Digitaalisen yleismittarin kapasitanssin mittaustoiminnon laajentaminen
Tiivistelmä: Tässä artikkelissa esitellään tekniikat, joita käytetään kapasitanssin online-mittaukseen ja kapasitanssin mittausalueen laajentamiseen käyttämällä tavallisten digitaalisten yleismittarien tasajännitealuetta. Avainsanat:
Yleiskäyttöiset kolmen ja puolen numeron tai neljän ja puolen numeron yleismittarit on varustettu kapasitanssin mittaustoiminnolla, mutta mittausalue on kapea ja mittaustarkkuus alhainen, eikä online-mittaustoimintoa yleensä ole. . Tässä artikkelissa käsitellään näiden ominaisuuksien laajentamista.
1 Online-kapasitanssimittaus
Differentiaali- ja integraalipiirien luonteen mukaan kapasitanssin mittaus voidaan muuntaa jännitteen mittaukseksi.
Piirin ydinosa, CX/V, käyttää yksinkertaista aktiivista RC-invertoivaa differentiaali- ja integraalipiiriä. Wien-oskillaattori generoi kiinteätaajuisen AC-signaalin Vr, joka virittää CX/V-muunnospiirin saadakseen CX:ään verrannollisen vaihtojännitteen V0 (V1), joka suodatetaan toisen asteen kaistanpäästösuodattimella. suodattaa pois muut signaalit kuin kiinteän taajuuden. Sotkun jälkeen saadaan AC/DC:n jälkeen CX:ään verrannollinen DC-lähtöjännite V. Kun AC-signaali Vr herättää CX/V-piirin, invertoivan integraattorin lähtöjännite
Toisin sanoen mitattu kapasitanssi CX on suoraan verrannollinen lähtöjännitteeseen C{{0}}, mikä toteuttaa muunnoksen CX→V. Jotta kapasitanssin perusalue vastaisi digitaalisen yleismittarin 2 V aluetta, Wien-oskillaattorin värähtelytaajuus on 400 Hz, jännitteen tehollinen arvo on 1 V, R1 on 20 kΩ ja C1 on 0,1 μF. R2 muuttuu arvosta 200Ω-2kΩ-20kΩ-200kΩ-2MΩ, ja vastaava mittauskapasitanssialue on 20μF-2μF-200nF{ {18}}nF-2nF.
2 Pienen kapasitanssin mittaus
Yleisellä kolmi- ja puolinumeroisella digitaalisella yleismittarilla on kapasitanssin mittausalue 2000pF - 20μF, ja se on tehoton mittaamaan pieniä, alle 1pF:n kapasitansseja. Kapasitiivisen reaktanssimenetelmän mukaisesti ja korkeataajuisia signaaleja käyttämällä voidaan toteuttaa pienen kapasitanssin mittaus. Mittauspiirikaavio on esitetty kuvassa 2. CX on mitattu kapasitanssi ja Rf on invertoivan liittimen takaisinkytkentäresistanssi. Kun syötetään sinimuotoista signaalia Vi taajuudella f, CX:llä esitetty impedanssi ja operaatiovahvistimen vahvistus ovat: kun A ja Rf ovat vakioita, sinimuotoisen signaalin taajuus f on kääntäen verrannollinen mitattuun kapasitanssiin CX. Pienten kapasitanssien mittaamiseen käytetään suurtaajuisia signaalimittauksia.
Piiriperiaatteen lohkokaavio mittauksen toteuttamiseksi on esitetty kuviossa 2(b). Mittausprosessi on: suurtaajuisen signaaligeneraattorin tuottama suurtaajuinen sinimuotoinen signaali syötetään mitattuun kondensaattoriin ja CX muunnetaan kapasitiiviseksi reaktanssiksi Xc ja sitten Xc muunnetaan AC-jännitesignaaliksi C/ACV-muunnoksen kautta, jota vahvistin vahvistaa ja erotusmuuntaja tuottaa. Lähetä se vaiheherkälle demodulaattorille demodulointia varten; Vaiheherkän demodulaattorin toinen sisääntulo on neliöaalto (eli demoduloitu signaali), joka on generoitu korkeataajuisella siniaalolla aaltomuotomuuntimen kautta, ja kahdella tulosignaalilla on sama taajuus ja vaihe. Demoduloitu signaali suodatetaan alipäästösuodattimella mitatun kondensaattorin CX arvoon verrannollisen tasajännitteen saamiseksi, joka lähetetään DC volttimittarille mittaustuloksen näyttämiseksi suoraan. Aaltomuotomuunnin koostuu invertoivalla tulolla varustetusta nollapistevertailijasta, joka muuntaa Wien-oskillaattorista tulevan tavallisen 1 MHz:n suurtaajuisen siniaallon tavalliseksi invertoivaksi neliöaaltoksi. Koska vaiheherkän demodulaattorin lähtö on sykkivä tasajännite, joka sisältää korkeataajuisia harmonisia, stabiilin ja vakion tasajännitteen ulostulon saamiseksi käytetään **π-tyyppistä suodatinta harmonisten komponenttien suodattamiseen. Lopuksi vastaava keskijännite lähetetään DC volttimittarille. Jotta peruskapasitanssitaso vastaisi digitaalisen yleismittarin 2V tasoa, suurtaajuisen sinimuotoisen signaalin taajuudeksi valitaan 1MHz (jos taajuus on liian korkea, jakoparametrit tulee ottaa huomioon), tehollinen arvo jännitteestä on 1 V, ja piirin vahvistuskertoimen ja takaisinkytkentäresistanssin Rf tulo on, joten Digitaalisen yleismittarin DC-jännitealue 200 mV vastaa kapasitanssialuetta 0,2 pF ja 200 V vastaa kapasitanssialue 200pF. Mittausalue on 10-4-102pF, resoluutio on 10-4pF ja mittaustarkkuus on
