Расширение функции измерения емкости для цифровых мультиметров (DMM)
1. Онлайн измерение емкости
Согласно свойствам дифференциальных интегральных схем измерение емкости можно преобразовать в измерение напряжения.
Основная часть схемы CX/V использует простую активную RC-схему обратного дифференцирования и интегрирования. Генератор Вэня генерирует сигнал переменного тока фиксированной частоты Vr, который возбуждает схему преобразования CX/V для получения переменного напряжения V0 (V1), пропорционального CX. После фильтрации полосовым фильтром второго-порядка для удаления примесей за пределами фиксированной частоты получается выходное напряжение переменного/постоянного тока V, пропорциональное CX. Когда сигнал переменного тока Vr возбуждает цепь CX/V, выходное напряжение инвертирующего интегратора равно
То есть измеренная емкость CX пропорциональна выходному напряжению C0, что обеспечивает преобразование CX → V. Чтобы согласовать базовый уровень емкости с уровнем 2 В цифрового мультиметра, частота колебаний генератора Вэна выбирается равной 400 Гц, эффективное значение напряжения составляет 1 В, R1 устанавливается на 20 кОм, а C1 устанавливается на 0,1 мкФ. диапазон емкости 20 мкФ-2 мкФ-200нФ-20нФ-2нФ.
2. Измерьте маленькие конденсаторы
Диапазон типичного трех с половиной разрядного мультиметра для измерения емкости составляет от 2000 пФ до 20 мкФ, и он бессилен для измерения небольших конденсаторов емкостью менее 1 пФ. Методом емкостного импеданса и использованием высокочастотных сигналов можно измерить конденсаторы небольшой емкости. Принципиальная схема измерения показана на рисунке 2. CX — измеряемая емкость, а Rf — резистор обратной связи на инвертирующем конце. Когда входная частота синусоидального сигнала Vi равна 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 конденсаторов меньшего размера используйте для измерения высокочастотные-сигналы.
Блок-схема принципа измерения показана на рисунке 2 (б). Процесс измерения заключается в следующем: высокочастотный синусоидальный сигнал, генерируемый высокочастотным генератором сигналов, подается на измеряемый конденсатор, CX преобразуется в сопротивление емкости Xc, а затем Xc преобразуется в сигнал переменного напряжения посредством преобразования C/ACV, усиливается усилителем, а выходной сигнал изолирующего трансформатора 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, и два входных сигнала имеют одинаковую частоту и фазу. Демодулированный сигнал фильтруется фильтром нижних частот- для получения напряжения постоянного тока, пропорционального измеренному значению емкости CX, которое затем отправляется на вольтметр постоянного тока для непосредственного отображения результата измерения. Преобразователь сигналов состоит из компаратора пересечения нуля с инвертирующим входом, который преобразует стандартную высокочастотную синусоидальную волну частотой 1 МГц, поступающую от генератора Вэня, в стандартную инвертированную прямоугольную волну. В связи с тем, что на выходе фазочувствительного демодулятора формируется пульсирующее напряжение постоянного тока, содержащее высокочастотные гармоники, фильтр типа π - используется для фильтрации гармонических составляющих с целью получения стабильного и постоянного выходного напряжения постоянного тока.
Затем отправьте соответствующее среднее значение напряжения на вольтметр постоянного тока. Чтобы основной диапазон емкости соответствовал диапазону 2 В цифрового мультиметра, частота высокочастотного синусоидального сигнала выбирается равной 1 МГц (параметры распределения следует учитывать, если частота слишком высока), эффективное значение напряжения составляет 1 В, а произведение коэффициента усиления схемы и сопротивления обратной связи Rf равно. Таким образом, диапазон напряжения постоянного тока цифрового мультиметра составляет 200 мВ, что соответствует диапазону емкости 0,2 пФ, а 200 В соответствует диапазону емкости 200 пФ.
Диапазон измерения 10-4-102пФ, разрешение 10-4пФ. Точность измерения
