Utökande kapacitansmätning på digitala multimetrar
Baserat på egenskaperna hos differential- och integralkretsar kan kapacitansmätning omvandlas till spänningsmätning.
Kärndelen av kretsen, CX/V, använder en enkel aktiv RC-inverterande differentiator och integrator. En Wien-brooscillator genererar en AC-signal Vr vid en fast frekvens, som exciterar CX/V-omvandlingskretsen för att producera en AC-spänning V0(V1) proportionell mot CX. Efter att ha tagit bort brus utanför den fasta frekvensen med ett andra ordningens bandpassfilter, ger en AC/DC-omvandling en DC-utgångsspänning V proportionell mot CX.
När AC-signalen Vr exciterar CX/V-kretsen är utgångsspänningen från den inverterande integratorn:
Det vill säga, den uppmätta kapacitansen CX är proportionell mot utspänningen V0, vilket realiserar CX→V-omvandlingen. För att matcha det grundläggande kapacitansintervallet med 2V-området för den digitala multimetern, ställs Wien-bryggoscillatorn in på 400 Hz med en RMS-spänning på 1 V, R1=20 μF{8} varierande k{,}y och R2 som 200 Ω – 2 kΩ – 20 kΩ – 200 kΩ – 2 MΩ, motsvarande kapacitansmätområden är 20 μF – 2 μF – 200 nF – 20 nF – 2 nF.
2 Mätning av små kapacitanser
Typiska 3½-siffriga digitala multimetrar har ett kapacitansmätningsområde på 2000 pF ~ 20 μF och kan inte mäta små kapacitanser under 1 pF. Genom att använda den kapacitiva reaktansmetoden med högfrekventa signaler kan mätning av små kapacitanser, som visas i figur 2. Låt R-kapacitansen mätas vid återkopplingen eller återkopplingen. inverterande ingång. För en sinusformad insignal Vi vid frekvensen f, är impedansen för CX och förstärkningen av op-förstärkaren given av: Med fast A och Rf är frekvensen f för den sinusformade signalen omvänt proportionell mot CX. Högfrekventa signaler används därför för att mäta små kapacitanser.
Blockschemat för mätkretsen visas i figur 2(b). Mätprocessen är som följer: En högfrekvent sinusformad signal från en signalgenerator appliceras på den uppmätta kapacitansen, vilket omvandlar CX till kapacitiv reaktans XC. Denna XC omvandlas till en växelspänning via en C/ACV-omvandlare, som sänds via en fas-isolerad transformator till en förstärkt, isolerad transformator. ingången till demodulatorn är en fyrkantsvåg (referenssignal) härledd från den högfrekventa sinusvågen genom en vågformsomvandlare, med samma frekvens och fas. Den demodulerade signalen filtreras av ett lågpassfilter för att producera en DC-spänning proportionell mot CX, som skickas till en DC-voltmeter för direkt visning.
Vågformsomvandlaren är en inverterande nollgenomgångskomparator som omvandlar den standard 1 MHz högfrekventa sinusvågen från Wien-bryggoscillatorn till en standardinverterad fyrkantvåg. Eftersom utsignalen från den faskänsliga demodulatorn är en pulserande likspänning som innehåller högfrekventa övertoner, enπ-filteranvänds för att ta bort övertoner och erhålla en stabil, konstant DC-utgång. Motsvarande medelspänning skickas sedan till DC-voltmetern.
För att matcha det grundläggande kapacitansområdet med 2V-området för den digitala multimetern, är den högfrekventa sinusformade signalen inställd på1 MHz(tillräckligt hög för att undvika distribuerade parametereffekter vid för höga frekvenser) med en RMS-spänning på 1 V. Produkten av kretsförstärkningen och återkopplingsmotståndet Rf är inställd så att multimeterns 200 mV DC-intervall motsvarar 0,2 pF och 2 V motsvarar 200 pF.
