Rozszerzenie funkcji pomiaru pojemności multimetru cyfrowego
Powszechnie stosowane trzyipółcyfrowe lub czteroipółcyfrowe multimetry cyfrowe są wyposażone w funkcje pomiaru pojemności, ale zakres pomiarowy jest wąski, a dokładność pomiaru niska i zazwyczaj nie mają pomiaru online Funkcje. W tym artykule omówiono, jak rozszerzyć te możliwości.
1. Pomiar pojemności online
Zgodnie z właściwościami obwodu różnicowego i całkującego pomiar pojemności można przekształcić w pomiar napięcia.
Główna część obwodu, CX/V, wykorzystuje prosty aktywny odwracający układ różnicowy RC i obwód całkujący. Oscylator Venturiego generuje sygnał AC o stałej częstotliwości Vr, który pobudza obwód konwersji CX/V i uzyskuje napięcie AC V0 (V1) proporcjonalne do CX. Jest on filtrowany przez filtr środkowoprzepustowy drugiego rzędu w celu odfiltrowania napięć innych niż stała częstotliwość. Po usunięciu zakłóceń uzyskuje się napięcie wyjściowe DC V proporcjonalne do CX po AC/DC. Gdy sygnał AC Vr pobudza obwód CX/V, napięcie wyjściowe integratora odwracającego
Oznacza to, że zmierzona pojemność CX jest proporcjonalna do napięcia wyjściowego C{{0}}, osiągając w ten sposób konwersję CX → V. Aby podstawowy zakres kondensatorów odpowiadał zakresowi 2 V multimetru cyfrowego, należy wybrać częstotliwość oscylacji oscylatora Venturiego jako 400 Hz, wartość napięcia skutecznego jako 1 V, R1 jako 20 kΩ i C1 jako 0,1 μF. R2 zmienia się z 200 Ω-2kΩ-20kΩ-200kΩ-2MΩ, a odpowiadający zakres pojemności pomiarowej wynosi 20μF-2μF-200nF{ {18}}nF-2nF.
2. Zmierz małą pojemność
Ogólny trzyipółcyfrowy zakres pomiarowy multimetru cyfrowego do pomiaru pojemności wynosi 2000 pF ~ 20 μF. Pomiar małych pojemności poniżej 1 pF jest bezsilny. Stosując metodę reaktancji pojemnościowej i wykorzystując sygnały o wysokiej częstotliwości, można dokonać pomiaru niewielkiej pojemności. Schemat obwodu pomiarowego pokazano na rysunku 2. CX to zmierzona pojemność, Rf to odwracający rezystor sprzężenia zwrotnego. Gdy na wejściu jest sygnał sinusoidalny Vi o częstotliwości f, impedancja prezentowana na CX i wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego wynoszą: Gdy A i Rf są stałe, częstotliwość sygnału sinusoidalnego f jest odwrotnie proporcjonalna do zmierzonej pojemności CX. Do pomiaru mniejszych pojemności stosuje się pomiary sygnałów o wysokiej częstotliwości.
Schemat blokowy zasady obwodu służącej do realizacji pomiaru pokazano na rysunku 2 (b). Proces pomiarowy polega na tym, że sygnał sinusoidalny o wysokiej częstotliwości generowany przez generator sygnału wysokiej częstotliwości jest przykładany do mierzonego kondensatora, CX jest przekształcany na reaktancję pojemnościową Xc, a następnie Xc jest przekształcany na sygnał napięcia przemiennego poprzez konwersję C/ACV, który jest wzmacniany przez wzmacniacz i wyjściowy przez transformator izolujący. Jest wysyłany do demodulatora wrażliwego na fazę w celu demodulacji; drugim wejściem demodulatora wrażliwego na fazę jest fala prostokątna (tj. sygnał demodulacji) generowany przez falę sinusoidalną o wysokiej częstotliwości przez przetwornik kształtu fali. Obydwa sygnały wejściowe mają tę samą częstotliwość i fazę. Demodulowany sygnał jest filtrowany przez filtr dolnoprzepustowy w celu uzyskania napięcia stałego proporcjonalnego do zmierzonej wartości pojemności CX i przesyłany do woltomierza prądu stałego w celu bezpośredniego wyświetlenia wyniku pomiaru. Przetwornik kształtu fali składa się z komparatora przechodzącego przez zero z wejściem odwracającym, który przekształca standardową falę sinusoidalną o wysokiej częstotliwości 1 MHz z oscylatora Wien na standardową odwróconą falę prostokątną. Ponieważ na wyjściu demodulatora czułego na fazę jest pulsujące napięcie prądu stałego zawierające harmoniczne o wysokiej częstotliwości, w celu uzyskania stabilnego i stałego napięcia wyjściowego prądu stałego stosuje się filtr typu π w celu odfiltrowania składowych harmonicznych. Na koniec odpowiednie średnie napięcie jest przesyłane do woltomierza prądu stałego. Aby podstawowy zakres kondensatorów odpowiadał zakresowi 2V multimetru cyfrowego, częstotliwość sygnału sinusoidalnego o wysokiej częstotliwości wybiera się na 1 MHz (w przypadku zbyt dużej częstotliwości należy uwzględnić parametr rozkładu), wartość skuteczną napięcia wynosi 1 V, a iloczyn współczynnika wzmocnienia obwodu i rezystora sprzężenia zwrotnego Rf wynosi, więc Zakres napięcia prądu stałego multimetru cyfrowego wynoszący 200 mV odpowiada zakresowi pojemności wynoszącej 0,2 pF, a zakresowi pojemności wynoszącemu 200 V odpowiada 200 pF. Zakres pomiarowy wynosi 10-4~102 pF, a rozdzielczość wynosi 10-4 pF.
