Perluasan Fungsi Pengukuran Kapasitansi Multimeter Digital
Abstrak: Makalah ini memperkenalkan teknik yang digunakan untuk mengukur kapasitansi secara online dan memperluas rentang pengukuran kapasitansi menggunakan rentang tegangan DC multimeter digital biasa. Kata kunci:
Multimeter tiga setengah digit atau empat setengah digit serba guna dilengkapi dengan fungsi pengukuran kapasitansi, tetapi rentang pengukurannya sempit dan akurasi pengukurannya rendah, dan umumnya tidak ada fungsi pengukuran online . Artikel ini membahas cara memperluas kemampuan ini.
1 Pengukuran kapasitansi online
Sesuai dengan sifat rangkaian diferensial dan integral, pengukuran kapasitansi dapat diubah menjadi pengukuran tegangan.
Bagian inti dari rangkaian, CX/V, menggunakan rangkaian diferensial dan integral pembalik RC aktif sederhana. Osilator Wien menghasilkan sinyal AC frekuensi tetap Vr, yang menggairahkan sirkuit konversi CX/V untuk mendapatkan tegangan AC V0 (V1) sebanding dengan CX, yang difilter oleh filter band-pass orde kedua untuk menyaring sinyal selain frekuensi tetap. Setelah kekacauan, tegangan keluaran DC V sebanding dengan CX diperoleh setelah AC/DC. Ketika sinyal AC Vr menggairahkan sirkuit CX/V, tegangan output dari integrator pembalik
Artinya, kapasitansi terukur CX berbanding lurus dengan tegangan keluaran C{{0}}, sehingga mewujudkan konversi CX→V. Untuk membuat rentang dasar kapasitansi sesuai dengan rentang 2V multimeter digital, frekuensi osilasi osilator Wien adalah 400Hz, nilai tegangan efektif adalah 1V, R1 adalah 20kΩ, dan C1 adalah 0,1μF. R2 berubah dari 200Ω-2kΩ-20kΩ-200kΩ-2MΩ, dan rentang kapasitansi pengukuran yang sesuai adalah 20μF-2μF-200nF{ {18}}nF-2nF.
2 Mengukur kapasitansi kecil
Multimeter digital tiga setengah digit umum memiliki kisaran 2000pF hingga 20μF untuk mengukur kapasitansi, dan tidak berdaya untuk mengukur kapasitansi kecil di bawah 1pF. Menurut metode reaktansi kapasitif dan menggunakan sinyal frekuensi tinggi, pengukuran kapasitansi kecil dapat direalisasikan. Diagram rangkaian pengukuran ditunjukkan pada Gambar 2. CX adalah kapasitansi terukur, dan Rf adalah resistansi umpan balik dari terminal pembalik. Ketika sinyal sinusoidal Vi dengan frekuensi f adalah input, impedansi yang disajikan pada CX dan penguatan penguat operasional adalah: ketika A dan Rf konstan, frekuensi sinyal sinusoidal f berbanding terbalik dengan kapasitansi CX yang diukur. Untuk mengukur kapasitansi kecil, pengukuran sinyal frekuensi tinggi digunakan.
Diagram blok prinsip rangkaian untuk merealisasikan pengukuran ditunjukkan pada Gambar 2(b). Proses pengukurannya adalah: sinyal sinusoidal frekuensi tinggi yang dihasilkan oleh generator sinyal frekuensi tinggi diterapkan ke kapasitor yang diukur, dan CX diubah menjadi reaktansi kapasitif Xc, dan kemudian Xc diubah menjadi sinyal tegangan AC melalui konversi C/ACV, yang diperkuat oleh amplifier dan output oleh trafo isolasi. Kirim ke demodulator peka fase untuk demodulasi; input lain dari demodulator fase-sensitif adalah gelombang persegi (yaitu, sinyal yang didemodulasi) yang dihasilkan oleh gelombang sinus frekuensi tinggi melalui konverter bentuk gelombang, dan dua sinyal input memiliki frekuensi dan fase yang sama. Sinyal yang didemodulasi disaring oleh filter low-pass untuk mendapatkan tegangan DC yang sebanding dengan nilai kapasitor CX yang diukur, yang dikirim ke voltmeter DC untuk menampilkan hasil pengukuran secara langsung. 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 pembalik standar. Karena output dari demodulator peka-fasa adalah tegangan DC berdenyut yang mengandung harmonik frekuensi tinggi, untuk mendapatkan output 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 level kapasitansi dasar sesuai dengan level 2V multimeter digital, frekuensi sinyal sinusoidal frekuensi tinggi dipilih sebagai 1MHz (jika frekuensi terlalu tinggi, parameter distribusi harus dipertimbangkan), nilai efektif tegangan adalah 1V, dan produk dari faktor amplifikasi sirkuit dan resistansi umpan balik Rf adalah, jadi rentang tegangan DC multimeter digital sebesar 200mV sesuai dengan rentang kapasitansi 0,2pF, dan 200V sesuai dengan kisaran kapasitansi 200pF. Rentang pengukuran adalah 10-4-102pF, resolusinya adalah 10-4pF, dan akurasi pengukurannya adalah
