Espansione della funzione di misurazione della capacità del multimetro digitale
I comuni multimetri digitali a tre cifre e mezzo o a quattro cifre e mezzo sono dotati di funzioni di misurazione della capacità, ma l'intervallo di misurazione è ristretto e la precisione della misurazione è bassa e generalmente non dispongono di misurazione online funzioni. In questo articolo viene illustrato come estendere queste funzionalità.
1. Misura in linea della capacità
A seconda delle proprietà del circuito differenziale e integrale, la misurazione della capacità può essere convertita in una misurazione della tensione.
La parte centrale del circuito, CX/V, utilizza un semplice circuito integrato e differenziale invertente RC attivo. L'oscillatore Venturi genera un segnale AC a frequenza fissa Vr, che eccita il circuito di conversione CX/V e ottiene una tensione AC V0 (V1) proporzionale a CX. Viene filtrato da un filtro passa banda di secondo ordine per filtrare tensioni diverse dalla frequenza fissa. Dopo aver rimosso il disturbo, dopo AC/DC si ottiene la tensione di uscita CC V proporzionale a CX. Quando il segnale AC Vr eccita il circuito CX/V, la tensione di uscita dell'integratore invertente
Cioè, la capacità misurata CX è proporzionale alla tensione di uscita C{{0}}, ottenendo così la conversione CX→V. Per fare in modo che la gamma base del condensatore corrisponda alla gamma 2V del multimetro digitale, selezionare la frequenza di oscillazione dell'oscillatore Venturi come 400Hz, il valore della tensione effettiva come 1V, R1 come 20kΩ e C1 come 0,1μF. R2 cambia da 200Ω-2kΩ-20kΩ-200kΩ-2MΩ e l'intervallo di capacità di misurazione corrispondente è 20μF-2μF-200nF{ {18}}nF-2nF.
2. Misurare una piccola capacità
Il campo di misura generale del multimetro digitale a tre cifre e mezzo per la misurazione della capacità è 2000pF ~ 20μF. Non è possibile misurare piccole capacità inferiori a 1pF. Secondo il metodo della reattanza capacitiva e utilizzando segnali ad alta frequenza, è possibile realizzare la misurazione di una piccola capacità. Lo schema del circuito di misurazione è mostrato nella Figura 2. CX è la capacità misurata, Rf è il resistore di feedback del terminale invertente. Quando viene immesso il segnale sinusoidale Vi con frequenza f, l'impedenza presentata su CX e il guadagno dell'amplificatore operazionale sono: Quando A e Rf sono costanti, la frequenza del segnale sinusoidale f è inversamente proporzionale alla capacità misurata CX. Per misurare capacità più piccole, vengono utilizzate misurazioni del segnale ad alta frequenza.
Lo schema a blocchi del principio circuitale per realizzare la misurazione è mostrato nella Figura 2(b). Il processo di misurazione è il seguente: il segnale sinusoidale ad alta frequenza generato dal generatore di segnali ad alta frequenza viene applicato al condensatore misurato, CX viene convertito in reattanza capacitiva Xc, quindi Xc viene convertito in un segnale di tensione CA attraverso la conversione C/ACV, che viene amplificato dall'amplificatore ed emesso dal trasformatore di isolamento. Viene inviato al demodulatore sensibile alla fase per la demodulazione; l'altro ingresso del demodulatore sensibile alla fase è l'onda quadra (cioè il segnale di demodulazione) generata dall'onda sinusoidale ad alta frequenza attraverso il convertitore di forma d'onda. I due segnali in ingresso hanno la stessa frequenza e fase. Il segnale demodulato viene filtrato da un filtro passa basso per ottenere una tensione continua proporzionale al valore di capacità CX misurato, e viene inviato ad un voltmetro CC per visualizzare direttamente il risultato della misurazione. Il convertitore di forma d'onda è costituito da un comparatore a passaggio per lo zero con un ingresso invertente, che converte un'onda sinusoidale ad alta frequenza standard da 1 MHz da un oscillatore di Wien in un'onda quadra invertita standard. Poiché l'uscita del demodulatore sensibile alla fase è una tensione CC pulsante contenente armoniche ad alta frequenza, per ottenere un'uscita di tensione CC stabile e costante, viene utilizzato un filtro di tipo π per filtrare le componenti armoniche. Infine, la tensione media corrispondente viene inviata al voltmetro CC. Per far sì che la gamma base del condensatore corrisponda alla gamma 2V del multimetro digitale, la frequenza del segnale sinusoidale ad alta frequenza viene selezionata come 1 MHz (se la frequenza è troppo alta, è necessario considerare il parametro di distribuzione), il valore effettivo della tensione è 1 V e il prodotto del fattore di amplificazione del circuito e del resistore di retroazione Rf è, quindi l'intervallo di tensione CC del multimetro digitale di 200 mV corrisponde a un intervallo di capacità di 0,2 pF e a un intervallo di capacità di 200V corrispondono a 200pF. L'intervallo di misurazione è 10-4~102pF e la risoluzione è 10-4pF.
