การขยายฟังก์ชั่นการวัดความจุของดิจิตอลมัลติมิเตอร์
บทคัดย่อ: เอกสารนี้แนะนำเทคนิคที่ใช้ในการวัดความจุออนไลน์และขยายช่วงการวัดความจุโดยใช้ช่วงแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงของมัลติมิเตอร์แบบดิจิตอลทั่วไป คำสำคัญ:
มัลติมิเตอร์แบบสามหลักครึ่งหรือสี่หลักครึ่งที่ใช้งานทั่วไปมีฟังก์ชันการวัดความจุ แต่ช่วงการวัดแคบและความแม่นยำในการวัดต่ำ และโดยทั่วไปจะไม่มีฟังก์ชันการวัดแบบออนไลน์ . บทความนี้กล่าวถึงวิธีการขยายความสามารถเหล่านี้
1 การวัดความจุออนไลน์
ตามธรรมชาติของวงจรดิฟเฟอเรนเชียลและอินทิกรัล การวัดความจุสามารถแปลงเป็นการวัดแรงดันได้
ส่วนหลักของวงจร CX/V ใช้ RC แบบแอ็กทีฟแบบธรรมดาและวงจรอินทิกรัลแบบกลับด้าน Wien Oscillator สร้าง Vr สัญญาณ AC ความถี่คงที่ ซึ่งกระตุ้นวงจรการแปลง CX/V เพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ V0 (V1) ตามสัดส่วนของ CX ซึ่งถูกกรองโดยตัวกรองแบนด์พาสอันดับสอง เพื่อกรองสัญญาณอื่นที่ไม่ใช่ความถี่คงที่ หลังจากการถ่วง จะได้แรงดันเอาต์พุต DC V ตามสัดส่วนของ CX หลังจาก AC/DC เมื่อสัญญาณ AC Vr กระตุ้นวงจร CX/V แรงดันเอาต์พุตของอินทิเกรเตอร์แบบกลับด้าน
นั่นคือ CX ความจุที่วัดได้นั้นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันเอาต์พุต C{{0}} ดังนั้นจึงทำให้การแปลง CX→V เป็นจริง เพื่อให้ช่วงความจุพื้นฐานสอดคล้องกับช่วง 2V ของดิจิตอลมัลติมิเตอร์ ความถี่การสั่นของ Wien oscillator คือ 400Hz ค่าที่แท้จริงของแรงดันไฟฟ้าคือ 1V, R1 คือ 20kΩ และ C1 คือ 0.1μF R2 เปลี่ยนจาก 200Ω-2kΩ-20kΩ-200kΩ-2MΩ และช่วงความจุการวัดที่สอดคล้องกันคือ 20μF-2μF-200nF{ {18}}nF-2nF
2 การวัดความจุขนาดเล็ก
ดิจิตอลมัลติมิเตอร์แบบสามหลักครึ่งทั่วไปมีช่วงการวัดความจุตั้งแต่ 2000pF ถึง 20μF และไม่มีประสิทธิภาพในการวัดความจุขนาดเล็กที่ต่ำกว่า 1pF ตามวิธีการของรีแอกแตนซ์แบบคาปาซิทีฟและการใช้สัญญาณความถี่สูง การวัดค่าความจุขนาดเล็กสามารถรับรู้ได้ แผนภาพวงจรการวัดแสดงในรูปที่ 2 CX คือความจุที่วัดได้ และ Rf คือความต้านทานป้อนกลับของขั้วต่อกลับด้าน เมื่อป้อนสัญญาณไซน์ซอยด์ Vi ที่มีความถี่ f อิมพีแดนซ์ที่แสดงบน CX และอัตราขยายของแอมพลิฟายเออร์สำหรับการทำงานคือ: เมื่อ A และ Rf เป็นค่าคงที่ ความถี่สัญญาณไซน์ซอยด์ f จะแปรผกผันกับค่าความจุที่วัดได้ CX ในการวัดความจุขนาดเล็ก จะใช้การวัดสัญญาณความถี่สูง
บล็อกไดอะแกรมของหลักการวงจรเพื่อรับรู้การวัดแสดงในรูปที่ 2(b) กระบวนการวัดคือ: สัญญาณไซน์ความถี่สูงที่สร้างโดยเครื่องกำเนิดสัญญาณความถี่สูงถูกนำไปใช้กับตัวเก็บประจุที่วัดได้ และ CX จะถูกแปลงเป็นรีแอกแตนซ์แบบเก็บประจุ Xc จากนั้น Xc จะถูกแปลงเป็นสัญญาณแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับผ่านการแปลง C/ACV ซึ่งถูกขยายโดยแอมพลิฟายเออร์และเอาต์พุตโดยหม้อแปลงแยก ส่งไปยังเดโมดูเลเตอร์ที่ไวต่อเฟสสำหรับการดีโมดูเลชัน อินพุตอื่นของตัวดีโมดูเลเตอร์ที่ไวต่อเฟสคือคลื่นสี่เหลี่ยม (นั่นคือสัญญาณดีมอดูเลต) ที่สร้างโดยคลื่นไซน์ความถี่สูงผ่านตัวแปลงรูปคลื่น และสัญญาณอินพุตสองตัวมีความถี่และเฟสเดียวกัน สัญญาณเดโมดูเลตจะถูกกรองโดยตัวกรองความถี่ต่ำเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงตามสัดส่วนของค่าของตัวเก็บประจุ CX ที่วัดได้ ซึ่งจะถูกส่งไปยังโวลต์มิเตอร์กระแสตรงเพื่อแสดงผลการวัดโดยตรง ตัวแปลงรูปคลื่นประกอบด้วยตัวเปรียบเทียบแบบ zero-crossing พร้อมอินพุทแบบกลับด้าน ซึ่งจะแปลงคลื่นไซน์ความถี่สูงมาตรฐาน 1MHz จาก Wien oscillator ให้เป็นคลื่นสี่เหลี่ยมกลับแบบมาตรฐาน เนื่องจากเอาต์พุตของตัวดีโมดูเลเตอร์ที่ไวต่อเฟสเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงแบบพัลซิ่งที่มีฮาร์มอนิกความถี่สูง เพื่อให้ได้เอาต์พุตแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่มีความเสถียรและคงที่ จึงมีการใช้ตัวกรองชนิด **π เพื่อกรองส่วนประกอบฮาร์มอนิกออก ในที่สุด แรงดันเฉลี่ยที่สอดคล้องกันจะถูกส่งไปยังโวลต์มิเตอร์กระแสตรง เพื่อให้ระดับความจุพื้นฐานสอดคล้องกับระดับ 2V ของดิจิตอลมัลติมิเตอร์ ความถี่ของสัญญาณไซน์ความถี่สูงจะถูกเลือกเป็น 1MHz (หากความถี่สูงเกินไป ควรพิจารณาพารามิเตอร์การกระจาย) ค่าที่มีประสิทธิภาพ ของแรงดันไฟฟ้าคือ 1V และผลคูณของปัจจัยการขยายวงจรและความต้านทานป้อนกลับ Rf คือ ดังนั้นช่วงแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงของดิจิตอลมัลติมิเตอร์ที่ 200mV สอดคล้องกับช่วงความจุ 0.2pF และ 200V สอดคล้องกับ ช่วงความจุ 200pF ช่วงการวัดคือ 10-4-102pF ความละเอียดคือ 10-4pF และความแม่นยำในการวัดคือ
