PXI-Express-DMMs ermöglichen intelligentere und genauere Prüfsysteme

Überblick

Die zunehmende Gerätekomplexität und der stetig wachsende wirtschaftliche Druck führen dazu, dass die verschiedenen Phasen der Produktentwicklung – von der Charakterisierung über die Verifizierung und Validierung bis hin zur Produktionsprüfung – immer häufiger automatisiert werden, um möglichst kostengünstig wiederholbare Ergebnisse zu erzielen. Bei den heutigen Prüfanforderungen muss ein Digitalmultimeter (DMM) deshalb mehr können, als nur richtige und präzise Messungen zu liefern. Es muss darüber hinaus auch kürzere Messzeiten, eine nahtlose Integration mit anderen Messgeräten und die einfache Erweiterung der Kanalanzahl mithilfe von Schaltmodulen ermöglichen. All diese Anforderungen lassen sich am besten mit einer modularen Plattform erfüllen, die hohe Messgenauigkeit und schnelle Ergebnisse in einem für die Automatisierung optimierten Formfaktor vereint.

Inhaltsverzeichnis

  1. Optimiert für automatisierte Prüfanwendungen
  2. Softwarevorteil von NI
  3. Hochpräzise DMM-Messungen
  4. Flexible Messgeschwindigkeiten dank isoliertem Digitizer
  5. Selbstkalibrierung und 2-Jahres-Spezifikation
  6. Synchronisierung und Integration
  7. NI-DMMs für Mess- und Prüfsysteme
  8. Nächste Schritte

Optimiert für automatisierte Prüfanwendungen

Die NI-Produktpalette an PXI-basierten DMMs umfasst sowohl kostengünstige Geräte mit 6 ½ Stellen als auch leistungsoptimierte Modelle mit 7 ½ Stellen, darunter das genaueste DMM, das derzeit am Markt erhältlich ist. Einige Modelle verfügen zudem über erweiterte Messbereiche, isolierte Digitizer-Modi mit Abtastraten von bis zu 1,8 MS/s, erweiterte Kalibrierzyklen und Funktionen für grundlegende Induktivitäts- und Kapazitätsmessungen. Dadurch wird mit nur einem Messgerät ein deutlich höherer Messdurchsatz und ein höheres Maß an Flexibilität erzielt als mit herkömmlichen Präzisionsmessgeräten. Die DMMs von NI eignen sich daher ideal für die Bewältigung komplexer Prüfanforderungen in den unterschiedlichsten Branchen, von der Unterhaltungselektronik bis hin zur Luft- und Raumfahrt.

Abb. 1: Das PXIe-4081 bietet die optimale Ausstattung für jedes Mess- und Prüfsystem.

 

Ein besonderes Highlight des DMM-Portfolios von NI ist das PXIe-4081, das derzeit genaueste DMM mit 7 ½ Stellen. Neben einer Auflösung von 26 bit bietet das Modul hochstabile und präzise Spannungsmessungen von 10 nV bis 1000 V, Strommessungen von 1 pA bis 3 A und Widerstandsmessungen von 10 µΩ bis 5 GΩ.

 

 

PXI-4065

PXIe-4080

PXIe-4081

PXIe-4082

Auflösung (Stellen)

6 ½

6 ½

7 ½

6 ½

Max. Spannung (V)

300

300

1000

300

Max. Stromstärke (A)

3

1

3

1

Max. Abtastrate

3 kS/s

1,8 MS/s

1,8 MS/s

1,8 MS/s

Spannungsgenauigkeit (10 VDC, 2 Jahre)

*90 + 12 ppm

25 + 6 ppm

12 + 0,5 ppm

25 + 6 ppm

Max. Kalibrierzyklus

1 Jahr

2 Jahre

2 Jahre

2 Jahre

Gleich- und Wechselspannungsmessungen

Gleich- und Wechselstrommessungen

2- und 4-Draht-Widerstandsmessungen

Frequenz-/Periodenmessungen

 

Grundlegende Induktivitäts- und Kapazitätsmessungen

 

 

 

*Da das PXI-4065 nicht über einen zweijährigen Kalibrierzyklus verfügt, werden hier die Spezifikationen für den einjährigen Kalibrierzyklus angegeben.

 

Tab. 1: NI bietet verschiedene Digitalmultimeter, von kostenoptimierten Modellen mit 6 ½ Stellen bis zum branchenweit genauesten DMM mit 7 ½ Stellen.

 

Abb. 2: Die PXI-basierten DMMs von NI bieten einen deutlich höheren Messdurchsatz und mehr Flexibilität als herkömmliche Präzisionsmessgeräte.

 

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Softwarevorteil von NI

Da die DMMs von NI für automatisierte Prüfanwendungen konzipiert sind, erfolgt die Steuerung und Messgerätekommunikation über Software. Für schnelle Messungen und Fehlerbehebungen steht ein Soft-Frontpanel zur Verfügung, das die gleiche Handhabung bietet wie ein klassisches DMM.

Abb. 3: Der DMM-Treiber (NI-DMM) beinhaltet ein interaktives Soft-Frontpanel für schnelle Messungen und Fehlerbehebungen.

 

Neben dem Soft-Frontpanel umfasst der DMM-Treiber eine API, die mit unterschiedlichen Entwicklungsumgebungen wie beispielsweise LabVIEW, C, C# und anderen eingesetzt werden kann. Um eine langfristige Interoperabilität zu gewährleisten, verfügt der Treiber NI-DMM über die gleiche API, wie sie bei allen DMMs von NI eingesetzt wird. Der Treiber bietet außerdem Zugriff auf Hilfedateien und Dokumentation sowie auf zahlreiche sofort ablauffähige Beispielprogramme, die als Grundlage für die Anwendungsentwicklung dienen. Mehr über LabVIEW für automatisierte Prüf- und Validierungssysteme.

Abb. 4: Der DMM-Treiber von NI (NI-DMM) umfasst zahlreiche sofort ablauffähige Beispielprogramme.

 

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Hochpräzise DMM-Messungen

Das Herzstück der leistungsoptimierten DMMs des Typs PXIe-408x ist der Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler). Er basiert auf handelsüblicher A/D-Wandler-Technologie und einem speziell entwickelten Sigma-Delta-Wandler und bietet so die für präzise Hochgeschwindigkeitsmessungen erforderliche Leistung hinsichtlich Rauschen, Linearität und Geschwindigkeit.

 

Abb. 5: Während eines 12-stündigen Tests zum Rausch- und Driftverhalten bei 0 VDC – wobei jedes DMM auf einen Eingangsbereich von 100 mV mit einer Abtastzeit von 10 PLC eingestellt war – übertrifft das PXIe-4081 (blau) sowohl die Leistung des führenden Stand-alone-DMMs mit 6 ½ Stellen (hellgrau) als auch des führenden Stand-alone-DMMs mit 7 ½ Stellen (dunkelgrau).

 

Um über verschiedene Temperaturbereiche und Zeiträume hinweg die gleiche hohe Genauigkeit aufrechtzuerhalten, verfügt das PXIe-4081 über eine der stabilsten internen Referenzspannungen, die derzeit verfügbar sind. Kein anderes DMM dieser Preisklasse bietet eine Referenzspannung mit der gleichen Stabilität. Darum kann für das PXIe-4081 eine Genauigkeitsgarantie von 12 ppm für einen Zeitraum von zwei Jahren gegeben werden. Damit übertrifft das DMM die meisten klassischen DMMs, die die Genauigkeit nur für ein Jahr garantieren, und trägt so zur Senkung der Prüfkosten bei, da weniger Ausfallzeiten für die Kalibrierung nötig sind. Das PXIe-4081 verwendet zudem fortschrittliche Messtechniken wie Offset-Kompensation, DC-Rauschunterdrückung höherer Ordnung und Selbstkalibrierung, um die Messleistung noch weiter zu steigern.

 

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Flexible Messgeschwindigkeiten dank isoliertem Digitizer

Klassische DMMs sind auf eine hohe Auflösung und Präzision ausgelegt, wobei es weniger auf die Erfassungsgeschwindigkeit ankommt. Dank ihrer speziellen Architektur bieten die DMMs des Typs PXIe-408x unterschiedliche Erfassungsgeschwindigkeiten von 7 S/s bis 10 kS/s, aus denen Anwender die passende Auflösung und Abtastrate wählen können.

Abb. 6: Durch die Kombination aus handelsüblicher Hochgeschwindigkeits-A/D-Wandler-Technologie und einem speziell entwickelten Sigma-Delta-Wandler (abgebildet) wird das Linearitäts- und Rauschverhalten für mehr Stabilität und eine Präzision bis 7 ½ Stellen optimiert, während der Digitizer Abtastraten von bis zu 1,8 MS/s bietet.

 

Das PXIe-4081 bietet die 36-fache Abtastrate klassischer DMMs.
Für höhere Abtastraten können die PXIe-408x-DMMs im isolierten Digitizer-Modus für hohe Spannungen verwendet werden. So lassen sich selbst bei der Erfassung im maximalen Spannungsbereich Abtastraten von bis zu 1,8 MS/s erzielen. Das bedeutet, dass das PXIe-4081 im Vergleich zu klassischen DMMs mit Abtastraten von maximal 50 kS/s Daten mit der 36-fachen Geschwindigkeit erfasst. Daher müssen häufig keine weiteren Messgeräte eingesetzt werden, um Hochgeschwindigkeitsmessungen mit hoher Präzision durchzuführen. Mehr über die flexible Architektur des DMMs mit 7 ½ Stellen PXIe-4081.

 

Abb. 7: Die PXIe-408x-DMMs erfassen Daten 36-mal schneller als klassische DMMs und ermöglichen dadurch noch bessere Einblicke in den Prüfling.

 

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Selbstkalibrierung und 2-Jahres-Spezifikation

Die Digitalmultimeter von NI umfassen Selbstkalibrierungsfunktionen, die normalerweise nur bei DMMs mit höchster Auflösung zu finden sind. Bei der Selbstkalibrierung werden mithilfe der äußerst stabilen und präzisen internen Referenzspannung jegliche DC-Verstärkung und Offset-Drifts innerhalb des DMMs korrigiert. Der Temperaturkoeffizient und die Zeitstabilität der internen Referenzspannung ermöglichen dabei den Ausgleich aller Widerstands- und Stromquellendrifts. Durch die Selbstkalibrierung behalten DMMs von NI auch außerhalb der normalen Betriebstemperaturen von 18 bis 28 °C eine hohe Genauigkeit und Stabilität bei.

Abb. 8: Durch die Selbstkalibrierung wird die Messgenauigkeit der NI-PXI-DMMs während des zweijährigen externen Kalibrierzyklus auch bei veränderten Umgebungstemperaturen aufrechterhalten.

 

Der Kalibriervorgang dauert weniger als eine Minute und kann ohne externen Kalibrierdienstleister durchgeführt werden. Dadurch verringert sich der Wartungsaufwand für eingesetzte Systeme erheblich. Dank der präzisen Selbstkalibrierung der PXIe-408x-DMMs ist eine externe Kalibrierung erst nach zwei Jahren erforderlich. Mehr zu den Kalibrierdienstleistungen von NI.

 

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Synchronisierung und Integration

Für die Kommunikation mit Schaltmodulen und anderen Messgeräten im PXI-Chassis nutzen die NI-DMMs die Timing- und Synchronisationsfunktionen der PXI-Plattform. Schaltmodule dienen beispielsweise dazu, die Messfunktionen eines DMMs auf hunderte oder sogar tausende Prüfpunkte auszuweiten. Die Kommunikation zwischen den Digitalmultimetern und Schaltmodulen von NI geschieht mittels Handshaking, wobei die DMMs hardwaregetaktete Trigger über die PXI-Backplane senden bzw. empfangen und eine Liste mit Schaltverbindungen teilen, die sich im integrierten Speicher des Schaltmoduls befindet. Durch diese Methode entfällt der Software-Overhead herkömmlicher Verbindungslisten. Außerdem lässt sich so eine deterministische Verbindungsliste erstellen, die höhere Prüfdurchsätze mit häufiger wiederholbarem Timing ermöglicht.

Abb. 9: Durch die Synchronisierung von NI-DMMs mit NI-Schaltmodulen lassen sich hardwaregetaktete Verbindungslisten erstellen, die höhere Prüfdurchsätze ermöglichen.

 

Da die PXI-Plattform noch weitere Geräte umfasst, die bei automatisierten Prüfanwendungen häufig zusammen mit DMMs eingesetzt werden, u. a. Netzteile, Oszilloskope und Funktionsgeneratoren, lassen sich nahtlos integrierte Systeme in einem kompakten Formfaktor erstellen. Auch hier können die DMM-Messungen mithilfe von Triggern, die über die PXI-Backplane gesendet bzw. empfangen werden, mit den Operationen der anderen Messgeräte synchronisiert werden – ganz ohne externe Verkabelung.

Abb. 10: Die PXI-Plattform ermöglicht die nahtlose Integration und Synchronisierung unterschiedlicher Messgeräte, u. a. Source Measure Units (SMUs), Oszilloskope, digitale Messgeräte sowie RF-Signalanalysatoren und -generatoren.

 

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NI-DMMs für Mess- und Prüfsysteme

Die DMMs von NI verbinden leistungsstarke Messtechnik mit erstklassiger Geschwindigkeit und umfassender Softwareunterstützung und ermöglichen so die Erstellung intelligenterer automatisierter Mess- und Prüfsysteme für unterschiedliche Anwendungsbereiche – von der Halbleitercharakterisierung bis zur Produktionsprüfung in der Luft- und Raumfahrt. Durch den Einsatz mit PXI-basierten Schaltmodulen lassen sich zudem die Kanalanzahl von Datenerfassungssystemen erhöhen sowie Verbindungslisten mit hunderten oder sogar tausenden Relais mittels deterministischer Hardwaretaktung ausführen. Die PXI-Plattform bietet darüber hinaus weitere Messgeräte, wie SMUs, Netzteile, Oszilloskope, Signalgeneratoren sowie RF-Analysatoren und -Generatoren, die bei Stand-alone-DMMs nicht zu finden sind. Dank der erstklassigen Messqualität, die sich deutlich von klassischen DMMs abhebt, eignen sich die Digitalmultimeter von NI optimal für automatisierte Prüfanwendungen und -systeme.

 

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