گسترش تابع اندازه گیری ظرفیت مولتی متر دیجیتال

گسترش تابع اندازه گیری ظرفیت مولتی متر دیجیتال

بر اساس مشخصات مدارهای دیفرانسیل و انتگرال، اندازه گیری خازن را می توان به اندازه گیری ولتاژ تبدیل کرد.

مدار تبدیل هسته CX/V یک دیفرانسیل RC معکوس کننده ساده و پیکربندی انتگرال را اتخاذ می کند. یک نوسان ساز پل وین یک عدد را تولید می کند

سیگنال مرجع AC Vr در فرکانس ثابت، که مدار تبدیل CX/V را تحریک می کند و ولتاژ خروجی AC V0 (V1) متناسب با ظرفیت CX تولید می کند. پس از فیلتر کردن سیگنال های تداخل خارج از فرکانس ثابت از طریق فیلتر باند گذر مرتبه دوم، سیگنال از یک مبدل AC/DC عبور می کند تا ولتاژ خروجی DC V متناسب با CX به دست آید.

هنگامی که سیگنال AC Vr مدار CX/V را به حرکت در می آورد، ولتاژ خروجی یکپارچه ساز معکوس با ظرفیت اندازه گیری شده CX متناسب است. این تبدیل از ظرفیت CX به ولتاژ را متوجه می شود.

برای تطبیق محدوده ظرفیت خازنی اولیه با محدوده ولتاژ 2 ولت یک مولتی متر دیجیتال، نوسان ساز پل Wien روی 400 هرتز با ولتاژ RMS 1 ولت تنظیم شده است. و C1​=0.1 μF. مقاومت R2 قابل تغییر بین و مطابق با محدوده های اندازه گیری ظرفیت به ترتیب 20 μF، 2 μF، 200 nF، 20 nF و 2 nF است.

2 اندازه گیری ظرفیت کوچک

مولتی مترهای دیجیتال 3 و نیم رقمی معمولی دارای محدوده اندازه گیری ظرفیت خازنی از 2000 pF تا 20 μF هستند و نمی توانند ظرفیت های کوچک زیر 1 pF را اندازه گیری کنند. با استفاده از روش راکتانس خازنی با تحریک فرکانس بالا، می توان ظرفیت های بسیار کوچک را اندازه گیری کرد. مدار اندازه گیری در شکل 2 نشان داده شده است، که در آن CX ظرفیت اندازه گیری شده و Rf مقاومت فیدبک در ورودی معکوس است.

هنگامی که یک سیگنال سینوسی Vi با فرکانس f اعمال می شود، راکتانس خازنی در سراسر CX ظاهر می شود. بهره تقویت کننده عملیاتی بر این اساس تعیین می شود. با بهره ثابت و مقاومت فیدبک، فرکانس سیگنال f با ظرفیت اندازه گیری شده CX نسبت معکوس دارد. بنابراین، سیگنال‌های فرکانس بالا برای اندازه‌گیری ظرفیت‌های بسیار کوچک استفاده می‌شوند.

بلوک دیاگرام عملکردی اصل اندازه گیری در شکل 2 (ب) نشان داده شده است. در حین اندازه گیری: یک سیگنال سینوسی با فرکانس بالا تولید شده توسط نوسانگر به CX اعمال می شود. ظرفیت خازنی به راکتانس خازنی XC تبدیل می شود. یک مبدل C/ACV XC را به یک ولتاژ AC تبدیل می‌کند که قبل از ارسال به یک دمدولاتور حساس به فاز، توسط یک ترانسفورماتور تقویت و ایزوله می‌شود.

ورودی دوم دمدولاتور یک موج مربعی است که با شکل دادن به موج سینوسی با فرکانس بالا از طریق مبدل شکل موج به دست می آید. دو سیگنال ورودی فرکانس و فاز یکسانی دارند. سیگنال دمودوله شده از یک فیلتر پایین گذر عبور می کند تا یک ولتاژ DC متناسب با CX تولید کند که سپس مستقیماً روی یک ولت متر DC نمایش داده می شود.

مبدل شکل موج از یک مقایسه کننده صفر معکوس تشکیل شده است که موج سینوسی استاندارد 1 مگاهرتز را از نوسانگر وین به یک موج مربع معکوس پایدار تبدیل می کند. از آنجایی که خروجی دمدولاتور یک DC ضربانی است که حاوی هارمونیک های فرکانس بالا است، از یک فیلتر نوع π برای سرکوب اجزای موج دار و ارائه یک ولتاژ DC صاف و ثابت به کنتور استفاده می شود.

برای تراز کردن محدوده‌های خازنی با محدوده ولتاژ 2 ولت مولتی‌متر، سیگنال فرکانس بالا روی 1 مگاهرتز تنظیم می‌شود (فرکانس‌های بسیار بالا باعث ایجاد پارامترهای انگلی می‌شوند) با ولتاژ RMS 1 ولت. حاصلضرب مدار و مقاومت بازخورد به‌گونه‌ای پیکربندی می‌شود که محدوده مولتی‌متر 20 mV به p20 مطابقت داشته باشد و مولتی‌متر 20 mV0 برابر باشد. محدوده 200 ولت مربوط به 200 pF است. محدوده کلی اندازه گیری 10-4 pF تا 102 pF، با وضوح 10-4 pF است.