在使用DMM测量交流电压信号时需要注意什么?
硬件: Modular Instruments>>Digital Multimeters (DMM)
问题: 我使用DMM测量交流电压信号时,如何做到测量的又快又准?
解答: 1. 首先明确一点,交流信号往往用它的RMS(Root-Mean-Square均方根)值来表征。对于多数的DMM,例如NI 4050、NI 4060和NI 4065都是在模拟信号的基础上进行这种非线性的信号处理;而NI 4070、NI 4071和NI 4072是利用板载的DSP计算得到交流波形的RMS值。NI 407x的RMS算法需要至少4个周期的波形来获得一个稳定的结果。比如要测量一个1kHz的正弦波,需要测量的周期为4ms。
2. 对于交流测量来说,它的测量周期由直流测量时间和最小信号频率来决定,如图一所示:
图一 NI DMM Aperture Time
因此为了能够有效测量得到交流的RMS值,DMM的最小信号频率要比交流信号频率的4倍低,当然为了能够测量得到一个稳定的结果,DMM的最小信号频率可以设置为交流信号频率。
举一个例子,如果想用NI 4070测量220V的市电,设置不同的DMM参数,测量结果如下:
DMM设置
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测量结果
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MinFreq=1kHz,AC 6.5 Digits
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220.58 ± 0.03V
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MinFreq=1kHz,AC 5.5 Digits
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25 ± 20V
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MinFreq=200Hz,AC 5.5 Digits
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156 ± 10V
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MinFreq=100Hz,AC 5.5 Digits
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210 ± 2V
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MinFreq=50Hz,AC 5.5 Digits
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218.94 ± 0.02V
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当将DMM的最小信号频率设置为1kHz时,如果采用6.5位的精度,它的测量时间为Max(100ms,4/1kHz)=100ms,包含了5个市电的周期,那么测量的结果为220.58 ± 0.03V;如果采用5.5位的精度,它的测量时间为Max(500us,4/1kHz)= 4ms,不能包含整个市电的周期,它的测量结果为25 ± 20V,而且是不稳定的。这个时候,如果将最小信号频率改成了200Hz,它的测量结果为 156 ± 10V;如果将最小信号频率改成100Hz,它的测量结果为210 ± 2V;如果将最小信号频率改成50Hz,它的测量结果为218.94 ± 0.02V。
3. 使用一个板卡时,需要折中考虑测量的速率和测量的精度。测量的速率越低,测量的时间间隔越长,测量的精度越高;反之亦然。
图二 NI 4070 AC Specifications (with Auto Zero disabled)
比如图二中所示的4070 交流 Specification,如果你测量一个信号(400Hz到30kHz),采样速率为100S/s,你的测量精度大概为6.5位。但是它并不表明,当你设定测量精度为6.5位,设定最小频率为400Hz,你就能够得到100S/s的采样率。当你使用5.5位精度时,NI-DMM 驱动将会自动调整间隙时间,从而能够保证测量精度至少为5.5位。当你使用5.5位的精度,400Hz的最小频率,间隙时间可以为10 ms,测量的结果可以达到6.5位的精度。关于DMM读取速率和位数精度的讨论,请参考KB 5H3FD6KH。
4. 为了能够得到更高的测量速率,那么需要关闭Auto Range和Auto Zero。
相关链接: http://digital.ni.com/public.nsf/allkb/B969A13CE56E66588625780E00674C66?OpenDocument
附件:
报告日期: 01/31/2012
最近更新: 02/01/2012
文档编号: 5TUJCRFK
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