Характеристики мультиметрів, що визначають його точність

Магазин Gtest® - авторизований постачальник мультиметрів до України: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/multimetry

Про швидкість і точність вимірювання шести з половиною цифр DMM

Що стосується програм вимірювання шести з половиною цифр цифрового мультиметра, багато факторів впливатимуть на точність вимірювання цифрового мультиметра. У цій статті коротко обговорюватимуться три основні фактори, а саме швидкість, цикл лінії електропередачі та температурний коефіцієнт.

1. Швидкість

Швидкість вимірювання та роздільна здатність є двома ключовими для вимірювання DMM, але ці два фактори взаємно скомпрометовані. Коли нам потрібна висока швидкість вимірювання, ми неминуче пожертвуємо роздільною здатністю. При зниженні швидкості вимірювання роздільну здатність можна збільшити. Коли швидкість вимірювання низька, ви можете мати гарну роздільну здатність сигналу, а показання точніші. З іншого боку, коли швидкість вимірювання висока, пропускна здатність тесту може бути покращена. Але в цей час роздільна здатність і точність будуть знижуватися.

Нижче наведено короткий опис помилки квантування, яка сталася в процесі АЦП (аналогово-цифрового перетворювача). Помилка квантування стосується помилки, яка виникає під час квантування безперервних значень у дискретні значення. У цифровій обробці сигналу квантування - це процес перетворення аналогового сигналу в цифровий. Процес квантування зменшує вертикальну роздільну здатність сигналу та створює помилки квантування.

Далі, для розробки напруги LSB (молодший значущий біт). Коли надходять безперервні сигнали напруги, вони будуть перетворені в дискретні точки після квантування АЦП. Далі ми пояснимо це за допомогою схеми. На малюнку A нижче показано 2-бітове цифрове квантування (чотири рівні). Коли вхідний сигнал перевищує 0,75 В і менше 1,25 В, він буде оцінюватися як 1,0 В. Іншими словами, максимальна похибка в цей час може досягати позитивних 0,25 В (завищена оцінка) і негативних 0,25 В (занижена оцінка). У цей час LSB становить 0,5 В. На діаграмі діапазону LSB у нижній частині малюнка A ми можемо побачити діапазон і періодичні зміни помилки квантування.

Рис. А

Далі погляньмо на малюнок B. Використовується 3-бітове цифрове квантування (вісім рівнів), коли вхідний сигнал перевищує 0,875 В і менше 1,125 В, він буде оцінюватися як 1,0 В. Інакше кажучи, максимальна похибка в цей час зменшується до плюса 0,125 В (завищено), і негативно 0,125 В (занижено), LSB в цей час зменшується до 0,25 В.

Рис. В

Завдяки демонстраціям на рисунку А та малюнку B ми тепер розуміємо, що 2-бітове квантування принесе відносно великі помилки, тоді як 3-бітове квантування матиме відносно невеликі помилки. Чим більше число бітів квантування, тим менша відносна похибка квантування. Наприклад, 8-бітове цифрове квантування може досягти роздільної здатності 256 рівнів, а 12-бітове цифрове квантування може досягти роздільної здатності 4096 рівнів. АЦП лічильника з шести з половиною розрядів використовує 22 біти, тому він може забезпечити дуже високу роздільну здатність.  

У таблиці 1 наведено фактичні характеристики цифрового мультиметра з подвійним вимірюванням GDM-9061 для довідки:

У таблиці можна помітити, що при поступовому збільшенні налаштування швидкості оновлення роздільна здатність цифрового мультиметра поступово зменшуватиметься з шести з половиною цифр до п’яти з половиною цифр і чотирьох з половиною цифр. Серед них ви можете побачити, що п’ять з половиною цифр відповідають трьом швидкостям оновлення: 400/с, 1,2 тис./с, 2,4 тис./с. Хоча 2,4 тис./с має високу швидкість, вона матиме велику помилку перешкод порівняно з 400 /с і 1,2 тис./с. Тому не можна нехтувати цим ефектом при виборі швидкості оновлення. Перешкоди, спричинені збільшенням частоти оновлення, в основному пов’язані з PLC (циклом лінії електроживлення), який буде пояснено пізніше.

Таблица 1

Ми можемо використовувати малюнок C, щоб побачити зв’язок між роздільною здатністю та швидкістю вимірювання. По вертикальній осі – роздільна здатність, відповідно позначена шість з половиною цифр/п’ять з половиною цифр/чотири з половиною цифри, а по горизонтальній осі – вибір швидкості вимірювання.

Рис.С

Виходячи з наведеного вище, швидкість впливає на роздільну здатність, а роздільна здатність впливає на точність. Тому вибір швидкості вимірювання слід оцінювати відповідно до вимірюваних елементів, щоб отримати найкращі та значимі результати.

2. ПЛК

PLC (Power Line Cycle) означає цикл живлення змінного струму, який використовується тестовими та вимірювальними інструментами (потужність 60 Гц становить 16,67 мс, 50 Гц — 20 мс). У таблиці 2 нижче наведено діапазон налаштувань NPLC цифрового мультиметра подвійного вимірювання GDM-9061 для довідки:

Таблица 2

Коли NPLC встановлено на 12, тобто період вимірювання встановлено на 16,6 мс x 12 = 200 мс, що еквівалентно 5 вибіркам на секунду.

Коли NPLC встановлено на 0,006, тобто період вимірювання встановлено на 16,6 мс x 0,006 = 0,01 мс, що еквівалентно 10 тис. вибірок за секунду.

Коли NPLC більший, ефект придушення шуму джерела живлення змінного струму кращий, а точність вища після підсумовування та усереднення сигналу. Однак швидкість вимірювання буде зменшена.

нше NPLC, тим вище швидкість вимірювання. Цей менший NPLC зменшить роздільну здатність сигналу, і під час вимірювання сигналів постійного струму буде більше шумових перешкод від живлення змінного струму.

У лінійці DMM GW Instek GDM-906x і GDM-8261A забезпечують функцію налаштування NPLC. Перейдіть за наведеними нижче посиланнями, щоб дізнатися більше про продукт: