گسترش تابع اندازه گیری ظرفیت مولتی متر دیجیتال
چکیده: این مقاله تکنیکهای مورد استفاده برای اندازهگیری خازن بهصورت آنلاین و گسترش محدوده اندازهگیری ظرفیت با استفاده از محدوده ولتاژ DC مولتی مترهای دیجیتال معمولی را معرفی میکند. کلید واژه ها:
مولتی مترهای سه و نیم رقمی یا چهار و نیم رقمی همه منظوره مجهز به عملکرد اندازه گیری ظرفیت هستند، اما محدوده اندازه گیری باریک و دقت اندازه گیری پایین است و به طور کلی عملکرد اندازه گیری آنلاین وجود ندارد. . این مقاله نحوه گسترش این قابلیت ها را مورد بحث قرار می دهد.
1 اندازه گیری ظرفیت خازنی آنلاین
با توجه به ماهیت مدارهای دیفرانسیل و انتگرال، اندازه گیری ظرفیت خازن را می توان به اندازه گیری ولتاژ تبدیل کرد.
بخش اصلی مدار، CX/V، از یک مدار انتگرال و دیفرانسیل معکوس کننده ساده RC استفاده می کند. نوسانگر وین یک سیگنال AC با فرکانس ثابت Vr تولید می کند که مدار تبدیل CX/V را برای بدست آوردن ولتاژ AC V0 (V1) متناسب با CX تحریک می کند که توسط یک فیلتر باند گذر مرتبه دوم فیلتر می شود. برای فیلتر کردن سیگنال های غیر از فرکانس ثابت پس از بهم ریختگی، ولتاژ خروجی DC V متناسب با CX پس از AC/DC به دست می آید. هنگامی که سیگنال AC Vr مدار CX/V را تحریک می کند، ولتاژ خروجی یکپارچه ساز معکوس کننده
یعنی، ظرفیت اندازهگیریشده CX مستقیماً با ولتاژ خروجی C{{0}} متناسب است، بنابراین تبدیل CX→V را محقق میکند. برای اینکه محدوده اولیه ظرفیت با محدوده 2 ولت مولتی متر دیجیتال مطابقت داشته باشد، فرکانس نوسان نوسانگر وین 400 هرتز است، مقدار موثر ولتاژ 1 ولت، R1 20 کیلو اهم و C1 0.1 μF است. R2 از 200Ω-2kΩ-20kΩ-200kΩ-2MΩ تغییر میکند، و محدوده ظرفیت اندازهگیری مربوطه ۲۰μF-2μF-200nF{17} {18}}nF{19}}nF.
2 اندازه گیری ظرفیت کوچک
مولتی متر دیجیتال معمولی سه و نیم رقمی دارای محدوده 2000pF تا 20μF برای اندازه گیری ظرفیت است و اندازه گیری خازن های کوچک زیر 1pF ناتوان است. با توجه به روش راکتانس خازنی و با استفاده از سیگنالهای فرکانس بالا، اندازهگیری ظرفیت ریز میتواند محقق شود. نمودار مدار اندازه گیری در شکل 2 نشان داده شده است. CX ظرفیت اندازه گیری شده است و Rf مقاومت فیدبک ترمینال معکوس است. هنگامی که سیگنال سینوسی Vi با فرکانس f وارد می شود، امپدانس ارائه شده در CX و بهره تقویت کننده عملیاتی عبارتند از: وقتی A و Rf ثابت هستند، فرکانس سیگنال سینوسی f با ظرفیت اندازه گیری شده CX نسبت معکوس دارد. برای اندازه گیری ظرفیت های کوچک، از اندازه گیری سیگنال فرکانس بالا استفاده می شود.
بلوک دیاگرام اصل مدار برای تحقق اندازه گیری در شکل 2(b) نشان داده شده است. فرآیند اندازه گیری به این صورت است: سیگنال سینوسی فرکانس بالا تولید شده توسط مولد سیگنال فرکانس بالا به خازن اندازه گیری شده اعمال می شود و CX به راکتانس خازنی Xc تبدیل می شود و سپس Xc از طریق تبدیل C/ACV به سیگنال ولتاژ AC تبدیل می شود. که توسط تقویت کننده تقویت می شود و توسط ترانسفورماتور ایزوله خروجی می شود. آن را برای دمودولاسیون به دمدولاتور حساس به فاز ارسال کنید. ورودی دیگر دمودولاتور حساس به فاز یک موج مربعی (یعنی یک سیگنال دمودوله شده) است که توسط یک موج سینوسی با فرکانس بالا از طریق مبدل شکل موج تولید می شود و دو سیگنال ورودی دارای فرکانس و فاز یکسان هستند. سیگنال دمودوله شده توسط یک فیلتر پایین گذر فیلتر می شود تا یک ولتاژ DC متناسب با مقدار خازن اندازه گیری شده CX بدست آید که برای نمایش مستقیم نتیجه اندازه گیری به ولت متر DC ارسال می شود. مبدل شکل موج از یک مقایسه کننده با عبور از صفر با ورودی معکوس تشکیل شده است که یک موج سینوسی با فرکانس بالا 1 مگاهرتز را از یک نوسانگر وین به یک موج مربعی معکوس استاندارد تبدیل می کند. از آنجایی که خروجی دمدولاتور حساس به فاز یک ولتاژ DC ضربانی حاوی هارمونیک های فرکانس بالا است، به منظور به دست آوردن یک خروجی ولتاژ DC پایدار و ثابت، از فیلتر نوع **π برای فیلتر کردن اجزای هارمونیک استفاده می شود. در نهایت ولتاژ متوسط مربوطه به ولت متر DC ارسال می شود. به منظور مطابقت سطح خازنی پایه با سطح 2 ولت مولتی متر دیجیتال، فرکانس سیگنال سینوسی فرکانس بالا به عنوان 1 مگاهرتز انتخاب می شود (اگر فرکانس بیش از حد بالا باشد، پارامترهای توزیع باید در نظر گرفته شود)، مقدار موثر ولتاژ 1 ولت است و حاصلضرب ضریب تقویت مدار و مقاومت فیدبک Rf است، بنابراین محدوده ولتاژ DC مولتی متر دیجیتال 2{18}} 0 میلی ولت با محدوده ظرفیت 0.2 pF و 200 ولت مربوط به محدوده ظرفیت 200pF محدوده اندازه گیری 10-4-102 pF، وضوح 10-4 pF، و دقت اندازه گیری است
