Anpassen der Leserate eines DMMs

Um die Leserate eines Digitalmultimeters zu steuern, ist es wichtig, die Messzyklen für ein Digitalmultimeter zu verstehen. Abbildungen 1 und 2 zeigen die Messzyklen für das NI 407X bzw. NI 4065.  Eine kurze Beschreibung jeder Phase im Messzyklus finden Sie unten.

Abbildung 1: Messzyklus des NI 407X

Abbildung 2: Messzyklus des NI 4065

Phasen im Messzyklus

• Schaltzeit - Die interne Schaltzeit wird benötigt, um die Analogschaltung des DMM für die nächste Messung zu konfigurieren. 
• A/D-Wandler-Kalibrierung - Kompensiert einen internen DMM-Verstärkungsfehler durch Messung einer extrem genauen Onboard-Spannungsreferenz.  Dies ist eine exklusive Komponente des Digitalmultimeters NI 4070/4071/4072, mit der Sie die Messgeschwindigkeit für eine langfristige Genauigkeit ausgleichen können.
• Autom. Nullabgleich - Kompensiert interne DMM-Offsets durch Massemessung und Ausgleich der Differenz.  Bei Geräten des Typs NI 407x kann Auto Zero je nach gewünschter Genauigkeit ein- oder ausgeschaltet werden.  Bei Geräten des Typs NI 4065 ist Auto Zero immer eingeschaltet und erhöht die Messdauer nicht.
• Einschwingzeit - Ermöglicht der DMM-Schaltung, sich vor der Messung einzuschwingen.  Wenn der DMM-Eingang mit einer anderen Spannung oder einem anderen Widerstand verbunden ist, verhält sich das DMM im Zusammenspiel mit der Quelle wie eine RC-Schaltung mit einer Einschwingzeit.
• Öffnungszeit - Die Periode, in der das DMM Messungen durchführt. Auflösung, Messgeschwindigkeit und Frequenzunterdrückung sind Funktionen der Öffnungszeit.                                             

Jeder Teil des Zyklus beeinflusst die Genauigkeit und Auflösung Ihrer Messung. Je länger beispielsweise die Einschwingzeit, desto höher ist die Auflösung. Weitere Informationen zu bestimmten Teilen der Messzyklen und deren Auswirkungen auf die Messung finden Sie in der Hilfedatei zu Digitalmultimetern von NI.

Die Spezifikationen sowohl für die Serie 407x als auch für die Serie 4065 enthalten die maximal erreichbaren Leseraten bei unterschiedlichen Auflösungen.  Per Voreinstellung wählt der DMM-Treiber eine Leserate, die leicht auf eine genauere Messung optimiert ist, anstatt die maximale Geschwindigkeit zu erreichen.  Die Leserate kann jedoch angepasst werden, um diese maximalen Raten zu erreichen.  Wenn Sie eine höhere Leserate bei einer bestimmten Auflösung benötigen, lesen Sie bitte den Abschnitt "Anpassen der Leserate" unten für weitere Informationen.

Abbildung 3: Spezifikationen für Leserate und Auflösung des NI 4070

Abbildung 4: Spezifikationen für Leserate und Auflösung des NI 4065

Die Leserate eines Digitalmultimeters wird aus dem Messzyklus abgeleitet (Leserate = 1/Messperiode).  Je nach verwendeter Messung werden alle Phasen im Messzyklus vom Fahrer optimiert eingestellt.  Durch Verringern oder Entfernen eines Teils des Messzyklus wird die Leserate erhöht.  Dies kann sich jedoch auf die Auflösung und Genauigkeit der Messung auswirken, aber mit sorgfältiger Wahl können Sie den Einfluss dieser Änderungen minimieren.

Es gibt in der Regel viele verschiedene Möglichkeiten, eine gewünschte Leserate zu erzielen.  Einschwingzeit und Blendenzeit sind in der Regel die beiden längsten Phasen im Messzyklus. Wenn Sie also eine große Geschwindigkeitsänderung wünschen, sollten Sie diese Phasen ändern.  Im Folgenden werden alle Phasen des Messzyklus sowie einige Richtlinien beschrieben, wann diese modifiziert werden müssen.

Schaltzeit

Die Schaltzeit wird vom Treiber festgelegt und kann nicht programmatisch geändert werden.  Es ist normalerweise ein sehr kleiner Wert.

A/D-Wandler-Kalibrierung (nur 407x)

Die A/D-Wandler-Kalibrierung ist standardmäßig EIN, wenn Messungen mit einer Genauigkeit von 6,5 und 7,5 Stellen durchgeführt werden.  Wenn absolute Genauigkeit für einen bestimmten Test nicht so wichtig ist und nur die Änderung des Signals gewünscht wird, kann diese deaktiviert werden, um die Messgeschwindigkeit zu erhöhen.

Nullabgleich (nur 407x einstellbar, 4065 immer aktiviert)

Ähnlich wie bei der A/D-Wandler-Kalibrierung ist die automatische Nullabgleichsfunktion bei 6,5 und 7,5 Stellen per Voreinstellung EIN.  "Auto Zero" kann deaktiviert werden, um die Messgeschwindigkeit zu erhöhen, aber die absolute Genauigkeit kann dadurch verringert werden.  Beim 407x kann "Auto Zero" auch auf EINMAL gesetzt werden, um "Auto Zero" nur einmal zu Beginn einer Mehrpunktmessung durchzuführen, um die Geschwindigkeit zu erhöhen. 

Einschwingzeit

Die Standardeinschwingzeiten variieren je nach Funktion und Bereich.  Je länger sich der A/D-Wandler einschwingen muss, desto genauer ist der Messwert.  Die Einschwingzeit ist wichtiger bei der Messung größerer zeitlich variierender Signale oder bei der Messung hoher Widerstände.  Wenn kleine Signale gemessen werden, die ziemlich konsistent sind, kann eine Verringerung der Einschwingzeit eine gute Möglichkeit sein, die Messgeschwindigkeit zu erhöhen.

Öffnungszeit

Je größer die Blendenzeit, desto besser die Auflösung. Wählen Sie kurze Öffnungszeiten für eine schnellere Messgeschwindigkeit. 

Während der Aperturzeit werden viele Messungen vom DMM durchgeführt und gemittelt, um ein Sample auszugeben.  Das Erfassen von mehr Punkten und deren Mittelwertbildung hebt in der Regel mehr Rauschen aus.  Wenn sich ein System in einer rauscharmen Umgebung befindet und die richtige Abschirmung und Verkabelung verwendet wird, kann die Blendenzeit verringert werden, ohne dass ein großer Unterschied in der Auflösung auftritt.  Eine weitere Rauschquelle ist Netzrauschen. Die Blendenzeit kann auf ein Vielfaches der Netzspannung eingestellt werden, um 50- oder 60-Hz-Rauschen auszublenden.  (1 Netzspannungsperiode (SPS) bei 60 Hz ist 16,67 ms)

Bei manueller Einstellung der Blendenzeit wird die absolute Auflösung ignoriert.  Wenn Sie also bereits eine 6,5-stellige Messung in Ihrem Programmcode angeben, bestimmt dies programmatisch die Blendendauer.  Wenn Sie dann manuell eine kleinere Blendenzeit festlegen, sind Sie möglicherweise nicht mehr bei 6,5 Stellen, da die Blendenzeit mit der Auflösung zusammenhängt.  Obwohl beides zusammenpasst, kann die Öffnungszeit jedoch angepasst werden, um schnellere Leseraten bei gleichbleibender Auflösung je nach Messung zu erzielen. 

Durch Einstellen der oben genannten Messzyklusphasen kann ein DMM optimiert werden, um nicht nur mit einer bestimmten Auflösung, sondern auch mit einer höheren Geschwindigkeit zu erfassen.  Vielfach ist eine kleine Änderung an einer oder mehreren Phasen erforderlich, um die in den Spezifikationen angegebene Höchstgeschwindigkeit zu erreichen. 

Die folgenden Abschnitte konzentrieren sich auf LabVIEW Anwendungen, aber es gibt dieselben Funktionen mit ähnlichen Namen für andere textbasierte Sprachen. Weitere Informationen zu diesen Funktionen finden Sie in der NI-DMM LabVIEW Reference.

Anpassen der Leserate in LabVIEW

Die einfachste Möglichkeit, die Leserate zu ändern, besteht darin, die Auflösung, Messfunktion oder den Bereich zu ändern.  Durch Ändern dieser Einstellung bestimmt der Treiber eine optimierte Leserate.  Wenn diese Standardeinstellungen nicht Ihren Anforderungen entsprechen, können Sie die Leserate mit anderen fortgeschrittenen Funktionen manuell ändern. 

Die zuvor beschriebenen Phasen des Messzyklus können in LabVIEW mit Hilfe der Funktionen gemäß Abbildung 5 modifiziert werden.  Es gibt zwei VIs zum Ändern der Funktionsweise von ADC-Kalibrierung und Auto Zero.  Standardmäßig sind beide auf Auto eingestellt, so dass der Treiber entscheiden kann, wann sie verwendet werden.

Zum Ändern der Einschwingzeit und der Blendenzeit muss ein Eigenschaftsknoten verwendet werden.  Weitere Informationen zur Verwendung dieser Eigenschaften finden Sie in der Kontexthilfe (Bedienelement+H).

Abbildung 5: Fortgeschrittene Funktionen zum Ändern des Messzyklus

Benchmarking von Messzyklus und Auflösung mit LabVIEW

Die Dauer des Messzyklus kann mit dem VI "niDMM Get Measurement Period.vi" in der NI-DMM API beobachtet werden.  Dieses VI gibt an, wie lange eine Messung mit der aktuellen Konfiguration dauert.

Abbildung 6: VI "Messperiode ermitteln"

Das LabVIEW Beispiel "Maximizing DC Reading Rate.vi" in der Beispielsuchmaschine zeigt, wie sich die Änderung der Blendenzeit auch auf die effektive Auflösung einer Erfassung auswirkt.  Die Auflösung des DMM-A/D-Wandlers ist konstant, aber die effektive Auflösung wird nicht nur durch den Karten-A/D-Wandler, sondern auch durch das Rauschen im Signal bestimmt.  Mit diesem Beispiel können Sie Ihr System testen, um zu sehen, wie sich die Änderung der Blendenzeit auf Ihre effektive oder rauschfreie Auflösung auswirkt.

Weitere Informationen zu allen Phasen des Messzyklus finden Sie in der Hilfedatei zu Digitalmultimetern von NI.  Die Hilfedatei enthält außerdem die Standardwerte für viele dieser Phasen sowie Beschreibungen für die Funktionen, die zum programmatischen Ändern dieser Werte erforderlich sind.