Расширение функции измерения емкости цифрового мультиметра
Аннотация: В этой статье представлены методы, используемые для измерения емкости в режиме онлайн и расширения диапазона измерения емкости с использованием диапазона постоянного напряжения обычных цифровых мультиметров. Ключевые слова:
Мультиметры общего назначения с тремя с половиной или четырьмя с половиной цифрами оснащены функцией измерения емкости, но диапазон измерения узок, а точность измерения низкая, и, как правило, функция онлайн-измерения отсутствует. . В этой статье обсуждается, как расширить эти возможности.
1 Измерение емкости в режиме онлайн
В зависимости от характера дифференциальных и интегральных схем измерение емкости можно преобразовать в измерение напряжения.
В основной части схемы CX/V используется простая активная RC-цепочка, инвертирующая дифференциальную и интегральную схемы. Генератор Вина генерирует переменный сигнал фиксированной частоты Vr, который возбуждает схему преобразования CX/V для получения переменного напряжения V0 (V1), пропорционального CX, которое фильтруется полосовым фильтром второго порядка. для фильтрации сигналов, отличных от фиксированной частоты. После 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 прямо пропорциональна выходному напряжению C{{0}}, таким образом реализуя преобразование CX→V. Чтобы основной диапазон емкости соответствовал диапазону 2 В цифрового мультиметра, частота колебаний генератора Вина составляет 400 Гц, действующее значение напряжения составляет 1 В, R1 составляет 20 кОм, а C1 составляет 0,1 мкФ. R2 изменяется с 200 Ом-2кОм-20кОм-200кОм-2МОм, а соответствующий диапазон измерения емкости составляет 20 мкФ-2мкФ-200нФ{ {18}}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 крошечной 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.
Блок-схема принципиальной схемы для реализации измерения показана на рис. 2(b). Процесс измерения: 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 усилителем и выводится разделительным трансформатором. Отправьте его на фазочувствительный демодулятор для 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 выход фазочувствительного демодулятора представляет собой пульсирующее постоянное напряжение, 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. Для того чтобы базовый уровень емкости соответствовал уровню 2В цифрового мультиметра, частота высокочастотного синусоидального сигнала выбрана равной 1 МГц (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 10-4-102пФ, разрешение 10-4пФ, точность измерения
