Цифровой измеритель сопротивления и емкости

Цифровые омметры строятся либо как цифровые вольтметры постоянного тока с автоматически перестраиваемой цепочкой образцовых резисторов, последовательно с которыми включается измеряемый резистор R _x, либо как автоматический мост постоянного тока. Большим быстродействием обладают цифровые измерители сопротивления и емкости (электронно-счетные омметры фарадометры), работающие на принципе измерения интервала времени, равного постоянной времени цепи разряда конденсатора через резистор (рис. 11, а). При измерении R _x образцовым элементом является конденсатор емкостью C ₀; при измерении C _x - резистор сопротивлением R ₀. Перед началом измерения конденсатор емкостью C _x с помощью ключа S подключается к источнику стабилизированного напряжения Е (положение 1) и полностью заряжается по истечении некоторого времени. Момент начала измерения t ₁ задается устройством управления. Оно посылает импульс (рис.11, б), сбрасывающий электронный счетчик и переводящий ключ S в положение 2 - разряд. Разряд конденсатора C _x через резистор R ₀ происходит по экспоненциальному закону, описываемому при выражением:

, (13)

где t= R ₀ C_x - постоянная времени цепи разряда; е = 2,718.

С моментом t ₁ совпадает начало работы формирователя строб-импульса, отпирающего временной селектор, и на вход счетчика при этом начинают поступать счетные импульсы образцовой частоты. Момент t ₁ является началом измерения интервала времени. Напряжение u_c (t) подается на один вход устройства сравнения, на второй вход которого подается постоянное напряжение U_R = E R ₂/(R ₁+ R ₂), снимаемое с делителя R ₁ - R ₂. Сопротивления прецизионного делителя выбирают таким образом, чтобы R ₂/(R ₁+ R ₂) = 1 /e. Тогда

U_R = E/e. (14)

Через интервал времени t после начала разряда напряжение сделается равным E/e, т.е. u_c = U_R = E/e. В момент времени t ₂ равенства напряжений U_R = u_c устройство сравнения выдает импульс, который прекращает работу формирователя строб-импульса. Временной селектор закроется. Счет импульсов за интервал времени t прекратиться. Счетчик подсчитает m импульсов, следовавших с периодом T ₀ за время t:

m = t / T₀ = t f₀

Так как, t = R ₀ C_x, то при фиксированных значениях частоты счетных импульсов f ₀ =1 /T ₀ и R ₀

C_x = m / (R ₀ f ₀) = k_c m

Для удобства отсчета значений емкости принимается k_c = 10^-n Ф/имп, где n = 1; 6; 12. Например, при R ₀ = 1 МОм и f ₀= 1 МГц, k_c =10^-12 Ф/имп, емкость C_x = m и выражается в пикафарадах.

При измерении сопротивления

R_x = m / (C ₀ f ₀) = k_R m. (15)

Для удобства отсчета значений сопротивлений параметры f ₀ и C ₀ выбираются такими, чтобы k_R = 10^q Ом/имп, где q = 0; 1; 2; 3. Например, при C ₀ = 1000 пФ, f ₀ = 1 МГц, q = 3, R_x = m и выражается в килоомах. При R_x = 1 МОм количество импульсов m будет равно 1000.

Для уменьшения погрешности дискретности (равной соответственно или ) нужно увеличивать частоту следования счетных импульсов f ₀ и постоянную времени цепи разряда конденсатора (т.е. соответственно C ₀ или R ₀).

Достоинство описанного метода - высокая точность измерений и цифровой отсчет. Недостаток - отсутствие возможности измерения параметров линейных компонентов на рабочей частоте.