с частотой f, импеданс, представленный на CX, и коэффициент усиления операционного усилителя равны: Когда A и Rf постоянны, частота синусоидального сигнала f обратно пропорциональна измеренной емкости CX. Для измерения меньших емкостей используются измерения высокочастотных сигналов.
Блок-схема принципа осуществления измерения показана на рисунке 2(b). Процесс измерения заключается в следующем: высокочастотный синусоидальный сигнал, генерируемый генератором высокочастотных сигналов, подается на измеряемый конденсатор, CX преобразуется в емкостное реактивное сопротивление Xc, а затем Xc преобразуется в сигнал переменного напряжения посредством преобразования C/ACV, который усиливается усилителем и выводится изолирующим трансформатором. Он отправляется на фазочувствительный демодулятор для демодуляции; другим входом фазочувствительного демодулятора является прямоугольная волна (т. е. сигнал демодуляции), генерируемая высокочастотной синусоидальной волной через преобразователь формы сигнала. Два входных сигнала имеют одинаковую частоту и фазу. Демодулированный сигнал фильтруется фильтром нижних частот для получения напряжения постоянного тока, пропорционального измеренному значению емкости CX, и отправляется на вольтметр постоянного тока для непосредственного отображения результата измерения. Преобразователь сигналов состоит из компаратора перехода через нуль с инвертирующим входом, который преобразует стандартную высокочастотную синусоидальную волну частотой 1 МГц, поступающую от генератора Вина, в стандартную инвертированную прямоугольную волну. Поскольку на выходе фазочувствительного демодулятора находится пульсирующее напряжение постоянного тока, содержащее высокочастотные гармоники, для получения стабильного и постоянного выходного напряжения постоянного тока используется фильтр π-типа для фильтрации гармонических составляющих. Наконец, соответствующее среднее напряжение отправляется на вольтметр постоянного тока. Чтобы базовый диапазон конденсатора соответствовал диапазону 2 В цифрового мультиметра, частота высокочастотного синусоидального сигнала выбирается равной 1 МГц (если частота слишком высока, необходимо учитывать параметр распределения), эффективное значение напряжения составляет 1 В, а произведение коэффициента усиления цепи и резистора обратной связи Rf равно, поэтому диапазон напряжения постоянного тока цифрового мультиметра 200 мВ соответствует диапазону емкости 0,2 пФ, а диапазону емкости 0,2 пФ. 200 В соответствует 200 пФ. Диапазон измерения составляет 10-4~102 пФ, разрешение — 10-4 пФ.
