Proširenje funkcije mjerenja kapaciteta digitalnog multimetra
Uobičajeni digitalni multimetri s tri i pol znamenke ili četiri i pol znamenke opremljeni su funkcijama mjerenja kapacitivnosti, ali mjerni raspon je uzak, a točnost mjerenja niska i općenito nemaju mrežno mjerenje funkcije. Ovaj članak govori o tome kako proširiti te mogućnosti.
1. Online mjerenje kapacitivnosti
Prema svojstvima diferencijalnog i integralnog kruga, mjerenje kapaciteta može se pretvoriti u mjerenje napona.
Glavni dio kruga, CX/V, koristi jednostavan aktivni RC invertirajući diferencijalni i integrirajući krug. Venturijev oscilator generira izmjenični signal fiksne frekvencije Vr, koji pobuđuje CX/V pretvorbeni krug i dobiva izmjenični napon V0 (V1) proporcionalan CX. Filtrira ga pojasni filtar drugog reda kako bi se filtrirali naponi koji nisu fiksne frekvencije. Nakon što se smetnja ukloni, istosmjerni izlazni napon V proporcionalan CX dobiva se nakon AC/DC. Kada AC signal Vr pobudi CX/V krug, izlazni napon invertirajućeg integratora
To jest, izmjereni kapacitet CX proporcionalan je izlaznom naponu C{{0}}, čime se postiže pretvorba CX→V. Kako bi osnovni raspon kondenzatora odgovarao rasponu od 2 V digitalnog multimetra, odaberite frekvenciju osciliranja Venturijevog oscilatora na 400 Hz, vrijednost efektivnog napona na 1 V, R1 na 20 kΩ i C1 na 0,1 μF. R2 se mijenja od 200Ω-2kΩ-20kΩ-200kΩ-2MΩ, a odgovarajući raspon mjernog kapaciteta je 20μF-2μF-200nF{ {18}}nF-2nF.
2. Izmjerite mali kapacitet
Općenito mjerno područje digitalnog multimetra s tri i pol znamenke za mjerenje kapacitivnosti je 2000pF ~ 20μF. Nemoćno je mjeriti malene kapacitete ispod 1pF. Prema metodi kapacitivne reaktancije i korištenjem visokofrekventnih signala, može se ostvariti mjerenje malenog kapaciteta. Dijagram mjernog kruga prikazan je na slici 2. CX je izmjereni kapacitet, Rf je otpornik povratne veze invertirajućeg terminala. Kada je ulazni sinusoidni signal Vi s frekvencijom f, impedancija prikazana na CX i pojačanje operacijskog pojačala su: Kada su A i Rf konstantni, frekvencija sinusoidnog signala f je obrnuto proporcionalna izmjerenom kapacitetu CX. Za mjerenje manjih kapaciteta koriste se visokofrekventna mjerenja signala.
Blok dijagram principa sklopa za realizaciju mjerenja prikazan je na slici 2(b). Proces mjerenja je: visokofrekventni sinusoidalni signal koji generira visokofrekventni generator signala primjenjuje se na izmjereni kondenzator, CX se pretvara u kapacitivnu reaktanciju Xc, a zatim se Xc pretvara u signal izmjeničnog napona putem C/ACV pretvorbe, koji se pojačava pojačalom i daje na izlaz izolacijskim transformatorom. Šalje se fazno osjetljivom demodulatoru na demodulaciju; drugi ulaz fazno osjetljivog demodulatora je pravokutni val (tj. demodulacijski signal) generiran visokofrekventnim sinusnim valom kroz pretvarač valnog oblika. Dva ulazna signala imaju istu frekvenciju i fazu. Demodulirani signal se filtrira pomoću niskopropusnog filtra kako bi se dobio istosmjerni napon proporcionalan izmjerenoj vrijednosti CX kapacitivnosti i šalje se na DC voltmetar za izravan prikaz rezultata mjerenja. Pretvarač valnog oblika sastoji se od komparatora koji prelazi nulu s invertirajućim ulazom, koji pretvara standardni visokofrekventni sinusni val od 1MHz iz Wien oscilatora u standardni invertirani kvadratni val. Budući da je izlaz fazno osjetljivog demodulatora pulsirajući istosmjerni napon koji sadrži visokofrekventne harmonike, kako bi se dobio stabilan i konstantan izlaz istosmjernog napona, koristi se filtar tipa π za filtriranje harmonijskih komponenti. Konačno, odgovarajući prosječni napon šalje se na DC voltmetar. Kako bi osnovni raspon kondenzatora odgovarao rasponu od 2 V digitalnog multimetra, frekvencija visokofrekventnog sinusoidnog signala odabrana je kao 1MHz (ako je frekvencija previsoka, mora se uzeti u obzir parametar distribucije), efektivna vrijednost napona je 1V, a umnožak faktora pojačanja kruga i povratnog otpornika Rf je, tako da raspon istosmjernog napona digitalnog multimetra od 200mV odgovara rasponu kapaciteta od 0,2pF i rasponu kapaciteta od 200V odgovara 200pF. Raspon mjerenja je 10-4~102pF, a rezolucija je 10-4pF.
