DMMの読み取りレートを調整する

DMMの読み取りレートを制御するには、DMMの測定サイクルを理解することが重要です。図1と図2は、それぞれNI 407XとNI 4065の測定サイクルを示しています。  以下は、測定サイクルの各フェーズの簡単な説明です。

図1: NI 407X測定サイクル

図2:NI 4065測定サイクル

測定サイクルの位相

• スイッチ時間 - 次の測定のためにDMMのアナログ回路を構成するために、内部スイッチ時間が必要です。 
• ADCキャリブレーション - 非常に精密なオンボード電圧基準を測定することで、内部DMMゲイン誤差を補正するために使用します。  これは、NI 4070/4071/4072 DMMに限定の機能で、測定速度と長期確度を適切にトレードオフすることが可能です。
• オートゼロ - グランドを測定して差を調整することにより、内部DMMオフセットを補正するために使用します。  NI 407xデバイスでは、オートゼロは必要な確度に応じてオンまたはオフにできます。  NI 4065デバイスでは、オートゼロは常にオンで、測定に余分な時間を追加しません。
• 整定時間 - DMM回路が測定を行う前に整定する時間を指定します。  DMM入力が別の電圧または抵抗に接続されている場合、DMMはソースと相互作用して整定時間のあるRC回路として動作します。
• アパーチャ遅延 - DMMが測定を行っている周期。分解能、測定速度、周波数除去は、アパーチャ遅延の機能です。                                             

サイクルの各部分は、測定の確度と分解能に影響します。たとえば、整定時間が長いほど分解能は高くなります。測定サイクルの特定の部分と測定への影響については、NIデジタルマルチメータのヘルプファイルを参照してください。

407xシリーズおよび4065シリーズの仕様書には、異なる分解能で使用可能な最大読み取りレートが記載されています。  DMMドライバは、デフォルトで、最大速度よりもより正確な測定を行うためにわずかに最適化された読み取りレートを選択します。  ただし、読み取りレートはこれらの最大レートに調整できます。  特定の分解能でより高速な読み取りレートが必要な場合は、以下の「読み取りレートを調整する」セクションを参照してください。

図3:NI 4070の読み取りレートと分解能の仕様

図4:NI 4065の読み取りレートと分解能の仕様

DMMの読み取りレートは、測定サイクル（読み取りレート = 1/測定周期）から取得されます。  測定サイクルのすべての位相は、使用する測定に応じてドライバにより最適化された設定に設定されます。  測定サイクルの一部を縮小または削除すると、読み取り速度が向上します。  ただし、この方法では測定の分解能と確度に影響する可能性がありますが、慎重に選択することで、これらの変化の影響を最小限に抑えることができます。

通常、必要な読み取りレートを実現するには、さまざまな方法があります。  整定時間とアパーチャ遅延は通常、測定サイクルで2つの最も長い位相であるため、大きな速度変化が必要な場合は、これらの位相を変更することを検討してください。  すべての測定サイクルのフェーズの下に、いつ変更を加えるべきかのガイドラインが記載されています。

スイッチ時間

スイッチ時間はドライバによって設定され、プログラム的に変更することはできません。  通常、非常に小さい値です。

ADCキャリブレーション (407xのみ)

6.5桁および7.5桁の精度で測定を行う場合、ADCキャリブレーションはデフォルトでONになります。  特定のテストで絶対確度がそれほど重要でなく、信号の変化のみが必要な場合は、これをOFFにして測定速度を上げることができます。

オートゼロ (407xでのみ調整可能、4065では常に有効)

ADCキャリブレーションと同様に、6.5および7.5桁の精度を使用する場合、オートゼロはデフォルトでONになります。  測定速度を上げるためにオートゼロをオフにしても、絶対確度が低下する可能性があります。  407xでは、オートゼロを「1回のみ」に設定して、複数ポイント測定の開始時にオートゼロを1回のみ実行し、速度を向上させることもできます。 

整定時間

デフォルトの整定時間は、指定された機能とレンジによって異なります。  アナログ/デジタル変換器の整定時間が長いほど、より正確な読み取り値が生成されます。  整定時間は、時間的に変動する大きな信号や高抵抗を測定する場合に重要です。  小さな信号の測定に一定の時間を要する場合は、整定時間を短くすることが測定速度を向上させる良い方法です。

アパーチャ遅延

アパーチャ遅延が大きいほど分解能がよくなります。高速測定が必要な場合は、短いアパーチャ遅延を選択します。 

アパーチャ遅延の間、DMMは多くの測定を行い、基本的に1つのサンプルを返すために平均化します。  より多くのポイントを集録して平均化すると、通常より多くのノイズが除去されます。  システムが低ノイズ環境にあり、適切なシールドとケーブルが使用されている場合、分解能に大きな差が生じることなくアパーチャ遅延が短縮される可能性があります。  もう1つのノイズ源は電源ノイズで、アパーチャ遅延は電源の倍数に設定して50 Hzまたは60 Hzのノイズを除去できます。  （60 Hzでの1電源周期（PLC）は16.67 ms）

アパーチャ遅延を手動で設定することで、絶対分解能値は無視されます。  したがって、コードの前半で6.5桁の測定を指定した場合、アパーチャ遅延はプログラム的に決定されます。  アパーチャ遅延を手動で小さく設定すると、アパーチャ遅延は分解能に関連しているため、6.5桁にならない可能性があります。  ただし、2つの信号は関連していますが、アパーチャ遅延を調整することで、測定に応じて同じ分解能を維持しながら読み取り速度を向上させることができます。 

上記の測定サイクルの位相を調整することで、DMMは特定の分解能で集録するだけでなく、より高速な集録を行うように最適化できます。  仕様に記載されている最大速度を得るには、1つまたは複数の位相に小さな変更が必要になることがよくあります。 

以下のセクションでは、LabVIEWアプリケーションに焦点を当てていますが、類似した名前の関数が他のテキストベースの言語にも使用できます。これらの関数の詳細については、『NI-DMM LabVIEWリファレンス』を参照してください。

LabVIEWで読み取りレートを調整する

読み取りレートを変更する最も簡単な方法は、分解能、測定機能、またはレンジを変更することです。  これらの設定を変更することで、ドライバは最適化された読み取りレートを決定します。  これらのデフォルト設定が要件を満たさない場合は、他の上級関数を使用して読み取りレートを手動で変更できます。 

前述の測定サイクルの位相は、図5に示す関数を使用してLabVIEWで変更できます。  ADCキャリブレーションとオートゼロの動作を変更するVIが2つあります。  デフォルトでは、ドライバが使用するタイミングを判断できるように、これら2つともAutoに設定されています。

整定時間とアパーチャ遅延を変更するには、プロパティノードを使用する必要があります。  これらのプロパティの使用方法については、コンテキストヘルプ (Ctrl+H) を参照してください。

図5:測定サイクルの変更に使用する上級関数

LabVIEWを使用した測定サイクルと分解能のベンチマーク

測定サイクル時間は、NI-DMM APIの「niDMM測定周期を取得」VIを使用して確認できます。  このVIは、現在の構成で、1回の測定に要する時間を返します。

図6:「測定周期を取得」VI

有効分解能のベンチマークを行うには、サンプルファインダにあるLabVIEWのサンプル「Maximizing DC Reading Rate.vi」で、アパーチャ遅延の変更が集録の有効分解能にどのように影響するかを説明します。  DMMのADCの分解能は一定ですが、有効な分解能はボードADCだけでなく、信号のノイズ量によっても決定されます。  このサンプルを使用してシステムをテストし、アパーチャ遅延の変更が実効分解能またはノイズのない分解能に与える影響を確認できます。

測定サイクルのすべての位相の詳細については、NIデジタルマルチメータヘルプファイルを参照してください。  ヘルプファイルには、これらの値をプログラム的に変更するために必要な関数の説明とともに、これらのフェーズのデフォルト値も含まれています。