Ampliació de la funció de mesura de capacitat del multímetre digital
Resum: Aquest article presenta les tècniques utilitzades per mesurar la capacitat en línia i ampliar el rang de mesura de la capacitat mitjançant el rang de tensió de CC dels multímetres digitals ordinaris. Paraules clau:
Els multímetres de tres dígits i mig o de quatre dígits i mig d'ús general estan equipats amb una funció de mesura de capacitat, però el rang de mesura és estret i la precisió de mesura és baixa i, en general, no hi ha cap funció de mesura en línia. . En aquest article s'explica com ampliar aquestes capacitats.
1 Mesurament de la capacitat en línia
Segons la naturalesa dels circuits diferencials i integrals, la mesura de la capacitat es pot convertir en mesura de tensió.
La part central del circuit, CX/V, utilitza un circuit diferencial i integral inversor de RC actiu senzill. L'oscil·lador de Wien genera un senyal de CA de freqüència fixa Vr, que excita el circuit de conversió CX/V per obtenir una tensió CA V0 (V1) proporcional a CX, que es filtra per un filtre de pas de banda de segon ordre. per filtrar senyals diferents de la freqüència fixa. Després del desordre, la tensió de sortida de CC V proporcional a CX s'obté després de CA/CC. Quan el senyal de CA Vr excita el circuit CX/V, la tensió de sortida de l'integrador inversor
És a dir, la capacitat mesurada CX és directament proporcional a la tensió de sortida C{{0}}, realitzant així la conversió de CX→V. Per tal que el rang bàsic de capacitat correspongui al rang de 2 V del multímetre digital, la freqüència d'oscil·lació de l'oscil·lador Wien és de 400 Hz, el valor efectiu de la tensió és d'1 V, R1 és de 20 kΩ i C1 és de 0,1 μF. R2 canvia de 200Ω-2kΩ{-20kΩ{-200kΩ-2MΩ, i el rang de capacitat de mesura corresponent és de 20μF-2μF{-200nF{ {18}}nF-2nF.
2 Mesurar una petita capacitat
El multímetre digital general de tres dígits i mig té un rang de 2000pF a 20μF per mesurar la capacitat, i és impotent per mesurar petites capacitats per sota d'1pF. Segons el mètode de la reactància capacitiva i utilitzant senyals d'alta freqüència, es pot realitzar la mesura de la petita capacitat. El diagrama del circuit de mesura es mostra a la figura 2. CX és la capacitat mesurada i Rf és la resistència de retroalimentació del terminal inversor. Quan s'introdueix el senyal sinusoïdal Vi amb freqüència f, la impedància presentada en CX i el guany de l'amplificador operacional són: quan A i Rf són constants, la freqüència del senyal sinusoïdal f és inversament proporcional a la capacitat mesurada CX. Per mesurar petites capacitats, s'utilitzen mesures de senyal d'alta freqüència.
El diagrama de blocs del principi del circuit per realitzar la mesura es mostra a la figura 2(b). El procés de mesura és: el senyal sinusoïdal d'alta freqüència generat pel generador de senyal d'alta freqüència s'aplica al condensador mesurat, i CX es converteix en reactància capacitiva Xc, i després Xc es converteix en senyal de tensió CA mitjançant la conversió C/ACV, que és amplificat per l'amplificador i sortida pel transformador d'aïllament. Envieu-lo al demodulador sensible a la fase per a la demodulació; l'altra entrada del demodulador sensible a la fase és una ona quadrada (és a dir, un senyal demodulat) generada per una ona sinusoïdal d'alta freqüència a través d'un convertidor de forma d'ona, i els dos senyals d'entrada tenen la mateixa freqüència i fase. El senyal demodulat es filtra mitjançant un filtre de pas baix per obtenir una tensió de CC proporcional al valor del condensador mesurat CX, que s'envia al voltímetre de CC per mostrar directament el resultat de la mesura. El convertidor de forma d'ona consisteix en un comparador de creuament per zero amb una entrada inversora, que converteix una ona sinusoïdal d'alta freqüència d'1MHz estàndard d'un oscil·lador Wien en una ona quadrada inversora estàndard. Com que la sortida del demodulador sensible a la fase és una tensió de corrent continu pulsada que conté harmònics d'alta freqüència, per tal d'obtenir una sortida de tensió de corrent continu estable i constant, s'utilitza un filtre de tipus ** π per filtrar els components harmònics. Finalment, la tensió mitjana corresponent s'envia al voltímetre de CC. Per tal que el nivell de capacitat bàsic correspongui al nivell de 2 V del multímetre digital, la freqüència del senyal sinusoïdal d'alta freqüència es selecciona com a 1 MHz (si la freqüència és massa alta, s'han de tenir en compte els paràmetres de distribució), el valor efectiu de la tensió és 1V, i el producte del factor d'amplificació del circuit i la resistència de retroalimentació Rf és, de manera que el rang de tensió de CC del multímetre digital de 200mV correspon al rang de capacitat de 0,2pF, i 200V correspon a la rang de capacitat de 200pF. L'interval de mesura és 10-4-102pF, la resolució és 10-4pF i la precisió de mesura és
