Udvidelse af kapacitansmålingsfunktion af digitalt multimeter
Abstrakt: Dette papir introducerer de teknikker, der bruges til at måle kapacitans online og udvide måleområdet for kapacitans ved hjælp af DC-spændingsområdet for almindelige digitale multimetre. Nøgleord:
Multimetre med tre og et halvt cifret eller fire et halvt ciffer til generelle formål er udstyret med funktion til kapacitetsmåling, men måleområdet er smalt, og målenøjagtigheden er lav, og generelt er der ingen online målefunktion. . Denne artikel diskuterer, hvordan man udvider disse muligheder.
1 Online kapacitansmåling
I henhold til karakteren af differentielle og integrerede kredsløb kan måling af kapacitans konverteres til spændingsmåling.
Kernedelen af kredsløbet, CX/V, bruger et simpelt aktivt RC-inverterende differential- og integralkredsløb. Wien Oscillatoren genererer et fastfrekvent AC-signal Vr, som exciterer CX/V-konverteringskredsløbet for at opnå en AC-spænding V0 (V1) proportional med CX, som filtreres af et andenordens båndpasfilter at frafiltrere andre signaler end den faste frekvens. Efter rod opnås DC-udgangsspændingen V proportional med CX efter AC/DC. Når AC-signalet Vr exciterer CX/V-kredsløbet, vil den inverterende integrators udgangsspænding
Det vil sige, at den målte kapacitans CX er direkte proportional med udgangsspændingen C{{0}}, hvorved konverteringen af CX→V realiseres. For at få det grundlæggende kapacitansområde til at svare til 2V-området for det digitale multimeter, er oscillationsfrekvensen for Wien-oscillatoren 400Hz, den effektive værdi af spændingen er 1V, R1 er 20kΩ, og C1 er 0,1μF. R2 skifter fra 200Ω-2kΩ-20kΩ-200kΩ-2MΩ, og det tilsvarende målekapacitansområde er 20μF-2μF-200nF{ {18}}nF-2nF.
2 Måling af lille kapacitans
Det generelle tre-en-halv-cifrede digitale multimeter har en rækkevidde på 2000pF til 20μF til måling af kapacitans, og det er magtesløst at måle små kapacitanser under 1pF. Ifølge den kapacitive reaktansmetode og ved hjælp af højfrekvente signaler kan måling af lille kapacitans realiseres. Målekredsløbsdiagrammet er vist i figur 2. CX er den målte kapacitans, og Rf er feedbackmodstanden for den inverterende terminal. Når det sinusformede signal Vi med frekvens f er input, er impedansen præsenteret på CX og forstærkningen af operationsforstærkeren: når A og Rf er konstante, er den sinusformede signalfrekvens f omvendt proportional med den målte kapacitans CX. For at måle små kapacitanser anvendes højfrekvente signalmålinger.
Blokdiagrammet for kredsløbsprincippet til at realisere målingen er vist i fig. 2(b). Måleprocessen er: det højfrekvente sinusformede signal genereret af højfrekvenssignalgeneratoren påføres den målte kondensator, og CX konverteres til kapacitiv reaktans Xc, og derefter konverteres Xc til AC-spændingssignal gennem C/ACV-konvertering, som forstærkes af forstærkeren og udsendes af isolationstransformatoren. Send det til den fasefølsomme demodulator for demodulation; den anden indgang på den fasefølsomme demodulator er en firkantbølge (det vil sige et demoduleret signal) genereret af en højfrekvent sinusbølge gennem en bølgeformkonverter, og de to indgangssignaler har samme frekvens og fase. Det demodulerede signal filtreres af et lavpasfilter for at opnå en DC-spænding proportional med værdien af den målte kondensator CX, som sendes til DC-voltmeteret for direkte at vise måleresultatet. Bølgeformkonverteren består af en nulkrydsningskomparator med en inverterende input, som konverterer en standard 1MHz højfrekvent sinusbølge fra en Wien-oscillator til en standard inverterende firkantbølge. Da udgangen af den fasefølsomme demodulator er en pulserende jævnspænding indeholdende højfrekvente harmoniske, for at opnå en stabil og konstant jævnspændingsudgang, anvendes et filter af **π-typen til at bortfiltrere de harmoniske komponenter. Til sidst sendes den tilsvarende gennemsnitsspænding til DC-voltmeteret. For at få det grundlæggende kapacitansniveau til at svare til 2V-niveauet af det digitale multimeter, vælges frekvensen af det højfrekvente sinusformede signal som 1MHz (hvis frekvensen er for høj, skal fordelingsparametrene tages i betragtning), den effektive værdi af spændingen er 1V, og produktet af kredsløbets forstærkningsfaktor og tilbagekoblingsmodstanden Rf er, så Det digitale multimeters DC-spændingsområde på 200mV svarer til kapacitansområdet på 0,2pF, og 200V svarer til kapacitansområde på 200pF. Måleområdet er 10-4-102pF, opløsningen er 10-4pF, og målenøjagtigheden er
