Расширение возможностей измерения емкости цифрового мультиметра
1 Онлайн измерение емкости
Измерение емкости может быть преобразовано в измерение напряжения в зависимости от характеристик дифференциальных и интегральных схем.
Используя простую активную RC-инвертирующую дифференциальную и интегральную схему, работает центральный компонент схемы, CX/V. Схема преобразования CX/V возбуждается сигналом переменного тока фиксированной частоты от генератора Вина для создания переменного напряжения V0 (V1), пропорционального CX. Затем это напряжение фильтруется полосовым фильтром второго порядка для удаления сигналов, отличных от фиксированной частоты. После помех AC/DC используется для обеспечения постоянного выходного напряжения V, пропорционального CX. Цепь CX/V возбуждается переменным сигналом Vr, в результате чего изменяется выходное напряжение инвертирующего интегратора.
Другими словами, преобразование CX в V осуществляется, поскольку измеренная емкость CX прямо пропорциональна выходному напряжению C{{0}}. Частота колебаний генератора Вина 400 Гц, эффективное напряжение 1 В, сопротивление R1 20 кОм и емкость C1 0,1 Ф должны присутствовать, чтобы базовый диапазон емкости соответствовал диапазону 2 В цифрового мультиметра. Диапазон измерения емкости для R2 изменяется от 200-2k-200k-200k-2M до 20F-2F-200nF{{17} }нФ-2нФ.
2 Измерение малой емкости
Обычный цифровой мультиметр с тремя с половиной разрядами имеет диапазон от 2000 пФ до 20 мкФ для измерения емкости, и он бессилен для измерения крошечных емкостей ниже 1 пФ. В соответствии с методом емкостного реактивного сопротивления и использованием высокочастотных сигналов можно реализовать измерение малой емкости. Схема измерения показана на рис. 2. CX — измеренная емкость, а Rf — сопротивление обратной связи инвертирующего вывода. Когда на вход подается синусоидальный сигнал Vi с частотой f, импеданс, представленный на CX, и коэффициент усиления операционного усилителя составляют: когда A и Rf постоянны, частота синусоидального сигнала f обратно пропорциональна измеренной емкости CX. Для измерения малых емкостей используются измерения высокочастотных сигналов.
Высокочастотный синусоидальный сигнал, генерируемый генератором высокочастотных сигналов, подается на измеряемый конденсатор, и CX преобразуется в емкостное реактивное сопротивление Xc, а затем Xc преобразуется в сигнал напряжения переменного тока посредством преобразования C/ACV, который усиливается усилитель, а выход изолирующего трансформатора направляется на фазочувствительный демодулятор демодуляции; другой вход фазочувствительного демодулятора представляет собой прямоугольную волну (то есть демодулированный сигнал), генерируемую высокочастотной синусоидой через преобразователь формы волны, и два входных сигнала имеют одинаковую частоту и фазу. Демодулированный сигнал фильтруется фильтром нижних частот для получения напряжения постоянного тока, пропорционального значению измеряемой емкости конденсатора CX, которое направляется на вольтметр постоянного тока для непосредственного отображения результата измерения. Преобразователь формы сигнала состоит из компаратора пересечения нуля с инвертирующим входом, который преобразует стандартную высокочастотную синусоидальную волну частотой 1 МГц от генератора Вина в стандартную инвертирующую прямоугольную волну. Поскольку на выходе фазочувствительного демодулятора находится пульсирующее постоянное напряжение, содержащее высокочастотные гармоники, для получения стабильного и постоянного напряжения на выходе используется фильтр π-типа для фильтрации гармонических составляющих. Наконец, соответствующее среднее напряжение отправляется на вольтметр постоянного тока. Для того, чтобы базовый уровень емкости соответствовал уровню 2В цифрового мультиметра, частота высокочастотного синусоидального сигнала выбрана равной 1МГц (если частота слишком высока, следует учитывать параметры распределения), действующее значение напряжения составляет 1 В, а произведение коэффициента усиления цепи и сопротивления обратной связи Rf равно, поэтому диапазон напряжения постоянного тока цифрового мультиметра 200 мВ соответствует диапазону емкости 0,2 пФ, а 200 В соответствует Диапазон емкости 200 пФ. Диапазон измерения составляет от 10-4 до 102 пФ, а разрешение составляет 10-4 пФ.
