Розширення функції вимірювання ємності цифрового мультиметра
Анотація: Ця стаття представляє методи, які використовуються для вимірювання ємності в режимі онлайн і розширення діапазону вимірювання ємності за допомогою діапазону напруги постійного струму звичайних цифрових мультиметрів. Ключові слова:
Три з половиною або чотири з половиною розрядні мультиметри загального призначення оснащені функцією вимірювання ємності, але діапазон вимірювання вузький, а точність вимірювання низька, і, як правило, немає онлайн-функції вимірювання . У цій статті обговорюється, як розширити ці можливості.
1 Онлайн вимірювання ємності
Відповідно до природи диференціальних та інтегральних схем вимірювання ємності можна перетворити на вимірювання напруги.
Основна частина схеми, CX/V, використовує просту активну RC інвертуючу диференціальну та інтегральну схему. Генератор Wien генерує сигнал змінного струму фіксованої частоти Vr, який збуджує схему перетворення CX/V для отримання напруги змінного струму V0 (V1), пропорційної CX, яка фільтрується смуговим фільтром другого порядку щоб відфільтрувати сигнали, відмінні від фіксованої частоти. Після перешкод вихідна напруга постійного струму V, пропорційна CX, виходить після змінного/постійного струму. Коли сигнал змінного струму Vr збуджує схему CX/V, вихідна напруга інвертуючого інтегратора
Тобто виміряна ємність CX прямо пропорційна вихідній напрузі C{{0}}, таким чином реалізуючи перетворення CX→V. Для того, щоб базовий діапазон ємності відповідав діапазону 2 В цифрового мультиметра, частота коливань генератора Wien становить 400 Гц, ефективне значення напруги становить 1 В, R1 становить 20 кОм, а C1 становить 0,1 мкФ. R2 змінюється з 200 Ом-2кОм-20кОм-200кОм-2МОм, а відповідний діапазон вимірювання ємності становить 20 мкФ-2мкФ-200нФ{ {18}}nF-2nF.
2 Вимірювання малої ємності
Загальний три з половиною розрядний цифровий мультиметр має діапазон від 2000 пФ до 20 мкФ для вимірювання ємності, і він безсилий для вимірювання крихітних ємностей нижче 1 пФ. Відповідно до методу ємнісного реактивного опору та за допомогою високочастотних сигналів можна здійснити вимірювання крихітної ємності. Схема вимірювального кола показана на малюнку 2. CX — виміряна ємність, а Rf — опір зворотного зв’язку інвертуючої клеми. Коли на вхід надходить синусоїдальний сигнал Vi з частотою f, імпеданс, представлений на CX, і коефіцієнт підсилення операційного підсилювача: коли A і Rf постійні, частота синусоїдального сигналу f обернено пропорційна виміряній ємності CX. Для вимірювання малих ємностей використовуються вимірювання високочастотного сигналу.
Блок-схема принципової схеми для реалізації вимірювання показана на рис. 2(b). Процес вимірювання такий: високочастотний синусоїдальний сигнал, створений генератором високочастотного сигналу, подається на вимірюваний конденсатор, і CX перетворюється на ємнісний реактивний опір Xc, а потім Xc перетворюється на сигнал змінної напруги через перетворення C/ACV, який посилюється підсилювачем і виводиться за допомогою ізоляційного трансформатора. Надішліть його на фазочутливий демодулятор для демодуляції; іншим входом фазочутливого демодулятора є прямокутна хвиля (тобто демодульований сигнал), що генерується високочастотною синусоїдальною хвилею через перетворювач форми сигналу, і два вхідних сигнали мають однакову частоту та фазу. Демодульований сигнал фільтрується фільтром низьких частот, щоб отримати напругу постійного струму, пропорційну значенню виміряного конденсатора CX, який надсилається на вольтметр постійного струму для безпосереднього відображення результату вимірювання. Перетворювач форми сигналу складається з компаратора переходу через нуль з інвертуючим входом, який перетворює стандартну високочастотну синусоїду 1 МГц від генератора Wien у стандартну інвертуючу прямокутну хвилю. Оскільки на виході фазочутливого демодулятора є пульсуюча постійна напруга, що містить високочастотні гармоніки, для отримання стабільної та постійної вихідної напруги постійного струму використовується фільтр типу **π для фільтрації гармонійних компонентів. Нарешті, відповідне середнє значення напруги надсилається на вольтметр постійного струму. Для того, щоб базовий рівень ємності відповідав рівню 2 В цифрового мультиметра, частота високочастотного синусоїдального сигналу вибирається рівною 1 МГц (якщо частота занадто висока, слід враховувати параметри розподілу), ефективне значення напруги дорівнює 1 В, а добуток коефіцієнта посилення схеми та опору зворотного зв’язку Rf дорівнює, тому діапазон напруги постійного струму цифрового мультиметра 200 мВ відповідає діапазону ємності 0,2 пФ, а 200 В відповідає діапазон ємності 200 пФ. Діапазон вимірювання становить 10-4-102пФ, роздільна здатність — 10-4пФ, а точність вимірювання —
