Виртуальные мультиметры

Цифровые мультиметры (ЦММ) – наиболее распространенные приборы, которые измеряют постоянные и переменные напряжение и ток, а также сопротивление в широком диапазоне изменения. Технические возможности ЦММ можно расширить, объединив сменные платы со схемами мультиметров и компьютером. Такой прибор известен как виртуальный мультиметр (ВММ).

Мультиметры оценивают:

- по многообразию измеряемых величин;

- по техническим возможностям

· точность,

· разрешение,

· скорость считывания

· пределы измерений;

- по дополнительным функциям

· измерение частоты,

· периода,

· температуры,

· максимума или минимума

· тестирование диодов;

- по математическим возможностям

· вычисление отношения,

· вычисление процентов,

· вычисление девиации.

Уникальным свойством ВММ является то, что любая из дополнительных функций может быть реализована конечным пользователем ВММ, в отличие от фиксированных функциональных возможностей ЦММ. Дополнительные пробники высокого напряжения, импульсов тока, шунты, разновидности мостов постоянного тока, температурные, термопарные пробники; функции настройки, сканирования еще больше увеличивают возможности ВММ. Виртуальный мультиметр обеспечивает подключение целого набора плат, начиная от платы расширения и заканчивая многофункциональными платами общего назначения типа ввод-вывод.

Все ВММ и ЦММ имеют схожую архитектуру (рис. 18.2), которая состоит из трех основных компонентов:

- схемы предварительного формирования сигнала;

- АЦП;

- процессора с дисплеем.

Входные сигналы после предварительного формирования преобразуются с помощью встроенного АЦП. Последний является основным компонентом, который влияет на скорость считывания, разрешающую способность, точность и т.д. Сложные ВММ используют многоканальные встроенные АЦП высокого разрешения и точности. При измерении переменного напряжения в схему предварительного формирования сигнала включают преобразователь переменного тока в постоянный.

Рис. 18. 2. Общая архитектура цифрового и виртуального мультиметра

Как известно, преобразователи бывают максимального, средневыпрямленного и среднеквадратического значений. При наличии синусоидального сигнала на входе показания ЦММ и ВММ будут одинаковыми с любым из указанных выше преобразователей, так как их индикаторы отградуированы в среднеквадратических значениях синусоидального сигнала. При наличии на входе ЦММ и ВММ несинусоидального сигнала показания окажутся различными, и только в случае преобразователя среднеквадратического значения – правильными, т.е. будут соответствовать среднеквадратическому значению несинусоидального сигнала.

Ряд мультиметров не имеют специализированного блока преобразователей переменного тока в постоянный, а используют программные алгоритмы расчета среднеквадратического значения несинусоидального сигнала низкой частоты, выполняемого на компьютере согласно формуле

,

где U – среднеквадратическое значение напряжения u(t); u_t – мгновенное значение напряжения u(t) в i-й момент выборки АЦП; N – общее число выборок за время определения среднеквадратического значения (в частности, за время периода Т). Для высокочастотных напряжений использование программного алгоритма ограничено быстродействием АЦП и скоростью вычисления, выполняемого микропроцессором.

Виртуальный мультиметр, разработанный фирмой National Instruments, выполнен в виде карты PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association – Международная ассоциация производителей плат памяти для персональных компьютеров), которая вставляется в гнездо для подключения к шине ПК.

Ниже приводятся ориентировочные данные карты