Perluasan fungsi pengukuran kapasitansi multimeter digital
Multimeter digital tiga setengah digit atau empat setengah digit biasa dilengkapi dengan fungsi pengukuran kapasitansi, tetapi rentang pengukurannya sempit dan akurasi pengukurannya rendah, dan umumnya tidak memiliki pengukuran online fungsi. Artikel ini membahas cara memperluas kemampuan ini.
1. Pengukuran kapasitansi secara online
Menurut sifat rangkaian diferensial dan integral, pengukuran kapasitansi dapat diubah menjadi pengukuran tegangan.
Bagian inti dari rangkaian, CX/V, menggunakan rangkaian pengintegrasi dan diferensial pembalik RC aktif sederhana. Osilator Venturi menghasilkan sinyal AC frekuensi tetap Vr, yang menggairahkan rangkaian konversi CX/V dan memperoleh tegangan AC V0 (V1) sebanding dengan CX. Ini disaring oleh filter band-pass orde kedua untuk menyaring tegangan selain frekuensi tetap. Setelah kekacauan dihilangkan, tegangan keluaran DC V sebanding dengan CX diperoleh setelah AC/DC. Ketika sinyal AC Vr menggairahkan rangkaian CX/V, tegangan keluaran integrator pembalik
Artinya, kapasitansi terukur CX sebanding dengan tegangan keluaran C{{0}}, sehingga mencapai konversi CX→V. Untuk membuat rentang kapasitor dasar sesuai dengan rentang 2V multimeter digital, pilih frekuensi osilasi osilator Venturi sebagai 400Hz, nilai tegangan efektif sebagai 1V, R1 sebagai 20kΩ, dan C1 sebagai 0,1μF. R2 berubah dari 200Ω-2kΩ-20kΩ-200kΩ-2MΩ, dan rentang kapasitansi pengukuran yang sesuai adalah 20μF-2μF-200nF{ {18}}nF-2nF.
2. Ukur kapasitansi kecil
Rentang pengukuran multimeter digital tiga setengah digit umum untuk mengukur kapasitansi adalah 2000pF ~ 20μF. Tidak berdaya untuk mengukur kapasitansi kecil di bawah 1pF. Menurut metode reaktansi kapasitif dan menggunakan sinyal frekuensi tinggi, pengukuran kapasitansi kecil dapat diwujudkan. Diagram rangkaian pengukuran ditunjukkan pada Gambar 2. CX adalah kapasitansi yang diukur, Rf adalah resistor umpan balik terminal pembalik. Ketika sinyal sinusoidal Vi dengan frekuensi f dimasukkan, impedansi yang disajikan pada CX dan penguatan penguat operasional adalah: Ketika A dan Rf konstan, frekuensi sinyal sinusoidal f berbanding terbalik dengan kapasitansi terukur CX. Untuk mengukur kapasitansi yang lebih kecil, pengukuran sinyal frekuensi tinggi digunakan.
Diagram blok prinsip rangkaian untuk mewujudkan pengukuran ditunjukkan pada Gambar 2(b). Proses pengukurannya adalah: sinyal sinusoidal frekuensi tinggi yang dihasilkan oleh generator sinyal frekuensi tinggi diterapkan pada kapasitor yang diukur, CX diubah menjadi reaktansi kapasitif Xc, dan kemudian Xc diubah menjadi sinyal tegangan AC melalui konversi C/ACV, yang diperkuat oleh penguat dan keluaran oleh trafo isolasi. Ini dikirim ke demodulator peka fase untuk demodulasi; masukan lain dari demodulator peka fasa adalah gelombang persegi (yaitu, sinyal demodulasi) yang dihasilkan oleh gelombang sinus frekuensi tinggi melalui konverter bentuk gelombang. Kedua sinyal masukan mempunyai frekuensi dan fasa yang sama. Sinyal yang didemodulasi disaring oleh filter low-pass untuk mendapatkan tegangan DC yang sebanding dengan nilai kapasitansi CX yang diukur, dan dikirim ke voltmeter DC untuk langsung menampilkan hasil pengukuran. Konverter bentuk gelombang terdiri dari komparator zero-crossing dengan input pembalik, yang mengubah gelombang sinus frekuensi tinggi standar 1MHz dari osilator Wien menjadi gelombang persegi terbalik standar. Karena keluaran dari demodulator peka fasa adalah tegangan DC berdenyut yang mengandung harmonik frekuensi tinggi, untuk mendapatkan keluaran tegangan DC yang stabil dan konstan, filter tipe π digunakan untuk menyaring komponen harmonik. Akhirnya, tegangan rata-rata yang sesuai dikirim ke voltmeter DC. Untuk membuat rentang kapasitor dasar sesuai dengan rentang 2V multimeter digital, frekuensi sinyal sinusoidal frekuensi tinggi dipilih sebagai 1MHz (jika frekuensi terlalu tinggi, parameter distribusi harus dipertimbangkan), nilai efektif tegangannya adalah 1V, dan hasil kali faktor amplifikasi rangkaian dan resistor umpan balik Rf adalah, jadi rentang tegangan DC multimeter digital sebesar 200mV sesuai dengan rentang kapasitansi 0,2pF, dan rentang kapasitansi sebesar 200V sama dengan 200pF. Rentang pengukurannya adalah 10-4~102pF, dan resolusinya adalah 10-4pF.
