NI C系列模块的产品规范手册提供了确定或选择最适合应用的模块所需的技术细节,以及在系统开发过程中验证性能的参考。本文档以术语表的形式提供了所用术语的定义,说明每个规范的重要性和相关性。
关于应用程序的详细信息,请访问NI产品文档页搜索所需的信息或用户手册。
本指南与大多数NI规范手册的章节划分相同。以下术语和定义按字母顺序列出,在规范手册中可能会以不同的顺序出现。本指南仅适用于C系列模块。其他NI产品系列(例如, 多功能DAQ 60xx、61xx、62xx和63xx系列(以前的B、E、S、M和X系列)、多功能RIO 78xx R系列、数字万用表、 示波器/数字化仪 和其他仪器)可能会使用不同的术语或方法获取产品规范,因此,本指南不应作为cDAQ和cRIO系列之外的设备的参考。虽然C系列模块与cDAQ和cRIO机箱及控制器配合使用,但其产品规范未包含在本指南中。
本指南将使用多个模块作为参考。要遵循这些规范,请访问ni.com/manuals查看相应模块的数据表。
首先,请务必注意不同规范之间的绝对差异。NI将其测试和测量仪器的功能与性能定义为“规范”、“典型规范”和“特有规范或补充规范”。关于担保或常规规范的详细信息,见模块的数据表。
C系列系统的某些规格由模块指定,其他规格由背板指定。部分产品规范还取决于系统配置。
通常,cDAQ机箱或控制器提供定时、触发、计数器和模块与主机或板载控制器之间的数据传输。cRIO控制器具有实时处理器和可重配置FPGA,可实现高速控制及自定义定时和触发。
这两种背板都直接与C系列模块交互,C系列模块将背板提供的定时和控制用于输入、输出或其他功能。模块执行自己的采集和生成,并将数据传回机箱,机箱再将数据传输给用户。某些模块还包含自己的信号调理。
所有cDAQ机箱或控制器和cRIO控制器都有各自的安全认证、电源要求和其他规范。关于本文档中未包含的产品规范,请参考机箱或控制器的数据表或产品规范。
分辨率理论上是指模块或传感器能检测到的输入信号的最小变化。ADC的分辨率由用于表示模拟信号的位数确定。
NI 9209是一款24位模块,量程为±10 V,即可检测到的最低幅值为1.19 µV。
另见
在定义的无混叠带宽中出现的任何信号都不是高频信号的混叠失真信号。
NI 9250指定无混叠带宽为0.5 * fs,即当选择直流耦合模式时,fs为102.4 kS/s时,无混叠带宽为0 Hz至51.2 kHz。
电桥完成是指将惠斯通电桥传感器(通常用于测量应变)连接至模块时为用户提供的选项。软件可选的桥完成模式有全桥、半桥和1/4桥。
NI 9237支持三种桥完成模式。
此外,NI 9237指定半桥和全桥为内部。这意味着半桥和全桥传感器可直接连接至模块,因为模块内部存在完成电桥的电阻。
NI 9237还指定1/4桥完成为外部。这意味着需要外部电阻或1/4桥完成设备(例如,NI 9944或NI 9945)与1/4桥一起连接至模块才能完成桥。
当放大器的正输入和负输入显示相同的信号时,CMRR会指定最终输出对该信号的抑制量(通常以dB为测量单位)。理想的放大器将消除100%的共模信号,但在实际中无法实现这一点。
NI 9205的CMRR为直流100 dB,最高60 Hz。这意味着它会将共模电压衰减100,000倍。例如,如果被测信号为5 Vpk正弦波,并且通道和地之间的偏移或常用电压为5 VDC,则最终输出会将5 VDC输入抑制或衰减至50 µV。精度推导中不包含CMRR,如果测得的信号包含共模电压,则应单独考虑CMRR。
IEPE是指内置电荷放大器或电压放大器封装的传感器类型。兼容电压适用于NI 9232和NI 9234等支持IEPE传感器的模块。传感器的激励电压必须小于等于兼容电压规范,才能使用传感器的全部测量范围。换言之,它是IEPE电路在保持恒定电源的情况下能够处理的最大电压降。IEPE电路两端的总电压降为:
NI 9250的IEPE兼容电压规范为19 V最大值,请注意使用下列公式确保配置符合IEPE兼容电压范围。
(V共模 + V偏置 ± V全量程)必须位于0 V~19 V
其中
Vcommon-mode为加至NI 9250的共模电压
V偏置为IEPE传感器的偏置电压
V全量程为IEPE传感器的全量程电压
注意:某些模块会将兼容电压指定为最小值。仍应以相同方式使用该规范。无论是最小值还是最大值,上述兼容电压公式的值都必须在0和IEPE兼容电压之间。
IEPE激励噪声是激励电流的均方根(rms)电流噪声。激励噪声可能会向源信号添加噪声,从而影响测量。
NI 9232的激励噪声规范为100 nArms。
如果输入阻抗有限,模块需要少量电流才能检测到信号。理论上,该值应为0 A,但实际上这是不可能的。读取测量值时应考虑指定的值。
输入电压为+8 V时,NI 9224的输入偏置电流为6 uA。流经源阻抗的输入偏置电流会产生误差电压。例如,如使用NI 9224的测量源的输出阻抗为1 kΩ,模块的读数为8.006 V,误差电压为+6 mV。
部分模块(如NI 9234和NI 9250)支持直流和交流耦合模式。选择DC耦合模式时,源信号中的任何DC偏移都将被传递至ADC。选择AC耦合模式时,信号路径的输入端启用高通滤波器,滤除信号的大部分直流成分。
NI 9250允许在直流和交流耦合模式之间通过软件选择输入耦合。AC滤波器具有3 dB点,频率为0.43 Hz。
输入延迟是从输入引脚到待读取数据的总路径延迟。在某些模块中,输入延迟指定为采样频率的函数,而在另一些模块中,输入延迟指定为值。
输入延迟规范仅适用于具有delta-sigma ADC的模块。向系统添加具有不同输入延迟的模块可能会导致这些模块之间的同步问题。可使用滤波器对来自具有较低输入延迟的模块的信号进行延迟,以与具有较高输入延迟的模块同步。
NI 9250的输入延迟为34/fs + 2.7 µs。例如,采样率设置为102.4 kS/s时,输入延迟为334.73 µs。
NI 9224为每个定时模式指定输入延迟。例如,在高精度中,输入延迟指定为199.290 ms。
注意: 某些C系列模块以混合分数表示其输入延迟。NI 9239就是一个例子。其输入延迟为(40+5/512)/fs + 3.3µs。
输入阻抗用于衡量模块上的输入电路阻止电流流向模拟输入地的程度。对于理想的ADC,该值应为无穷大,表示没有电流从输入端流向地面。但是,实际上这是不可能的。有限输入阻抗表示ADC将给电路带来一定程度的负荷,特别是具有高输出阻抗的电路。传感器的输出阻抗通常较低。
NI 9220的输入阻抗为Zin >1 GΩ。在最低输入阻抗的最坏情况下,单端测量可视为下列简化电路,假定传感器的输出阻抗为
Zoot = 150 Ω。
传感器输出阻抗和模块输入阻抗的串联会导致测量误差。例如,如信号源为5 V,模块测量的实际信号为:
因此,测量误差为750 nV。使用NI 9220时,该误差可忽略不计,因为与模块的增益误差相比,误差要小得多。但是,如源阻抗为10 MΩ,则误差为50 mV。因此,了解源阻抗和模块输入阻抗非常重要,以便了解这两个源的测量误差。
对于模拟输入,该值为可在保证精度的情况下测量的最大正值和负值。某些模块具有多个用户可选输入范围,可用于在低电平信号中提供更高的分辨率和精度。
NI 9224指定的典型输入范围为±10.54 V。这是典型模块能够精确测量的最大电压。
NI 9224还指定最小输入范围为±10.4 V。这是NI 9224每个单元保证精确测量的最大电压。
即时测量范围是模块可精确读取的实际输入范围。该规范通常附带运行输入评级,因为这些模块用于具有RMS电流的正弦输入信号。额定工作输入是模块可连续精确测量的最大RMS电流。为了保证测量的准确性,需遵守上述两种规范。
NI 9246的瞬时测量范围至少为+/-30.6A,因此可以精确测量高达+/-30.6A的电流值,但这些信号的RMS电流必须小于+/-22Arms。
最大工作电压是指在其他通道出现数据有效性问题之前,模块在任何模拟输入通道上可以承受的总电压水平。待测信号电压和AI GND有关的任何共模电压之和不应超过此最大工作电压规范,如此可确保其他通道上的精度。请注意,最大工作电压与模块的输入范围无关。
NI 9205上正在测量2.5 VDC共模的10 V峰值正弦波,其最大工作电压为±10.4 V,如下所示:
两个信号电压之和的峰值为+12.5 V,超出了最大工作电压。超出最大工作电压会使其他多路复用通道上的数据有效性受到威胁,这是因为没有足够的时间来稳定多路复用器上的多余电荷。
NMRR是模拟前端在特定频率提供的抑制。单位为分贝(dB),通常为电源线频率,例如50/60 Hz。
NI 9212指定模块在高分辨率模式下使用时,在50/60 Hz时的噪声抑制为74 dB。如信号路径上耦合的50 Hz电源线信号为100 µVrms,NI 9212将拒绝该信号为20 nVrms。
模拟前端产生的其他系统噪声,通过将输入通道接地进行测量。指定值为RMS噪声,单位为Volts RMS或LSB RMS。噪声测量是通过采集大量采样并获取采样的标准差来完成的。由于空闲通道噪声的均值很可能为0,因此RMS噪声相当于一个标准差。因此,模块采集的大约66%的采样的噪声值在RMS噪声值范围内。噪声规范是设备的有效分辨率,因为任何低于噪声值的东西都无法被感知。
NI 9223指定0.75 LSB rms噪声。NI 9223的输入范围为±10 V,分辨率为16位,因此1 LSB的电压值为305 µV,噪声值为0.75 x 305 µV,即229 µVrms。
该术语仅适用于具有delta-sigma ADC的模块。 Delta-Sigma ADC使用较大倍数的采样率,例如给定信号奈奎斯特速率的128倍。举例来说,如要对25 kHz信号进行采样,使用大于奈奎斯特速率(50 kHz以上)的采样率就足够了。但是,使用128倍过采样率的Delta-sigma ADC将以远高于奈奎斯特速率的频率对信号进行采样。这种方法有几个好处,例如更好的抗混叠和更高的分辨率。
过采样数据在作为输出可用之前,由ADC内的数字滤波器进行处理。由于数字滤波器处理过采样数据所需的时间非零,输出数据速率始终低于过采样速率。输出数据速率等于过采样率除以ADC降采样率。
NI 9218的过采样率为64*fs,fs是软件选择的输出数据速率。
NI 9250的过采样率(1024*fs、512*fs、256*fs、128*fs、64*fs或32*fs)取决于软件选择的输出数据速率。
抗混叠衰减指定在给定频率下提供多少衰减,该衰减将混叠回模块通带。要了解混叠抑制,首先必须了解采样系统的混叠属性。Nyquist定理指出,只要采样频率大于2f,就可以精确测量频率为f的信号的频率。如试图通过采样2f的信号测量高于f的频率,将在低于f的频率处创建混叠或假信号镜像。这些假频率将显示为奈奎斯特频率附近原始频率的镜像。
其中
R(采样率) =100MS/s
fs(正在采样的信号) =70MHz
fN(相对于采样率R的奈奎斯特频率) = 50MHz
fa(混叠频率) =30 MHz
混叠信号的频率可通过下列公式得到:
fa = |R*n-fs|
n是最接近混叠信号的采样率(R)的整数倍。
在软件选择的最低输出速率下指定的过采样率抑制还可提供设备对数字滤波器混叠孔中可能出现的信号的抑制量的指导。
NI 9250指定过采样率下的抗混叠衰减为100 dB,采样率为3.2768 MHz,fs = 102.4 kS/s。由于采样率是过采样率的整数倍,过采样率的信号将在0 Hz和51.2 kHz(Nyquist带)之间混叠。通过100 dB的抑制,该信号将衰减100,000x。
在损坏之前,输入引脚之间可承受的电压模块数量为指定的持续时间。
NI 9223的每个通道均具有±30 V过压保护。该模块可连续承受引脚间30 V的最大电压差,而不会造成损坏。
NI 9244的过压耐压性能为1000 Vrms(持续1秒),800 Vrms(持续)。因此,如果模块使用了1000 Vrms信号,则保证在模块损坏前最多只能耐压1秒。如模块电压为800 Vrms,模块可连续承受该电压。
对于某些模块,过压耐压是信号频率的函数。下图显示了NI 9775的SOA。橙色迹线表示模块的保护极限,它是输入电压和输入信号频率的函数。例如,如输入信号频率为5 MHz,模块的保护电压可达30 Vpk。但是,如信号频率为25 MHz,模块的保护范围最高为10 Vpk。
通道间相位不匹配定义了给定通道相对于参考通道的相位差。它是输入频率的函数。
NI 9250指定通道间增益不匹配fin * 0.035°最大值,其中fin以kHz为单位。例如,如输入信号频率为2 kHz,模块上一条通道与其他通道的最大相位差为0.07°。
采样速率指定了ADC将数据从模拟值转换为数字值的频率。某些模块只有一个ADC,因此采样率可在通道间共享或多路复用。这也称为扫描采样模式。而其他模块每通道有一个专用的ADC,也称为同步采样模式。采样速率按照每秒样本数(S/s)或者每通道每秒样本数(S/s/ch)(从多个通道采集样本时)进行测量。
NI 9205指定采样率为250 kS/s多路综合。NI 9205是一个多路复用模块,它只有一个ADC,因此如果配置为在所有16个差分通道上采集,每个通道上的最大采样率为15.625 kS/s (250/16)。
NI 9223指定采样率为1MS/s/ch。NI 9223是一个同步输入模块,每个通道都有一个独立的ADC,因此每个通道的采样率为1 MS/s。
模块损坏前在指定持续时间内可承受的突然电压。
NI 9244规定的浪涌耐压为8 kV (1.2 µs / 50 µs)。使用如下所示的浪涌电压波形对模块进行测试。其中Um为8 kV。
TEDS是IEEE1451.4传感器标准,为模块正确使用来自模拟传感器的信号提供了重要属性。
NI 9250支持IEEE 1451.4 TEDS Class 1。
超出模块精度规范之前,模块能够驱动的电容大小。超出该值将无法保证输出信号的完整性符合规范。
NI 9264的容量驱动规范为1,500 pF,最大值。
模块可输出的最大电流,也定义了模块在保持全输出范围的同时可驱动的负载阻抗。通常在每个通道上指定,每个模块的最大值。超出规范会影响模块保持全输出范围的能力,但不会损坏模块,因为模块提供短路保护。NI机箱支持所有插槽同时以最大电流驱动模块。
NI 9264的电流驱动规范如下:
如模块配置为在一个通道上产生输出,则该通道的电流驱动为±4 mA。另一种方法是,为了在一个通道上输出±10 V,负载电阻必须至少为
10 V / 4 mA = 2.5 kΩ。
但是,如果模块配置为多通道输出,则模块能够驱动的总电流限制为±16 mA。例如,如模块配置为在4个通道上输出电压,且4个通道的负载均为± 4mA ,由于最大电流尚未超过±16 mA,模块可实现该操作。但是,如果模块是5个通道而不是4个通道,则模块不再保证每通道驱动±4 mA,因为模块的总电流驱动已超过±16 mA。
DNL是数模转换器(DAC)的理想步长与输出的实际值之间的差值(通常以LSB为测量单位)。在理想的DAC中,DNL值为0 LSB。INL是DNL的复合效应,因此INL规范经常用于精度计算中。
NI 9264的DNL指定为±1 LSB最大值,INL指定为±12 LSB最大值。即对于DAC输出的任何值,实际值可能与编程值相差±1 LSB。例如,如果用户对DAC进行编程,从而输出1 V的值,则输出(不考虑精度的影响)的范围可以是:
另见
从数字值转换时代表模拟信号的位数。
NI 9264的DAC分辨率为16位,即2^16或65,536个离散值可在±10 V的输出范围内输出,每个步骤为10 V / 65,536 = 305 µV。
单调性可保证当DAC代码增加时,输出电压也增加。如DNL不大于±1 LSB,模块保证为单调。
NI 9264的DNL为±1 LSB最大值,保证了模块的单调性。它还指定了16位的单调性,即16位之间的转换是单调的。
另见
定义电流输出模块在达到输出兼容电压之前,可为给定负载电阻驱动的最大负载。
NI 9265的最大负载为600 Ω,输出电流为20 mA,因为模块的兼容电压为12 VDC。兼容电压和输出电流定义了模块的最大负载驱动。例如,如所需输出电流仅为10 mA,模块可驱动高达12 V / 10 mA = 1.2 kΩ的负载。
另见
输出阻抗是与模拟输出通道有效串联的阻抗,如下所示:
低输出阻抗允许将产生的更多电压分配给模拟输出的负载。请务必将输出阻抗考虑在内,从而确保达到所需的电压精度。
NI 9264的输出阻抗为2 Ω。即如果连接的负载阻抗为500 Ω,并且用户指定的电压为1 V,则负载上的实际电压为0.996 V,比预期低4 mV。在该电压下,还将从模块流入1.99 mA的电流。
模块可生成的最大正负值。某些模块具有多个输出范围,可用于在较低电平信号上提供更高的分辨率。
NI 9265是一款电流输出模块,输出范围为0 mA~20 mA。
NI 9264是一款电压输出模块,输出范围为±10 V。
另见
模拟输出值稳定在一定精确度范围内所花费的时间。稳定时间与负载电容有关。较低的负载电容值可缩短稳定时间。
NI 9264指定稳定时间为:
此处的稳定时间适用于100 pF的负载电容,指定时间为输出稳定到1 LSB内所需的时间。因此,对于20 V步长,输出从-10 V驱动到10 V,稳定到9.999683 V需要20 µs。在1 V步长或0.1 V步长的情况下,稳定所需的时间更少。
边沿斜率是指给定模块中模拟输出通道的变化速率。通常以V/µs为测量单位。输出的稳定时间使用计算中已包含的边沿时间计算得出。在设计用于高幅度高频信号的系统时,务必要考虑边沿斜率,因为幅度的大幅摆动可能会超出给定模块的边沿斜率。
NI 9264的速率为4 V/µs,即输出在-10 V和10 V之间切换时可生成的最高理论频率为200 kHz。但是,由于模块的输出数据速率仅为25 kS/s,因此无法生成200 kHz的信号。此处,斜率可视为额定信号边沿的限制,而不是输出频率的限制。
另见
对于模拟输出,更新率指定模块产生输出的频率。大多数NI C系列模块在每个模拟输出通道上都有一个DAC,但将共享存储模拟输出数据的FIFO。当在同一模块上使用多个AO通道时,从此FIFO读取数据并将其传输到板载不同DAC的速率有时会限制更新速率。更新速率按照从单一通道输出的每秒样本数(S/s)或者从多个通道输出的每通道每秒样本数(S/s/ch)进行测量。
根据NI 9264的产品规范,模块配置为仅在1个通道上输出时,更新其输出至少需要3.1 µs。如配置为多通道输出,时间更长。
精度是指测量值与正确值的接近程度。全量程绝对精度是假设被测值为给定范围内支持的最大电压,从而计算得出的理论精度。测量的精度会随测量值的变化而变化,因此为了能够在模块之间进行比较,采用全量程精度。请注意,全量程绝对精度会假设环境变量(如25 °C运行环境温度),可能会与实际情况有所不同。
NI 9223发布上表精度部分。例如,当模块配置为返回校准数据且测量5 VDC时,全工作温度范围的最大预期增益误差为±0.20% x 5 V = ±10 mV。偏移误差为±0.10% x 10 V = ±10 mV,因此测量5 V信号时的总不确定度为5 V ±20 mV。
测量一个通道上的信号对相邻通道的耦合或影响程度。只要在物理上靠近另一条导线或PCB迹线的导线或PCB迹线上存在幅度变化信号,就会存在串扰。串扰有时也称为看到重影、浮地或其他未预期的电压。
输入频率为1 kHz时,NI 9224的串扰规范为-125 dB。例如,如AI 0使用10 Vpk, 1 KHz输入信号驱动,5.6 µVpk 1 kHz信号将耦合到AI 1。
SFDR是在杂波噪声干扰或导致基本信号失真之前的可用动态范围。基波信号的幅值通常为-1 dBFs。SFDR用于衡量基波和最大谐波或非谐波相关直流激励与全Nyquist带宽(采样率的一半)之间的幅值比率。频谱分析仪上任意频率区间或来自傅立叶变换的模拟信号的杂波,以dBc为单位。
下图显示了SFDR的测量方法。
NI 9250指定其非谐波SFDR为138 dBF。
这是模块能够提供给IEPE传感器的激励电流。可在软件中打开或关闭。
NI 9232指定的典型激励电流为4.25 mA。
这是IEPE电路在保持恒定电流供应的情况下可处理的电压降。
NI 9232指定IEPE激励电压(兼容电压)为22 V最小值,可通过软件启用或禁用。
通带内信号的增益和衰减是基于频率变化的。通带平坦度是指增益的幅度相对于参考频率的微小变化。
NI 9250指定从直流到20 kHz的最大平坦度为0.03 dB。这意味着直流和20 kHz之间的最大变化不超过0.03 dB。
通道间相位不匹配定义了给定通道相对于参考通道的相位差。它是输入频率的函数。
NI 9250指定通道间增益不匹配fin * 0.035°最大值,其中fin以kHz为单位。例如,如输入信号频率为2 kHz,则一个通道与其他通道的最大相位差为0.07°。
IMD是另一种测量模块非线性失真的方法。IMD通常用于测量接近模块或测量系统高频极限的模块失真。如模块的输入为混合单频信号,模块中的非线性将导致混合单频并在频谱中创建新的单频。这些新信号的电平由IMD定义。
NI 9250指定根据两个标准进行测试的互调失真:-101 dB (SMTPE 60 Hz + 7 kHz)和-103 dB (CCIF 14 kHz + 15 kHz)。
输入带宽通常也称为-3 dB带宽,是信号幅值低于直流信号幅值3 dB的频率。-3dB是指定产品输入带宽的行业标准。
NI 9224指定输入带宽为1.3 kHz。如模块的输入为1 VDC信号,模块将测量1 VDC。如模块的输入为频率为1.3 kHz的1 Vpk信号,信号的幅值为0.707 Vpk。
该换算系数与ADC输出(以代码为单位)相乘时给出工程单位。仅当读取原始ADC代码时,了解换算非常重要,否则可忽略这一点,因为以校准模式读取时会发生从代码到工程单位的换算。
NI 9244的换算系数为118,911 nV/LSB。指定全量程输入的电压为997.5 Vpk。当NI 9244使用正全量程输入时,ADC代码将为8,388,608,即2^23;此处ADC代码的幂为23,而不是24,因为模块进行内部软件操作,将24位中的一位作为符号位。8,388,608 x 118,911 nV/LSB = 997.5 Vpk ;同样,当输入为负全量程时,ADC代码为-8,388,608 x 118,911 nV/LSB = -997.5 Vpk
增益和偏移漂移定义了增益和偏移误差随温度变化的程度。通常指定为每摄氏度的变化。
NI 9224的增益漂移为±17 ppm/°C,偏移漂移为21 µV/°C。这意味着对于典型的板卡,增益误差每摄氏度变化17 ppm,偏移误差每摄氏度变化21 µV。增益漂移仅适用于常规规范,且超出±5 °C窗。
理想情况下,在线性相位系统中,相位和信号频率呈线性关系。这意味着所有频率的输入信号在系统中具有相同的时间延迟。相位非线性度表示相位频率函数偏离理想值的程度。
NI 9239指定相位非线性度为0.11°最大值。这意味着理想的线性频率-相位CURVE的最大偏差为0.11°。
在理想系统中,正弦波的快速傅立叶变换(FFT)可产生指定频率的单个峰值。但是,在现实世界中,非线性和噪声的存在会导致不完美。当特定频率的信号f1通过非线性系统时,输出由f1及其谐波组成。
谐波失真用于衡量信号谐波中的功率相对于基波中的功率。总谐波失真(THD)用于衡量频谱中所有谐波相对于基波功率的和。可定义为功率比或百分比比。
以功率比表示时:
PTHD是总谐波失真的功率,P基频是基本信号功率,以dB为单位,P伤害是谐波的总功率,以dB为单位。
以百分比比率表示时:
VkN是第N次谐波的幅值,V Fund是基波信号幅值。
NI 9223指定THD为-85 dB,1 KHz时的20 Vpp信号为测试信号。这意味着1kHz基频和所有谐波之和之间的功率差相当于-85 dB。
热电偶本身依赖于两种不同金属交点存在电势的原理。CJC十分必要,因为热电偶两端和测量系统(接线盒、接线盒)之间的连接也会增加热电偶电压的电势差。使用板载CJC传感器测量热电偶和测量系统之间的温度可补偿该误差。CJC传感器精度仅为CJC传感器的精度规范。
NI 9212为两种支持的连接器指定了CJC精度。CJC精度包含在已发布的热电偶总精度中,如NI 9212数据表中的表1。
开路热电偶检测(OTD)电路用于检测热电偶损坏或热电偶错误。OTD电路通过向热电偶注入电流并回读电压来检测连接至测量设备时可能存在开路的热电偶。热电偶开路时,将返回一个明显的高电压值。输入热电偶的电流为输入OTD偏置电流。在某些系统中,可通过编程轮询OTD状态,以避免意外读数。
NI 9212指定在23 °C ±5 °C时,输入OTD偏置电流为37.4 nA。例如,如热电偶的源阻抗为0.5 Ω,OTD偏置电流可产生18.7 nV的额外误差。
开路热电偶检测(OTD)电路用于检测热电偶损坏或热电偶错误。输入OTD偏置电流漂移定义输入OTD偏置电流漂移随温度变化的程度。通常指定为每摄氏度的变化。
NI 9212的输入OTD偏置电流漂移指定为±12 pA/°C最大值。该值归一化为23 °C
例如,如热电偶的源阻抗为0.5 Ω,模块的工作环境温度为43 °C,可预期额外误差为20 x ±12 pA/°C x 0.5 Ω = 120 pV。
开路热电偶检测(OTD)电路用于检测热电偶损坏或热电偶错误。OTD源阻抗的偏移误差是归一化为1 Ω的输入OTD偏置电流。
当OTD源阻抗的偏移误差为23 °C ± 5 °C时,每Ω加37.4 nV。例如,如热电偶的源阻抗为0.5 Ω,OTD偏置电流可产生18.7 nV的额外误差。
开路热电偶检测(OTD)电路用于检测热电偶损坏或热电偶错误。在NI 9214等模块中,可通过软件开关OTD设置。
开关OTD开/关时的开路热电偶稳定时间是启用或禁用OTD电路后进行温度测量前建议等待的时间。
NI 9214指定开路热电偶稳定时间为6秒,建议开启或关闭OTD后进行温度测量。
开路热电偶检测(OTD)电路用于检测热电偶损坏或热电偶错误。OTD稳定时间是模块检测到开路热电偶之前所需的时间。
在大多数模块中,该值太小,因此无法指定,但当该值较大时,可指定该值。
NI 9212的开路热电偶稳定时间为0.75秒。如热电偶开路,模块需0.75秒后才能检测到。
测量敏感度表示测量传感器能够检测到的最小温度变化。它适用于热电偶,具体值取决于热电偶类型。这类似于LSB权重规范,其中电压输入模块可检测到的最小电压变化。
NI 9212指定模块高速运行时,J型、K型、T型和E型热电偶的测量灵敏度为0.05 °C。这意味着使用这些热电偶类型时可检测到的最小温度变化为0.05 °C。
该范围指定模块可以保证精度测量的最高和最低温度。
NI 9214指定的温度测量范围涵盖了NI标准和技术研究所(NIST)为所有支持的热电偶类型(J、K、T、E N、B、R、S)定义的整个温度范围。例如,NI 9214可测量K型的温度范围:-270 °C~1260 °C。
定义可用于模块的热电偶类型。热电偶类型通过字母类型进行标准化识别,每种类型由特定的化学成分组成,并适用于特定温度范围内的测量。
NI 9212可与J、K、T、E、N、R、S和B型热电偶配合使用。
理想情况下,设备的输入阻抗无限大,并且不会流入电流,但实际上无法实现。当在0 V或5 V下读取数字值时,NI设备的数字输入电路将流入少量电流。测量高电压水平时流入的电流量为输入高电流,同样,测量低电压水平时流入的电流量为输入低电流。请务必确保被测数字信号具有承受指定电流值的能力。根据模块的不同,该规范可列为输入电流、IIH、IIL,或在数字逻辑电平下列为漏极和/或源极电流。
0 V ≤ Vin ≤ 5 V时,NI 9403将漏极或源极最高为250 µA。Vin = 0 V时,NI 9402将源极最高为55 µA;Vin = 4.5 V时,NI 9402将漏极最高为150 µA。
NI 9426处于OFF状态时,源极电流最高为150 µA;处于ON状态时,漏极电流最低为330 µA。这适用于所有数字线。
另见
当NI模块的输入电路包含的下拉电阻超过常规值时,输入电容可用于确定输入阻抗。输入阻抗用于确定驱动模块输入所需的电流,可通过下列公式计算:
其中:
Vcc是驱动NI 9401的用户电路提供的电压
fin是驱动NI 9401的用户电路提供的电压频率
C(in,9401)是手册中指定的输入电容
线缆是所用线缆的电容
I(in,9401)是NI 9401的输入电流
NI 9401指定输入电容为30 pF。由于NI 9401提供DIO TTL信号类型,阻抗通常不会影响这些类型的应用。相反,电流驱动是可通过上述公式计算的驱动规范。
例如,在10 kHz提供2.2 V信号时,驱动输入所需的电流为Iinput=[2.2 V x 500 kHz x (30 pF + 1000 pF)+ 250mA] = 251.133 mA。
另见
输入阻抗用于衡量输入电路阻止电流流向数字输入COM的程度。某些模块将该规范分为输入电阻和输入电容。这些模块不具有线性I/VCURVE特性,因此所有电压均可具有单个电阻值。由于阻抗是电压的强函数,某些模块不会指定输入阻抗,但会在给定电压下提供预期电流。
NI 9402指定最小输入电阻至少为49 kΩ。
同时,NI 9426指定输入阻抗为30 kΩ,容差为±5%。传感器输出和NI模块输入的串联组合意味着电压将在两个阻抗值之间分配,其中较大的阻抗将承受大部分电压。这意味着NI模块测量的电压是传感器的输出电压乘以输入阻抗与NI模块输入和传感器输出阻抗之和的比率。本范例中,传感器输出阻抗为150 Ω。
为了说明输入阻抗成为重要规范的示例,以传感器具有极高输出阻抗(如20 kΩ)的假设情况为例。将NI模块连接至具有极高输出阻抗的传感器,可使传感器的5 V额定输出读取为3.00 V。
另见
理论上,当数字信号从低电平转换到高电平时,它将立即发生。然而,信号在高电平和低电平之间转换需要时间。上升时间是指信号从低电平变化至高电平,即从电压的10%升至90%所需的时间。下降时间是指信号从低电平变化至高电平,即从电压的90%降至10%所需的时间。
NI 9401指定输入上升/下降时间为500 ns,最大值。这意味着读取从TTL低电平转换为TTL高电平的信号时,从0.525 V转换为4.725 V可能需要500 ns。
设置时间是指模块对NI模块的读数进行时钟定时并获取准确的测量值之前,输入信号必须稳定的时间。如输入信号不稳定,或位于指定电压阈值的上限和下限内,则在此期间可能测得不正确的数据。
NI 9403的最小设置时间为10 ns。这意味着,输入高电平信号必须保持在2.2 V至5.25 V之间至少10 ns,然后才开始读取NI 9403,以精确测量数字逻辑电平。由于NI 9403的保持时间为60 ns,信号必须保持至少70 ns的稳定。
另见
保持时间是指模块开始读取数据后,输入信号稳定不变的时间。如输入信号不稳定,或位于指定电压阈值的上限和下限内,则在此期间可能测得不正确的数据。
NI 9403指定保持时间为最小值60 ns。这意味着在NI 9403开始读取后,信号必须保持至少60 ns的稳定,以便能够精确测量数字逻辑电平。由于NI 9403的设置时间为10 ns,信号必须至少稳定70 ns。
另见
滞后定义了NI模块识别瞬态时必须发生的电流和电压电平变化。在这种情况下,观测到的转换为从高状态到不确定状态,以及从低状态到不确定状态。该规范说明了再次进入不确定状态之前,ON状态电压电平或OFF状态电压电平的变化程度。滞后规范的电流分量为指定电流电平定义了类似行为。
NI 9425规定的滞后至少为2 V。这意味着,如果信号从6 V转换为4.5 V(即1.5 V的变化),即使逻辑电平本身从不确定状态转换为OFF状态,它仍将处于不确定状态。如信号从6 V变为4 V(即2 V变化),将变为OFF状态。60 µA电流最小值指定必须满足与输入电压直接相关的输入电流。
另见
输入延迟时间是信号从模块的输入引脚传递至15引脚DSUB的机箱或控制器连接所需的时间。输入延迟时间是指通道由ON状态转换至OFF状态或OFF状态转换至ON状态时,通道端电压必须保持为ON或OFF状态电平的时间。确定应用程序的信号速率时也应考虑该规范,因为输入延迟时间可能比允许的信号转换时间更长。
NI 9411指定输入延迟时间为500 ns,最大值。因此,信号的传播需要500 ns。这意味着信号必须保持稳定至少500 ns,才能精确测量数字逻辑电平。
另见
上电输出状态指定NI模块上电时输出通道的默认状态(ON或OFF)。
NI 9476上电输出状态为“通道关闭”。这意味着上电时输出通道默认为OFF状态。
另见
生成逻辑高或逻辑低时,输出信号的预期工作电压范围。输出电压通常还指定模块可接收并保持高或低输出电压的电流。
NI 9402指定高电压的最大电压输出为3.4 V。对于低电压,VOL指定模块可漏极2 mA,最大输出0.3 V。
另见
输出延迟时间是通道两端的电压将通道从ON变为OFF或从OFF变为ON所需的时间。该时间还包括从机箱连接至模块输出引脚的传播时间。该规范在最大电流驱动和电压输出范围满负荷时定义。确定应用程序的信号更新速率时也应考虑该规范,因为输出延迟时间可能比允许的信号转换时间更长。
NI 9472指定满负载时的输出延迟时间为100 µs最大值。这意味着,在最大连续输出电流0.75 A时使用30 V的电压范围时,信号传播至模块前端可能需要100 µs的最大时间。
另见
连续输出电流是每个通道在不超出指定运行条件限制的情况下可获取的电流;这可能包括模块关闭或损坏。查看特定模块的数据表以确定模块的行为。
NI 9472指定每通道0.75 A的连续输出电流。当每通道电流超过0.75 A时,NI 9472指定下列行为:
开关输出电流是指定输出频率、最大占空比和2米线缆下每个通道可获取的电流。该规范适用于NI 9478。
NI 9478指定一个通道上的开关输出电流,最大值为4 A,输出频率为10 kHz。在单通道开启的情况下以20 kHz的高频输出时,最大值为3.33 A。
输出电阻是NI模块输入阻抗的电阻成分。在下图中,输出阻抗为50 Ω。匹配特性阻抗可改善信号损耗和反射。
NI 9402的输出电阻至少为49 Ω最小值。这使得BNC线缆的特性阻抗匹配至50 Ω,以确保最佳信号完整性。
另见
输出阻抗(R0)是与数字输出通道有效串联的阻抗。低输出阻抗允许将产生的更多电压分配给负载。请务必将输出阻抗考虑在内,从而确保达到所需的电压水平。输出电流的输出阻抗可用于确定预期的输出电压。
NI 9475的输出阻抗为0.14 Ω,最大值。使用下列公式,最大连续输出电流为1 A,外部电源为60 VDC:
V超 - (I0 x R0)
该应用的最小输出电压可计算为 59.86 V。
另见
通道间延迟差是指第一个输出通道更新至最后一个输出通道更新的时间。是要同时更新的两个通道之间的时间延迟。当同时读取或输出上升沿或下降沿时,通道上上升沿或下降沿相对于另一通道的时间差。
NI 9403将通道间偏移指定为最大值265 ns,即同时转换的两个通道之间可能存在265 ns的延迟。无法防止该模块输出线的斜率。NI 9401推荐用于需要更严格地控制偏度的应用。9401的最大通道间偏移量为100 ns,等于其最大更新速率。
输出电压定义了NI模块可在其输出线上提供的电压范围。对于这些NI模块,输出电压由输出阻抗、输出电流和外部电源电压范围定义。
Vsup - (I0 * R0)
使用36 V直流电源电压时,NI 9476的输出阻抗最大值为0.3Ω,连续输出电流最大值为200 mA。因此,满负载时,最大输出电压为35.94 V。
另见
模块在不进入过流状态的情况下,可从所有输入/输出线驱动的最大保证电流。
NI 9403指定模块输出电流为64 mA,最大值。通过32个通道,每个模块的源电流可达2 mA。如输出通道汲取更多电流,模块将进入过流状态,在此期间,模块将对所有DIO通道进行三态,持续时间约为280 ms。模块继续保持过流状态,直至消除过流条件。
另见
外部电源电压范围(Vsup或Vsup至COM)定义了直流电源可接受的电压范围。
NI 9476定义的外部电源电压范围为6 V DC~36 V DC。某些NI模块(如NI 9411)可在外部电源部分提供该信息。
另见
Vsup电流消耗指定用户外部电源所需的最大电流。
NI 9476将Vsup电流消耗定义为28 mA。这意味着NI 9476使用的外部电源必须能够提供高达28 mA的电流。
另见
对于双向模块,数字上电线方向指定模块上电时,数据线默认为输入还是输出。
上电后,NI 9403线将默认为输入通道。
开关频率是模块电路的更新速度。这意味着,如果转换频率高于开关频率,模块可能会错过从高到低或从低到高的转换。该规范适用于使用CompactRIO机箱的应用程序。根据要求的占空比和速率,更快的设计可能有效,但NI不保证这些限制,它需要用户验证最终设计。开关频率是每个通道指定的,因为它与电路的更新能力直接相关。
使用全部8个输出通道时,NI 9401可实现5 MHz开关频率。这意味着所有8个通道可每0.2 µs更新一次输出。
另见
输入/输出类型用于定义NI模块兼容的逻辑信号类型、信号端接方式以及线是灌电流还是源电流。灌电流和拉电流这两个术语用于定义对负载中直流电流的控制。
漏极DIO为负载提供接地连接。
源DIO为负载提供电压源。
TTL(晶体管-晶体管-逻辑)和LVTTL(低压晶体管-晶体管逻辑)信号必须符合定义的规范才能与标准兼容。这些NI模块为漏极/源极模块。
差分和单端决定了NI模块可测量的信号类型。
NI 9403将输入/输出类型定义为TTL单端。这意味着该模块不兼容差分信号,但能够测量/输出TTL兼容的5 V信号。作为TTL模块,它具有漏极输入和源极输出。
另见
更新/传输时间是软件从NI模块读取数据或将数据写入NI模块的最大时间。注意,这可能因硬件而异,例如,NI 9775。
NI 9403的更新/传输时间为7 µs。根据奈奎斯特定理,NI 9403能够每14 µs采集一个周期的信号。
另见
I/O脉冲宽度失真是NI模块输入和/或输出通道之间的最大固有偏移。
NI 9401指定I/O脉冲宽度失真为10 ns。这意味着即使管理了所有定时误差源,两个信号之间仍可能存在10 ns的偏移。
另见
电容驱动定义了用户负载的最大电容,以确保模块消耗的电流不超过允许的电流。
NI 9381指定电容驱动为100 pF。
传播延迟是输入或输出信号在背板和I/O连接器之间传播所需的时间,不包括连线引起的额外延迟。可以是写入NI模块后,输入或输出信号变为有效的时间。
NI 9402的最大传播延迟为55 ns,常规传播延迟为18 ns。
另见
方向改变时间指定将线方向从输入改变为输出或从输出改变为输入的最大时间。
NI 9403的最大方向变化时间为18 µs。这意味着将输入线转换为输出线(或相反)并获取有效数据可能需要18 µs。
另见
理想情况下,设备的输入阻抗无限大,并且不会流入电流,但实际上无法实现。当在0 V或5 V下读取数字值时,NI模块的数字输入电路将流入少量电流。测量高电压水平时流入的电流量为输入高电流,同样,测量低电压水平时流入的电流量为输入低电流。请务必确保被测数字信号具有承受指定电流值的能力。该规范也可能列在输入和输出电压下。
当Vin = 0 V时,NI 9402电流将达100 μA;当Vin = 5.25 V时,灌电流将达100 μA。这适用于所有的数字线路。
为了记录逻辑高或逻辑低,输入信号应处于建议的工作电压范围。
NI 9401将被记录为低信号的电压输入范围指定为0 V至0.8 V。对于高信号,该范围为2 V至5.25 V。如果低于0 V和高于5.25 V,设备将处于过压保护状态。也存在不确定的范围,即如果从低到高或从高到低的变化不超过VIH或VIL,则不记录。
另见
在输出高电流值或低电流值时,多个NI模块的额定电压为0 V和5 V。但是,如果连接了阻抗相对较低的负载,电流需求会更高,而该额定电压将从0 V升高或从5 V降低。此规范体现了输出电流与输出电压之间的关系。
根据向引脚写入的高值或低值,NI 9401能够具有拉电流或灌电流能力。拉电流和灌电流的最大值为每通道2 mA或100 µA,具体取决于输出低电平和输出高电平。当电流离开设备(源)时,电流显示为-2 mA。当电流进入设备(灌入)时,电流显示为+2 mA。
另见
各个数字线都有专门的I/O保护,可防止出现静电放电(ESD)和过压情况。为了提高设备的安全性,所有数字线路都共享第二级保护。多条线路上同时出现过压情况,会给此共享保护电路造成压力,并可能导致设备损坏。在该电压电平下继续使用将缩短模块的使用寿命。
NI 9401的通道和COM引脚之间的过压保护为±30 V,一次一个通道。即每条线路可以安全地承受高达±30 V的过压,但不得有两条以上线路同时超过额定电压输入。
另见
短路保护定义了处于短路状态时,NI模块的保护处于何种状态。每个模块指定与短路保护电路接合的数字线上的响应和电压或电流阈值(该状态称为短路状态)。
NI 9476规定,当通道短路至COM或直至外部电源电压值的电压时,短路保护将无限期地接合。这意味着,如果数字线意外短路至COM,通道将不断循环,直至短路消除或电流返回可接受的低电平。NI 9476的每个通道均具有一条状态线,在软件中,它用于指示通道是否处于过流状态。
与所有测试和测量设备一样,执行常规校准来确保模块在指定的精度设置内运行十分重要。由于模块会自行散发一定热量,因此在进行任何测量之前,请务必按指定的时间进行预热,从而确保达到稳定的温度。预热后,如果支持,建议执行自校准。关于NI提供的校准服务的更多信息,见校准服务。
NI 9212的预热时间为15分钟,校准周期为1年。使用一年后,NI建议发送模块进行认证校准。
产品规范描述了模块的工作条件。机箱、控制器和背板是单独评级的,因此请确保系统的所有组件均符合环境规范。
NI 9250的工作温度范围为-40 °C~70 °C,最高海拔5,000米。
有关NI致力于以环保的方式设计和制造产品的更多信息,请访问ni.com/environment。
危险环境是指周围大气中含有潜在易燃或易爆物质的环境。在北美,该类别描述了易燃材料的性质(如气体、灰尘等),该类别描述了危险材料可能存在的条件(正常或异常),该类别描述了存在的具体材料类型(如乙炔、氢等)。关于在危险环境中操作的注意事项,请参考模块的用户手册或入门指南。
NI 9250通过不同环境认证,尤其是UL Class I, Division 2, Group A以及IECEx IIC。这两项认证均适用于可能存在乙炔气体的环境。
平均故障间隔时间(MTBF)是可修复产品的平均故障间隔时间。是在特定测量间隔内,在指定条件下,所有部件在指定范围内执行的平均寿命单位。MTBF是一种统计估计,通常用于计算产品在指定环境中运行期间的成功概率(可靠性)或失败概率。
NI发布了大多数产品的尺寸图,可用于在购买模块或创建所建系统的模型之前检查空间情况。物理特性也描述了接线端的连线要求。
请务必了解系统的电源要求,以便提供正确的功率。本部分提供的值适用于正常使用的情况,并未列出在规范外使用模块可能消耗的最大功率。NI销售的电源符合推荐的产品规范,但可根据需要使用第三方电源或自定义电源。请确保电源适用于您的环境,尤其是在危险或恶劣条件下。某些C系列模块具有独立于背板的额外电源要求。
NI 9250处于活动模式时,机箱的最大功耗为0.96 W。
C系列模块经过测试并符合规范手册三部分中列出的各种标准。关于任何标准的更多信息,请访问ni.com/certifications。
认证搜索可用于查看NI 9212的合规性规范: NI 9212 - 产品认证 - NI
隔离规范适用于模块能够处理接地和引脚之间的情况。连接至C系列模块的电压分为不同类别。Measurement Category CAT O,即Measurement Category CAT I,用于测量不直接与MAINS相连且隔离的负载、设备或Circuits。Measurement Category CAT II适用于可连接至MAINS或未与MAINS隔离的测量。对于C系列模块,其安全电压额定值用于特定连接(例如,RS-485串口等),因此高电压额定值模块可用于任何机箱。
通过NI 9250的通道对地安全连接最高30 V(Measurement Category I)。
过压规范适用于模块可在引脚间处理的情况。连接至C系列模块的电压分为不同类别。Measurement Category CAT O,即Measurement Category CAT I,用于测量不直接与MAINS相连且隔离的负载、设备或Circuits。Measurement Category CAT II适用于可连接至MAINS或未与MAINS隔离的测量。对于C系列模块,其安全电压额定值用于特定连接(例如,RS-485串口等),因此高电压额定值模块可用于任何机箱。
使用BNC安全连接NI 9215上高达30 V的AI+至AI-。
C系列模块已按照特定的行业标准进行了测试,确保规定的精度符合规范,且设备完整性保持在规定的冲击和振动规范内。请务必不要超过这些指定值,从而确保模块正确、准确地运行。所有C系列模块以及cRIO和cDAQ机箱均经过相同的冲击和振动标准测试。但是,满足这些规范可能需要特定的固定或连接流程,具体操作见机箱用户手册。
为满足NI 9250的冲击和振动规范,必须将系统固定在面板上。
这表示在最坏情况下消耗的功率。这包括模块输入电压超过推荐输入电压(过压)的情况。
模块处于活动模式时,NI 9250在70 °C时的散热最大为1.30 W。这意味着,当模块准备采集数据、正在采集数据或当前处于故障状态时,模块将最多耗散1.30 W。
某些ADC对温度变化非常敏感。通过允许模块达到稳态温度,可降低灵敏度并测量更精确的读数。
NI 9212的预热时间为15分钟。这意味着建议在模块上电后等待15分钟,开始使用该模块进行测量,以确保最佳精度。