Erweiterung der Kapazitätsmessfunktion des Digitalmultimeters
Zusammenfassung: In diesem Artikel werden die Techniken zur Online-Messung der Kapazität vorgestellt und der Messbereich der Kapazität mithilfe des Gleichspannungsbereichs gewöhnlicher Digitalmultimeter erweitert. Schlüsselwörter:
Allzweck-Multimeter mit dreieinhalb oder viereinhalb Ziffern sind mit einer Kapazitätsmessfunktion ausgestattet, aber der Messbereich ist schmal und die Messgenauigkeit gering, und im Allgemeinen gibt es keine Online-Messfunktion . In diesem Artikel wird erläutert, wie Sie diese Funktionen erweitern können.
1 Online-Kapazitätsmessung
Je nach Art von Differenz- und Integralschaltungen kann die Kapazitätsmessung in eine Spannungsmessung umgewandelt werden.
Der Kernteil der Schaltung, CX/V, verwendet eine einfache aktive RC-invertierende Differential- und Integralschaltung. Der Wien-Oszillator erzeugt ein Wechselstromsignal Vr mit fester Frequenz, das die CX/V-Umwandlungsschaltung anregt, um eine Wechselspannung V0 (V1) proportional zu CX zu erhalten, die durch einen Bandpassfilter zweiter Ordnung gefiltert wird um andere Signale als die Festfrequenz herauszufiltern. Nach dem Clutter erhält man nach AC/DC die DC-Ausgangsspannung V proportional zu CX. Wenn das Wechselstromsignal Vr die CX/V-Schaltung erregt, ist die Ausgangsspannung des invertierenden Integrators
Das heißt, die gemessene Kapazität CX ist direkt proportional zur Ausgangsspannung C{{0}}, wodurch die Umwandlung von CX→V realisiert wird. Damit der Grundbereich der Kapazität dem 2-V-Bereich des Digitalmultimeters entspricht, beträgt die Schwingungsfrequenz des Wien-Oszillators 400 Hz, der Effektivwert der Spannung beträgt 1 V, R1 beträgt 20 kΩ und C1 beträgt 0,1 μF. R2 ändert sich von 200Ω-2kΩ-20kΩ-200kΩ-2MΩ, und der entsprechende Messkapazitätsbereich beträgt 20μF-2μF-200nF{ {18}}nF-2nF.
2 Messung kleiner Kapazitäten
Das allgemeine dreieinhalbstellige Digitalmultimeter hat einen Bereich von 2000 pF bis 20 μF zur Messung der Kapazität und ist leistungslos, um winzige Kapazitäten unter 1 pF zu messen. Mit der kapazitiven Reaktanzmethode und der Verwendung von Hochfrequenzsignalen kann die Messung winziger Kapazitäten realisiert werden. Das Messschaltbild ist in Abbildung 2 dargestellt. CX ist die gemessene Kapazität und Rf ist der Rückkopplungswiderstand des invertierenden Anschlusses. Wenn das Sinussignal Vi mit der Frequenz f eingegeben wird, betragen die an CX dargestellte Impedanz und die Verstärkung des Operationsverstärkers: Wenn A und Rf konstant sind, ist die Sinussignalfrequenz f umgekehrt proportional zur gemessenen Kapazität CX. Zur Messung kleiner Kapazitäten werden Hochfrequenzsignalmessungen eingesetzt.
Das Blockdiagramm des Schaltungsprinzips zur Durchführung der Messung ist in Abb. 2(b) dargestellt. Der Messvorgang ist: Das vom Hochfrequenzsignalgenerator erzeugte hochfrequente Sinussignal wird an den gemessenen Kondensator angelegt, und CX wird in die kapazitive Reaktanz Xc umgewandelt, und dann wird Xc durch C/ACV-Umwandlung in ein Wechselspannungssignal umgewandelt. welches vom Verstärker verstärkt und vom Trenntransformator ausgegeben wird. Senden Sie es zur Demodulation an den phasenempfindlichen Demodulator. Der andere Eingang des phasenempfindlichen Demodulators ist eine Rechteckwelle (d. h. ein demoduliertes Signal), die von einer hochfrequenten Sinuswelle über einen Wellenformkonverter erzeugt wird, und die beiden Eingangssignale haben die gleiche Frequenz und Phase. Das demodulierte Signal wird durch einen Tiefpassfilter gefiltert, um eine Gleichspannung proportional zum Wert des gemessenen Kondensators CX zu erhalten, die an das Gleichspannungsvoltmeter gesendet wird, um das Messergebnis direkt anzuzeigen. Der Wellenformwandler besteht aus einem Nulldurchgangskomparator mit invertierendem Eingang, der eine standardmäßige 1-MHz-Hochfrequenz-Sinuswelle von einem Wien-Oszillator in eine standardmäßige invertierende Rechteckwelle umwandelt. Da der Ausgang des phasenempfindlichen Demodulators eine pulsierende Gleichspannung mit hochfrequenten Oberwellen ist, wird zur Erzielung einer stabilen und konstanten Gleichspannungsausgabe ein **π-Filter zum Herausfiltern der Oberwellenkomponenten verwendet. Abschließend wird die entsprechende Durchschnittsspannung an das DC-Voltmeter gesendet. Damit der Grundkapazitätspegel dem 2-V-Pegel des Digitalmultimeters entspricht, wird die Frequenz des hochfrequenten Sinussignals als effektiver Wert von 1 MHz ausgewählt (wenn die Frequenz zu hoch ist, sollten die Verteilungsparameter berücksichtigt werden). Die Spannung beträgt 1 V und das Produkt aus Schaltungsverstärkungsfaktor und Rückkopplungswiderstand Rf beträgt, sodass der Gleichspannungsbereich des Digitalmultimeters von 200 mV dem Kapazitätsbereich von 0,2 pF und 200 V entspricht Kapazitätsbereich von 200 pF. Der Messbereich beträgt 10-4-102pF, die Auflösung beträgt 10-4pF und die Messgenauigkeit beträgt
