Proširenje funkcije mjerenja kapacitivnosti digitalnog multimetra
Sažetak: Ovaj rad predstavlja tehnike koje se koriste za mjerenje kapacitivnosti na mreži i širenje opsega mjerenja kapacitivnosti korištenjem DC naponskog raspona običnih digitalnih multimetara. Ključne riječi:
Multimetri s tri i po cifre ili četiri i po cifre opće namjene opremljeni su funkcijom mjerenja kapacitivnosti, ali je raspon mjerenja uzak, a preciznost mjerenja niska, a općenito ne postoji funkcija mjerenja na mreži . Ovaj članak govori o tome kako proširiti ove mogućnosti.
1 Online mjerenje kapacitivnosti
Prema prirodi diferencijalnih i integralnih kola, mjerenje kapacitivnosti se može pretvoriti u mjerenje napona.
Osnovni dio kola, CX/V, koristi jednostavno aktivno RC invertirajuće diferencijalno i integralno kolo. Wien oscilator generiše AC signal Vr fiksne frekvencije, koji pobuđuje CX/V kolo za konverziju da dobije AC napon V0 (V1) proporcionalan CX, koji je filtriran propusnim filterom drugog reda. za filtriranje signala koji nisu fiksne frekvencije. Nakon nereda, DC izlazni napon V proporcionalan CX dobija se nakon AC/DC. Kada AC signal Vr pobuđuje CX/V kolo, izlazni napon invertnog integratora
To jest, izmjereni kapacitet CX je direktno proporcionalan izlaznom naponu C{{0}}, čime se ostvaruje konverzija CX→V. Da bi osnovni opseg kapacitivnosti odgovarao opsegu od 2V digitalnog multimetra, frekvencija oscilovanja Wien oscilatora je 400Hz, efektivna vrijednost napona je 1V, R1 je 20kΩ, a C1 je 0,1μF. R2 se mijenja od 200Ω-2kΩ-20kΩ-200kΩ-2MΩ, a odgovarajući raspon mjerne kapacitivnosti je 20μF-2μF-200nF{ {18}}nF-2nF.
2 Mjerenje malog kapaciteta
Opći troipocifreni digitalni multimetar ima raspon od 2000pF do 20μF za mjerenje kapacitivnosti, a nemoćan je mjeriti male kapacitete ispod 1pF. Prema metodi kapacitivne reaktancije i korištenjem visokofrekventnih signala, može se realizovati mjerenje male kapacitivnosti. Dijagram mjernog kruga je prikazan na slici 2. CX je izmjereni kapacitet, a Rf je otpor povratne sprege invertnog terminala. Kada je ulaz sinusoidnog signala Vi sa frekvencijom f, impedansa predstavljena na CX i pojačanje operacionog pojačala su: kada su A i Rf konstantni, frekvencija sinusoidnog signala f je obrnuto proporcionalna izmjerenoj kapacitivnosti CX. Za mjerenje malih kapaciteta koriste se visokofrekventna mjerenja signala.
Blok dijagram principa kola za realizaciju mjerenja prikazan je na slici 2(b). Proces mjerenja je: visokofrekventni sinusoidni signal koji generira visokofrekventni generator signala primjenjuje se na izmjereni kondenzator, a CX se pretvara u kapacitivnu reaktanciju Xc, a zatim se Xc pretvara u signal izmjeničnog napona kroz C/ACV konverziju, koji se pojačava pojačalom, a izlazi preko izolacionog transformatora. Pošaljite ga fazno osjetljivom demodulatoru radi demodulacije; drugi ulaz fazno osjetljivog demodulatora je kvadratni val (tj. demodulirani signal) generiran visokofrekventnim sinusnim valom kroz pretvarač valnog oblika, a dva ulazna signala imaju istu frekvenciju i fazu. Demodulirani signal se filtrira pomoću niskopropusnog filtera kako bi se dobio DC napon proporcionalan vrijednosti izmjerenog kondenzatora CX, koji se šalje DC voltmetru kako bi se direktno prikazao rezultat mjerenja. Pretvarač talasnog oblika sastoji se od komparatora koji prelazi nulu sa invertujućim ulazom, koji pretvara standardni sinusni val visoke frekvencije od 1MHz iz Wien oscilatora u standardni invertirajući kvadratni val. Budući da je izlaz fazno osjetljivog demodulatora pulsirajući istosmjerni napon koji sadrži visokofrekventne harmonike, da bi se dobio stabilan i konstantan izlaz istosmjernog napona, koristi se filter tipa **π za filtriranje harmonijskih komponenti. Konačno, odgovarajući prosječni napon se šalje na DC voltmetar. Da bi osnovni nivo kapacitivnosti odgovarao nivou od 2V digitalnog multimetra, frekvencija visokofrekventnog sinusoidnog signala se bira kao 1MHz (ako je frekvencija previsoka, treba uzeti u obzir parametre distribucije), efektivnu vrijednost napona je 1V, a proizvod faktora pojačanja kola i otpora povratne sprege Rf je, tako da opseg DC napona digitalnog multimetra od 200mV odgovara rasponu kapacitivnosti od 0,2pF, a 200V odgovara opseg kapacitivnosti od 200pF. Opseg mjerenja je 10-4-102pF, rezolucija 10-4pF, a tačnost mjerenja je
