Digitālā multimetra kapacitātes mērīšanas funkcijas paplašināšana
Kopsavilkums: Šis raksts iepazīstina ar metodēm, ko izmanto, lai izmērītu kapacitāti tiešsaistē un paplašinātu kapacitātes mērījumu diapazonu, izmantojot parasto digitālo multimetru līdzstrāvas sprieguma diapazonu. Atslēgas vārdi:
Universālie trīsarpus ciparu vai četrarpus ciparu multimetri ir aprīkoti ar kapacitātes mērīšanas funkciju, taču mērījumu diapazons ir šaurs un mērījumu precizitāte ir zema, un parasti nav tiešsaistes mērīšanas funkcijas. . Šajā rakstā ir apspriests, kā paplašināt šīs iespējas.
1 Tiešsaistes kapacitātes mērīšana
Saskaņā ar diferenciālo un integrālo ķēžu raksturu kapacitātes mērījumu var pārvērst sprieguma mērīšanā.
Ķēdes galvenajā daļā CX/V tiek izmantota vienkārša aktīva RC invertējošā diferenciālā un integrālā ķēde. Wien oscilators ģenerē fiksētas frekvences maiņstrāvas signālu Vr, kas ierosina CX/V konversijas ķēdi, lai iegūtu maiņstrāvas spriegumu V0 (V1), kas ir proporcionāls CX, ko filtrē ar otrās kārtas joslas caurlaides filtru. lai filtrētu signālus, kas nav fiksētā frekvence. Pēc jucekli DC izejas spriegumu V, kas ir proporcionāls CX, iegūst pēc AC/DC. Kad maiņstrāvas signāls Vr ierosina CX/V ķēdi, invertējošā integratora izejas spriegums
Tas nozīmē, ka izmērītā kapacitāte CX ir tieši proporcionāla izejas spriegumam C{{0}}, tādējādi realizējot CX→V konversiju. Lai kapacitātes pamata diapazons atbilstu digitālā multimetra 2 V diapazonam, Wien oscilatora svārstību frekvence ir 400 Hz, sprieguma efektīvā vērtība ir 1 V, R1 ir 20 kΩ un C1 ir 0,1 μF. R2 mainās no 200Ω-2kΩ-20kΩ-200kΩ-2MΩ, un atbilstošais mērījumu kapacitātes diapazons ir 20μF-2μF-200nF{ {18}}nF-2nF.
2 Mazas kapacitātes mērīšana
Vispārējā trīsarpus ciparu digitālā multimetra kapacitātes mērīšanai ir diapazons no 2000 pF līdz 20 μF, un tas ir bezspēcīgs, lai izmērītu mazas kapacitātes, kas ir mazākas par 1 pF. Saskaņā ar kapacitatīvās pretestības metodi un izmantojot augstfrekvences signālus, var veikt nelielas kapacitātes mērījumus. Mērījumu shēmas diagramma ir parādīta 2. attēlā. CX ir izmērītā kapacitāte, un Rf ir invertējošās spailes atgriezeniskā pretestība. Kad tiek ievadīts sinusoidālais signāls Vi ar frekvenci f, CX uzrādītā pretestība un operacionālā pastiprinātāja pastiprinājums ir: ja A un Rf ir nemainīgi, sinusoidālā signāla frekvence f ir apgriezti proporcionāla izmērītajai kapacitātei CX. Lai mērītu mazas kapacitātes, tiek izmantoti augstfrekvences signālu mērījumi.
Ķēdes principa blokshēma mērījumu veikšanai ir parādīta 2. (b) attēlā. Mērīšanas process ir šāds: augstfrekvences sinusoidālais signāls, ko ģenerē augstfrekvences signāla ģenerators, tiek pievadīts izmērītajam kondensatoram, un CX tiek pārveidots par kapacitatīvo pretestību Xc, un pēc tam Xc tiek pārveidots par maiņstrāvas sprieguma signālu, izmantojot C/ACV pārveidošanu, ko pastiprina pastiprinātājs un izvada izolācijas transformators. Nosūtiet to uz fāzes jutīgo demodulatoru demodulācijai; otra fāzes jutīgā demodulatora ieeja ir kvadrātveida vilnis (tas ir, demodulēts signāls), ko ģenerē augstfrekvences sinusoidāls vilnis caur viļņu formas pārveidotāju, un abiem ieejas signāliem ir vienāda frekvence un fāze. Demodulēto signālu filtrē ar zemas caurlaidības filtru, lai iegūtu līdzstrāvas spriegumu, kas ir proporcionāls izmērītā kondensatora CX vērtībai, kas tiek nosūtīts uz līdzstrāvas voltmetru, lai tieši parādītu mērījumu rezultātu. Viļņu formas pārveidotājs sastāv no nulles šķērsošanas komparatora ar invertējošu ieeju, kas pārveido standarta 1MHz augstfrekvences sinusoidālo vilni no Wien oscilatora standarta invertējošā kvadrātveida vilnī. Tā kā fāzjutīgā demodulatora izeja ir pulsējošs līdzstrāvas spriegums, kas satur augstfrekvences harmonikas, tad, lai iegūtu stabilu un nemainīgu līdzstrāvas sprieguma izvadi, harmonisko komponentu izfiltrēšanai tiek izmantots **π tipa filtrs. Visbeidzot, atbilstošais vidējais spriegums tiek nosūtīts uz līdzstrāvas voltmetru. Lai pamata kapacitātes līmenis atbilstu digitālā multimetra 2V līmenim, augstfrekvences sinusoidālā signāla frekvence tiek izvēlēta kā 1MHz (ja frekvence ir pārāk augsta, jāņem vērā sadales parametri), efektīvā vērtība no sprieguma ir 1 V, un ķēdes pastiprinājuma koeficienta un atgriezeniskās saites pretestības reizinājums ir Rf, tāpēc digitālā multimetra līdzstrāvas sprieguma diapazons 200 mV atbilst kapacitātes diapazonam 0,2 pF, un 200 V atbilst kapacitātes diapazons 200pF. Mērījumu diapazons ir 10-4-102pF, izšķirtspēja ir 10-4pF, un mērījumu precizitāte ir
