便携式设备测量的广泛应用
高性能通用型数字万用表(以61/2位为例),对许多应用来说,它们有极高的性价比无论是航空航天、通信、汽车、工业部门或消费电子领域中,均存在便携式设备的使用在这些领域中的便携式设备,均离不开应用高性能数字万用表对其各中重要参数的测量同时也包括需要进行DC和AC的测量在迸行测量中发现使用高性能数字万用表会非常容易,性能也很高。
无需PC的简单数据记录
因怀疑空调机产生快速和宽范围的温度改变,故需测量计算机服务器机房的温度变化,但却在在午餐时间内如何能立即开始测量,又不耽误预定的午餐时间呢?应拿起高性能数字万用表、探头和电源线,把它们带到计算机机房,定好传感器探头位置,选择温度测量功能和传感器类型,按DataLog键(见图1所示面扳),设置1小时测量其间隔为1秒;按Trigger键开始测量过程,然后仍可去午餐等测量已经完成,读数都已保存在非易失存储器中,把数字万用表带回办公室,接上LAN,启动PC的浏览器把读数从浏览器剪切和粘贴到工程师的电子表格,交付打印的图表不需要用计算机进行测量设置,高性能数字万用表体积小,携带方便,工程师不需要为收集数据编写或加载程序
与峰值测量相组合的DCV测量
直流电源的输出往往存在着纹波这些纹波电压规定为某一特定或更低的电平,并需要进行测试交流信号的频率通常与电网相关,但开关电源会有更高的频率例如图2所示带有交流成分的直流信号
常用的测量方法是进行DCV和ACVMS(峰值)这两项测量但这种测量方法也受到一些限制:两次测量要花较多的时间,特别是改变功能和量程时;一般ACVRMS测量缺少重要的峰值信息;还需花时间通过数字处理得到峰值信息
数字万用表提供称为峰值测量的辅助测量功能,它能在进行精密DCV(或ACV)测量的同时激活这里是对上述方法的改进:启用峰值测量功能,用一个或多个工频积分时间进行精确的DCV测量,用以抑制供电电源频率和随机噪声;取回DCV和峰值测量数据
峰值测量产生在DCV测量积分时间期间的20μs间隔,因此任何可检测峰值的宽度至少应达到20μs
从这两项测量可确定的情况包括:DCV和峰峰数据在容限内—通过;DCV正确,但峰峰值超出极限—失败;DCV略有超差,但峰峰值很好—失败
第二和第三种情况的峰峰纹波电压存有疑问第二种情况可能有过大的噪声尖峰,因为它未能从输出中滤除第三种情况可能属失真,它产生的非对称AC成分在DCV测量中增加了DC成分而此时的纹波可能仍保持同样的峰峰电压主测量失败时需要有信号的更多信息高性能数字万用表提供50K读数/秒的波形捕获,可通过采样得到其它诊断信息
最小化其测试时间是生产制造中追求的目标,因此与单独进行DCV和ACV测量,或数字化和处理信号相比,精确DCV测量和峰值测量的组合能显著减少测试时间所得到的另一好处是峰峰信息能更好说明电源输出信号的质量
使用电平触发的精确测量—手持式装置电池工作期间的耗用电流
下面的波形(图3)代表手持式装置电池工作期间的耗用电流要求是测量脉冲的平均直流值一仅在脉冲持续期间这一脉冲没有可用作同步外触发的相关5V逻辑信号事件最初会想到用大量高速测量捕获这一异步事件是唯一可行的解决方案,继而在计算机中处理波形得到结果
对带有模拟电平触发的数字万用表而言,这是相对简单的测量不需要由外部TTL脉冲启动触发把该数字万用设置为在脉冲上升沿的某一点(量程百分数)处触发用触发延迟保证测量在脉冲的“平坦”部分开始,把模数转换器积分时间设置为能最大化测量精度,而不超出脉冲宽度持续时间的值在这一例子中,对触发电平的100μs延迟把测量起点放在上升沿通过后数字万用能用1ms积分时间进行6l/2位的测量此外,任何DC测量都允许用峰峰测量功能捕获信号的峰峰成分,如前面的例子所述
用直接采样ACV测试荧光灯的镇流器
在荧光灯关闭时,灯管内的水银/蒸汽混合物号是不导电的通过低压水银蒸汽的电流放射紫外光内部磷涂层有效地把大部分紫外光转换成可见光根据灯管的瓦数,启动后只需要用低得多的电压,通常为100VAC至175VAC的电压保持放电
需要用数字万用表测试镇流器电压,以保证向灯管施加正确的电压这是一项ACV测量许多数字万用表,在ACV测量时都使用模拟RMS转换器虽然这些转换器能够测量高达1MHz的频率成分,但不能告诉数字万用表有关输入中存在短led持续期高压尖峰的情况这些短持续期尖峰对RMS成分的影响很小,因此得到的电压测量结果与预计电压可能有相当大的偏差
[pagebreak]例如,镇流器除了起辉所需的300VAC信号外,还可能产生lkV甚至更高的尖峰数字万用表得到的读数可能为300VAC,偶而也读到301VAC测试系统就认为一切良好—都在容限以内但却没有看到巨大的电压尖峰对数字万用表输入部分的冲击如果数字万用表没有有效的输入保护,在连续冲击下的输入电路就有可能损坏
该数字万用表用直接采样技术进行ACRMS测量相对于模拟RMS计算,直接采样技术带来了四项好处:10倍快的AC测量,对高频正弦波的精度改进,峰峰信息,以及波峰因素不会使精度降级
对输入信号的过采样能检测到窄而高的电压尖峰,使数字万用表能够把尖峰作为过载错误条件响应这一信息告诉测试工程师在数字万用表的接线或镇流器内有问题存在解决方案非常简单,只需在夹具中增加一级滤波,以抑制到达数字万用表输入端的尖峰总之,测试工程师可从数字万用表提供的信息“看到”信号中的真实成分直接采样AC技术提供对信号成分的可视能力,并能同时进行有效值和峰值测量
可测试手持式装置各种工作条件下的耗用电流—能类似示波器波形捕获的电平触发
宇航和汽车应用有大量的机电信号它们来自振动、拉伸和压缩试验台的机械部件这些信号的频率成分相当低,通常低于8kHz例如典型加速度计的带宽为2.5kHz对于这种类型的信号(见图4所示),数字万用表提供具有如下能力的波形捕获:50kHz采样率41/2位,使用低抖动的采样定时器;相对平坦的带宽响应(传感器上同时测量
在汽车和航空航天行业,往往需要同时测量放置在机电设备上的多个传感器在使用开关,特别是FET(场效应管)开关时,要对高压进行不经衰减的高速扫描是非常困难的实现对极为不同电压电平信号的高速扫描,或运行不同的测量功能也都是非常困难的在这类情况下,可把多台高性能数字万用表直接接到传感器上,并把所有的外触发输入并行地接到同一触发事件(见图5所示)
高性能数字万用表通过外触发输入的硬件耦合接到测量引擎测量反应时间或抖动小于1μs,因此多台以50K读数/秒运行的数字万用表实际上能在同一时刻开始采样该每台数字万用表保存1M读数,即并行地保存20秒的捕获数据用4台数字万用表实现200K读数/秒的有效读数率,然后从每台数字万用表读数保存中连续地以50K速率,或以270K读数/秒的突发速率取出读数
这一应用的独特之处您是可向同事借用这4台数字万用表它设置容易,并能把设置状态复制到每一台仪器,100MbitLAN或USB2.0接口能容易地实现这一数据率
如何设置快速直流测量
控制直流测量速度有5项要素:自动归零,自动量程,积分时间,自动触发延迟,峰值测量
自动归零、自动量程和峰值测量都有内部软件指导下的机械装置执行,用以控制数字万用表内部的运行这一动作在最好条件下也被限制于2000读数/秒为实现高于2K读数/秒的读数率,必须选择固定量程和禁用峰值测量,关断自动归零
自动归零在每次测量施加信号后进行内部电路不介入施加信号,而把输入端至模数转换器的信号通路短路测量所存在的偏移,并将其从实际测量结果中扣除这意味着每次测量都要取两个读数关断自动归零可节省时间,因为此时只进行一次测量,并且没有软件和机械装置的参与
自动量程对施加信号进行预先测量,以尝试和确定能实现最高分辨率测量的最佳量程这些数字万用表的自动量程非常快,能容易地跟踪120Hz信号但当从10V或10MΩ量程跳到更高量程时,自动量程也需要较长的时间关断自动量程的同时也切断了软件和机械装置参与
积分时间是模数转换器花在积分施加信号上的时间高性能数字万用表的最小积分时间分别为100μs和20μs积分时间分辨率为20μs;因此34411A的最高采样率是50K读数/秒-20μs积分时间次高读数率为25K读数/秒-40μs积分时间
自动触发延迟足可编程的设置它是默认启用的在启用后,数字万用表根据功能、量程和积分时间推荐一个延迟时间这一延迟与触发子系统有关如果禁用,它就对所有功能禁用
峰值测量在进行精确直流测量时使用此时的测量积分时间通常为一个或多个PLC,峰值测量可在61/2位直流测量时启用,并仍能实现1000读数/秒
