Rozšírenie funkcie merania kapacity digitálneho multimetra
Bežné tri a pol miestne alebo štyri a pol miestne digitálne multimetre sú vybavené funkciami merania kapacity, ale rozsah merania je úzky a presnosť merania je nízka a vo všeobecnosti nemajú online meranie funkcie. Tento článok popisuje, ako rozšíriť tieto možnosti.
1. Online meranie kapacity
Podľa vlastností diferenciálneho a integrálneho obvodu môže byť meranie kapacity prevedené na meranie napätia.
Hlavná časť obvodu, CX/V, využíva jednoduchý aktívny RC invertujúci diferenciálny a integračný obvod. Venturiho oscilátor generuje striedavý signál Vr s pevnou frekvenciou, ktorý vybudí prevodný obvod CX/V a získa striedavé napätie V0 (V1) úmerné CX. Filtruje sa pásmovým filtrom druhého rádu, aby sa odfiltrovali iné napätia ako pevná frekvencia. Po odstránení neporiadku sa po AC/DC získa jednosmerné výstupné napätie V úmerné CX. Keď striedavý signál Vr vybudí obvod CX/V, výstupné napätie invertujúceho integrátora
To znamená, že nameraná kapacita CX je úmerná výstupnému napätiu C{{0}}, čím sa dosiahne konverzia CX→V. Aby rozsah základného kondenzátora zodpovedal rozsahu 2 V digitálneho multimetra, vyberte frekvenciu oscilácie Venturiho oscilátora 400 Hz, hodnotu efektívneho napätia 1 V, R1 20 kΩ a C1 0,1 μF. R2 sa mení z 200Ω-2kΩ-20kΩ-200kΩ-2MΩ a zodpovedajúci rozsah meracej kapacity je 20μF-2μF-200nF{ {18}}nF-2nF.
2. Zmerajte malú kapacitu
Všeobecný 3 a pol miestny digitálny multimeter má merací rozsah na meranie kapacity 2000pF ~ 20μF. Je bezmocné merať malé kapacity pod 1pF. Podľa metódy kapacitnej reaktancie a pomocou vysokofrekvenčných signálov je možné realizovať meranie malej kapacity. Schéma meracieho obvodu je znázornená na obrázku 2. CX je nameraná kapacita, Rf je invertujúci koncový spätnoväzbový odpor. Keď je na vstupe sínusový signál Vi s frekvenciou f, impedancia prezentovaná na CX a zosilnenie operačného zosilňovača sú: Keď sú A a Rf konštantné, frekvencia sínusového signálu f je nepriamo úmerná nameranej kapacite CX. Na meranie menších kapacít sa používajú merania vysokofrekvenčného signálu.
Bloková schéma princípu obvodu na realizáciu merania je znázornená na obrázku 2(b). Proces merania je: vysokofrekvenčný sínusový signál generovaný generátorom vysokofrekvenčného signálu sa privedie na meraný kondenzátor, CX sa prevedie na kapacitnú reaktanciu Xc a potom sa Xc prevedie na signál striedavého napätia pomocou konverzie C/ACV, ktorý je zosilnený zosilňovačom a výstupom z izolačného transformátora. Pošle sa do fázovo citlivého demodulátora na demoduláciu; druhý vstup fázovo citlivého demodulátora je štvorcová vlna (tj demodulačný signál) generovaná vysokofrekvenčnou sínusovou vlnou cez prevodník tvaru vlny. Dva vstupné signály majú rovnakú frekvenciu a fázu. Demodulovaný signál je filtrovaný dolnopriepustným filtrom, aby sa získalo jednosmerné napätie úmerné nameranej kapacite CX, a posiela sa do jednosmerného voltmetra na priame zobrazenie výsledku merania. Prevodník priebehov pozostáva z komparátora s nulovým prechodom s invertujúcim vstupom, ktorý prevádza štandardnú 1MHz vysokofrekvenčnú sínusovú vlnu z Wien oscilátora na štandardnú invertovanú obdĺžnikovú vlnu. Pretože výstup fázovo citlivého demodulátora je pulzujúce jednosmerné napätie obsahujúce vysokofrekvenčné harmonické, na získanie stabilného a konštantného výstupu jednosmerného napätia sa na odfiltrovanie harmonických zložiek používa filter typu π. Nakoniec sa zodpovedajúce priemerné napätie odošle do jednosmerného voltmetra. Aby rozsah základného kondenzátora zodpovedal rozsahu 2V digitálneho multimetra, zvolí sa frekvencia vysokofrekvenčného sínusového signálu 1MHz (ak je frekvencia príliš vysoká, treba zvážiť distribučný parameter), efektívna hodnota napätia je 1V a súčin faktora zosilnenia obvodu a spätnoväzbového odporu Rf je, takže rozsah jednosmerného napätia digitálneho multimetra 20}0mV zodpovedá rozsahu kapacity 0,2pF a rozsahu kapacity 200V zodpovedá 200pF. Rozsah merania je 10-4~102pF a rozlíšenie je 10-4pF.
