Цифровой измеритель емкости и сопротивления

Цифровой измеритель емкости и сопротивления, реализующий метод дискретного счета состоит из:

· КЛ – ключ

· УУ – управляющее устройство

· УС – устройство сравнения

· Т – триггер

· СС – схема совпадения

· СЧ – счетчик импульсов

· ГИ – генератор импульсов

Перед измерениями ключ КЛ устанавливают в положение 1, и конденсатор Сх заряжается через ограничительный резистор Rg до значения стабилизированного источника напряжения Е.

В момент времени t1 (начало измерения Сх) управляющее устройство импульсом управления Uупр переключает триггер из состояния 0 в состояние 1, очищая предыдущие показания СЧ импульсов, и переводит ключ в положение 2.

Измеряемый конденсатор Сх начинает разряжаться через образцовый Ro по экспоненциальному закону (в), описываемому уравнением

Uc=E*e^-(t-t1)/τ

где τ=RoCx – постоянная времени цепи разряда конденсатора.

Импульс напряжения Uт с выхода триггера в момент времени t1 открывает схему совпадения (СС) и счетчик (СЧ) начинает счет тактовых импульсов Uto генератора импульсов ГИ, следующих с частотой fo=1/To (эпюра е).

Напряжение Uc подают на один из входов УС, ко второму входу которого подводится U_R с делителя, состоящего из резисторов R1 и R2. U_R =E*R2/(R1+R2). Сопротивление R1 и R2 подбирают такими, чтобы при разряде конденсатора уменьшающееся напряжение Uc по истечении времени τ стало равным напряжению U_R.

В момент времени t2, когда Uc= U_R на выходе УУ возникает импульс напряжения (эпюра г), переключающий триггер в исходное состояние, при котором задним фронтом его импульса Uт закрывается СС и счетчик прекращает счет тактовых импульсов.

Поскольку при t=t2 напряжение U_R=Uc и τ=t2-t1, то:

e^-(t2-t1)/τ=R2/(R1+R2)=e^-1 = 1/2.718 = 0.368 (6)

Т.О. напряжение, снимаемое с делителя R1R2, имеет определенное значение U_R =0,368*Е, что достигается подбором сопротивлений резисторов. За интервал времени τ =RoCx на счетчик поступает напряжение Uсч в виде тактовых импульсов (эпюра е) число которых

N=foτ (7)

Поскольку τ =RoCx, то при фиксированных значениях fo и Ro

Сх=N/(fo*Ro)=N/K1 (8)

где К1= fo*Ro

Согласно (8) величина измеряемой емкости пропорциональна числу импульсов N, поступивших на счетчик. Включение образцового конденсатора Со вместо Ro позволяет аналогичным образом измерить сопротивление резистора.

Цифровые измерительные приборы, построенные по методу дискретного счета, получили широкое распространение при измерении параметров электрической цепи. К достоинствам этого метода следует отнести достаточно высокую точность измерения. Погрешность измерения цифровым методом 0,1-0,2% и зависит в основном от нестабильности R1, R2, Ro или Co, стабильности частоты fo генератора счетных импульсов, а также не точность срабатывания устройств сравнения.