Razširitev funkcije merjenja kapacitivnosti za digitalne multimetre (DMM)
1. Spletno merjenje kapacitivnosti
Glede na lastnosti diferencialnih integralnih vezij lahko meritev kapacitivnosti pretvorimo v meritev napetosti.
Osrednji del vezja CX/V uporablja preprosto aktivno RC inverzno diferenciacijsko in integracijsko vezje. Wen oscilator generira signal AC s fiksno frekvenco Vr, ki vzbuja pretvorbeno vezje CX/V, da dobi AC napetost V0 (V1) sorazmerno s CX. Po filtriranju s pasovnim filtrom drugega- reda za odstranitev nečistoč zunaj fiksne frekvence dobimo izhodno napetost AC/DC V, sorazmerno s CX. Ko izmenični signal Vr vzbuja vezje CX/V, je izhodna napetost invertirajočega integratorja
To pomeni, da je izmerjena kapacitivnost CX sorazmerna z izhodno napetostjo C0, s čimer se doseže pretvorba CX → V. Za ujemanje osnovnega nivoja kapacitivnosti z nivojem 2 V digitalnega multimetra je frekvenca nihanja oscilatorja Wen izbrana na 400 Hz, vrednost efektivne napetosti je 1 V, R1 je nastavljen na 20 k Ω, C1 pa na 0,1 μ F. R2 se spreminja od 200 Ω -2 k Ω -20 k Ω -200 k Ω -2M Ω, kar ustreza izmerjenemu razponu kapacitivnosti 20 μF-2 μF-200nF-20nF-2nF.
2. Izmerite majhne kondenzatorje
Razpon tipičnega triinpolmestnega multimetra za merjenje kapacitivnosti je od 2000pF do 20 μF in je brez moči za merjenje majhnih kondenzatorjev pod 1pF. Po metodi kapacitivne impedance in z uporabo visokofrekvenčnih-signalov je možno meriti majhne kondenzatorje. Shema merilnega vezja je prikazana na sliki 2. CX je izmerjena kapacitivnost, Rf pa povratni upor na invertirajočem koncu. Ko je vhodna frekvenca sinusnega signala Vi f, sta impedanca, predstavljena na CX, in ojačanje operacijskega ojačevalnika: ko sta A in Rf konstantna, je frekvenca sinusnega signala f obratno sorazmerna z izmerjeno kapacitivnostjo CX. Za merjenje manjših kondenzatorjev uporabite-visokofrekvenčne signale za merjenje.
Blok diagram principa vezja za merjenje je prikazan na sliki 2 (b). Postopek merjenja je naslednji: visoko-frekvenčni sinusni signal, ki ga generira visoko-frekvenčni generator signala, se uporabi za izmerjeni kondenzator, CX se pretvori v kapacitivno impedanco Xc, nato pa se Xc pretvori v signal izmenične napetosti s pretvorbo C/ACV, ki ga ojača ojačevalnik, izhod izolacijskega transformatorja pa se pošlje fazno občutljivemu demodulatorju za demodulacija; Drugi vhod fazno občutljivega demodulatorja je kvadratni val (tj. demodulacijski signal), ki ga generira visoko{6}}frekvenčni sinusni val skozi pretvornik valovne oblike, oba vhodna signala pa sta enake frekvence in faze. Demodulirani signal se filtrira z nizko-filtrom, da se pridobi enosmerna napetost, ki je sorazmerna z izmerjeno kapacitivnostjo CX, ki se nato pošlje v enosmerni voltmeter za neposreden prikaz merilnega rezultata. Pretvornik valovne oblike je sestavljen iz primerjalnika prehoda čez ničlo z invertnim vhodom, ki pretvori standardni sinusni val z visoko{11}}frekvenčno frekvenco 1 MHz iz Wenovega oscilatorja v standardni invertni kvadratni val. Ker je izhod fazno občutljivega demodulatorja pulzirajoča enosmerna napetost, ki vsebuje visoko{13}}frekvenčne harmonike, se za filtriranje harmoničnih komponent uporablja filter tipa π -, da se pridobi stabilna in konstantna izhodna enosmerna napetost.
Nato pošljite ustrezno povprečno vrednost napetosti v enosmerni voltmeter. Da bi ustrezal osnovnemu območju kapacitivnosti z obsegom 2 V digitalnega multimetra, je frekvenca sinusnega signala visoke-frekvenčnosti izbrana kot 1MHz (če je frekvenca previsoka, je treba upoštevati parametre porazdelitve), efektivna vrednost napetosti je 1V, produkt faktorja ojačenja vezja in povratne upornosti Rf pa je. Zato je območje enosmerne napetosti digitalnega multimetra 200 mV, kar ustreza območju kapacitivnosti 0,2 pF, 200 V pa ustreza območju kapacitivnosti 200 pF.
Merilno območje je 10-4-102pF, ločljivost pa 10-4pF. Natančnost meritev je
