Ampliación de la función de medición de capacitancia del multímetro digital
Los multímetros digitales comunes de tres dígitos y medio o cuatro dígitos y medio están equipados con funciones de medición de capacitancia, pero el rango de medición es estrecho y la precisión de la medición es baja, y generalmente no tienen medición en línea. funciones. Este artículo analiza cómo ampliar estas capacidades.
1. Medición en línea de capacitancia
Según las propiedades del circuito diferencial e integral, la medición de capacitancia se puede convertir en una medición de voltaje.
La parte central del circuito, CX/V, utiliza un circuito integrador y diferencial inversor activo RC simple. El oscilador Venturi genera una señal CA de frecuencia fija Vr, que excita el circuito de conversión CX/V y obtiene un voltaje CA V0 (V1) proporcional a CX. Se filtra mediante un filtro de paso de banda de segundo orden para filtrar voltajes distintos de la frecuencia fija. Una vez eliminado el desorden, el voltaje de salida de CC V proporcional a CX se obtiene después de CA/CC. Cuando la señal de CA Vr excita el circuito CX/V, el voltaje de salida del integrador inversor
Es decir, la capacitancia CX medida es proporcional al voltaje de salida C{{0}}, logrando así la conversión CX→V. Para que el rango básico del capacitor corresponda al rango de 2 V del multímetro digital, seleccione la frecuencia de oscilación del oscilador Venturi como 400 Hz, el valor de voltaje efectivo como 1 V, R1 como 20 kΩ y C1 como 0,1 μF. R2 cambia de 200Ω-2kΩ-20kΩ-200kΩ-2MΩ y el rango de capacitancia de medición correspondiente es 20 μF-2μF-200nF{ {18}}nF-2nF.
2. Mida la capacitancia pequeña
El rango de medición general del multímetro digital de tres dígitos y medio para medir la capacitancia es 2000pF ~ 20μF. No tiene poder para medir pequeñas capacitancias por debajo de 1pF. Según el método de la reactancia capacitiva y utilizando señales de alta frecuencia, se puede realizar la medición de capacitancias pequeñas. El diagrama del circuito de medición se muestra en la Figura 2. CX es la capacitancia medida, Rf es la resistencia de retroalimentación del terminal inversor. Cuando se ingresa la señal sinusoidal Vi con frecuencia f, la impedancia presentada en CX y la ganancia del amplificador operacional son: Cuando A y Rf son constantes, la frecuencia de la señal sinusoidal f es inversamente proporcional a la capacitancia CX medida. Para medir capacitancias más pequeñas, se utilizan mediciones de señales de alta frecuencia.
El diagrama de bloques del principio del circuito para realizar la medición se muestra en la Figura 2 (b). El proceso de medición es: la señal sinusoidal de alta frecuencia generada por el generador de señal de alta frecuencia se aplica al capacitor medido, CX se convierte en reactancia capacitiva Xc y luego Xc se convierte en una señal de voltaje de CA mediante la conversión C/ACV. que es amplificado por el amplificador y emitido por el transformador de aislamiento. Se envía al demodulador sensible a la fase para su demodulación; la otra entrada del demodulador sensible a la fase es la onda cuadrada (es decir, la señal de demodulación) generada por la onda sinusoidal de alta frecuencia a través del convertidor de forma de onda. Las dos señales de entrada tienen la misma frecuencia y fase. La señal demodulada se filtra mediante un filtro de paso bajo para obtener un voltaje de CC proporcional al valor de capacitancia CX medido y se envía a un voltímetro de CC para mostrar directamente el resultado de la medición. El convertidor de forma de onda consta de un comparador de cruce por cero con una entrada inversora, que convierte una onda sinusoidal de alta frecuencia estándar de 1 MHz de un oscilador de Viena en una onda cuadrada invertida estándar. Dado que la salida del demodulador sensible a la fase es un voltaje de CC pulsante que contiene armónicos de alta frecuencia, para obtener una salida de voltaje de CC estable y constante, se utiliza un filtro tipo π para filtrar los componentes armónicos. Finalmente, el voltaje promedio correspondiente se envía al voltímetro de CC. Para que el rango del condensador básico corresponda al rango de 2 V del multímetro digital, la frecuencia de la señal sinusoidal de alta frecuencia se selecciona como 1 MHz (si la frecuencia es demasiado alta, se debe considerar el parámetro de distribución), el valor efectivo del voltaje es 1 V, y el producto del factor de amplificación del circuito y la resistencia de retroalimentación Rf es, por lo que el rango de voltaje CC del multímetro digital de 200 mV corresponde a un rango de capacitancia de 0,2 pF y un rango de capacitancia de 200 V corresponden a 200 pF. El rango de medición es 10-4~102 pF y la resolución es 10-4pF.
