Erweiterung der Kapazitätsmessfähigkeit des Digitalmultimeters
1 Online-Kapazitätsmessung
Abhängig von den Eigenschaften von Differential- und Integralschaltungen kann die Kapazitätsmessung in eine Spannungsmessung umgewandelt werden.
Die zentrale Komponente der Schaltung, CX/V, arbeitet mit einer unkomplizierten aktiven RC-Invertierungs-Differential- und Integralschaltung. Die CX/V-Umwandlungsschaltung wird durch ein Wechselstromsignal mit fester Frequenz vom Wien-Oszillator angeregt, um eine Wechselspannung V0 (V1) proportional zu CX zu erzeugen. Diese Spannung wird dann durch einen Bandpassfilter zweiter Ordnung gefiltert, um andere Signale als die feste Frequenz zu entfernen. Nach dem Clutter wird AC/DC verwendet, um eine DC-Ausgangsspannung V proportional zu CX bereitzustellen. Die CX/V-Schaltung wird durch das Wechselstromsignal Vr erregt und die Ausgangsspannung des invertierenden Integrators ändert sich dadurch.
Mit anderen Worten: Die Umwandlung von CX in V erfolgt, da die gemessene Kapazität CX direkt proportional zur Ausgangsspannung C{{0}} ist. Die 400-Hz-Schwingungsfrequenz des Wien-Oszillators, 1 V effektive Spannung, 20 kΩ Widerstand R1 und 0,1 F Kapazität C1 müssen alle vorhanden sein, damit der Grundkapazitätsbereich mit dem 2 V-Bereich des Digitalmultimeters übereinstimmt. Der Messkapazitätsbereich für R2 ändert sich von 200-2k-200k-200k-2M bis 20F-2F-200nF{{17} }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 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, das durch verstärkt wird Verstärker, und der Ausgang des Trenntransformators wird an den phasenempfindlichen Demodulator zur Demodulation gesendet; 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 Gleichstromvoltmeter gesendet wird, um das Messergebnis direkt anzuzeigen. Der Wellenformwandler besteht aus einem Nulldurchgangskomparator mit einem invertierenden 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 dem Schaltungsverstärkungsfaktor und dem Rückkopplungswiderstand Rf beträgt, sodass der Gleichspannungsbereich des Digitalmultimeters von 200 mV einem Kapazitätsbereich von 0,2 pF und 200 V entspricht a Kapazitätsbereich von 200 pF. Der Messbereich beträgt 10-4 bis 102 pF und die Auflösung beträgt 10-4 pF.
