cwiczenie 6

Ćwiczenie 6
Właściwości Multimetru HP 34401A
Zakres wymaganych wiadomości
1. Budowa i funkcje uniwersalnych cyfrowych przyrządów pomiarowych.
2. Interfejs szeregowy RS-232C Asynchroniczna transmisja znaków. Format jednostki
informacyjnej.
3. Organizacja wyprowadzeń na złączach interfejsu RS-232C. Tryb przesyłania danych.
4. Zasady języka SCPI. Zasady tworzenia rozkazów. Symbolika języka. Programowanie sekwencji
pomiarów dla HP przy uŜyciu języka SCPI.
5. Zasada działania woltomierza z podwójnym całkowaniem. Eliminacja zakłóceń sieciowych.
6. Pomiar rezystancji z wykorzystaniem 2 lub 4 przewodów.
Literatura
[1] Waldemar Nawrocki, Komputerowe Systemy Pomiarowe.
[2] Mielczarek W., Urządzenia pomiarowe i systemy kompatybilne ze standardem SCPI
[3] Mielczarek W., Szeregowe interfejsy cyfrowe
[4] Lesiak P., Świsulski D., Komputerowa technika pomiarowa w przykładach
[5] Michalski L., Eckersdorf K., Kucharski J.: Termometria. Łódź, Politechnika Łódzka 1998
[6] Agilent Technologies Agilent 34401A Multimetr – User’s Guide
[7] Agilent Technologies Agilent 34401A Multimetr – Service Guide
[8] Informacje o produkcie: http://www.home.agilent.com/
OPIS KLAWISZY FUNKCJI PRZEDNIEGO PANELU STEROWANIA
Klawisz
Opis działania
Shift + klawisz
DC V
Pomiar napięcia stałego
Pomiar prądu stałego
AC V
Pomiar napięcia przemiennego
Pomiar prądu przemiennego
Ω 2W
Pomiar rezystancji metodą dwuprzewodową
Pomiar rezystancji metodą
czteroprzewodową
Freq
Pomiar częstotliwości
Pomiar okresu
Cont
Sprawdzanie ciągłości przewodów
Sprawdzanie dobroci i biegunowości diód
Null
Pomiar wartości zerowej Null
Wynik przetwarzania = wynik pomiaru
– NULL wartość zerowa
Funkcja matematyczna dB
Min Max
Pomiar min i max wartości sygnału
Funkcja matematyczna dBm
<
Regulacja ilości wyświetlanych cyfr
Włączenie / Wyłączenie menu multimetru
>
Regulacja ilości wyświetlanych cyfr
Włączenie menu multimetru
∨
Manualna regulacja zakresu w górę
Ustawienie rozdzielczości na wartość 4 ½
∧
Manualna regulacja zakresu w dół
Ustawienie rozdzielczości na wartość 5 ½
Ustawienie zakresu manualnego
Ustawienie rozdzielczości na wartość 6 ½
Auto/Man
USTAWIANIE ZAKRESU
Multimetr HP 34401A daje nam dwie możliwości ustawienia zakresu – automatyczną i ręczną.
Z ustawieniami automatycznymi mamy do czynienia podczas załączenia multimetru, bądź jego
zresetowaniu.
Uwaga : Przejście w stan manualny i przekroczenie dopuszczalnej wartości zakresu doprowadzi do
uszkodzenia multimetru. Jeżeli mierzymy w trybie manualnym, należy ustawić zakres stosownie do
mierzonej wartości przed jej podpięciem do miernika.
USTAWIANIE ROZDZIELCZOŚCI
Mamy do dyspozycji trzy możliwości ustawienia rozdzielczości. Są to 4 ½ , 5 ½ oraz 6 ½ . Podczas
włączenia multimetru rozdzielczość ustawia się automatycznie na 5 ½ . Wraz ze wzrostem rozdzielczości
rośnie dokładność wykonywanych pomiarów kosztem prędkości ich odczytu .
Auto/Man
Shift + ∧
Shift + ∨
Shift + Auto/Man
Program ćwiczenia
Przełączenie ze stanu Auto na Manualny
Ustawienie rozdzielczości 5 ½
Ustawienie rozdzielczości 4 ½
Ustawienie rozdzielczości 6 ½
1.
2.
Konfiguracja multimetru i wykonywanie pomiarów za pomocą klawiszy panelu przedniego.
a. pomiar napięcia AC, częstotliwości, okresu i wartości skutecznej
b. pomiar rezystancji metodą dwuprzewodową
c. pomiar rezystancji metodą czteroprzewodową
d. pomiar rezystancji metodą porównawczą (pomiar wsp. RatioDC)
Konfiguracja multimetru i komunikacja z przyrządem poprzez interfejs RS-232C za pomocą komend
języka SCPI przy wykorzystaniu oprogramowania National Instruments Measurement & Automation
Explorer
a. wybrane polecenia systemowe
b. konfiguracja przyrządu
c. pomiar napięcia AC, częstotliwości, okresu i wartości skutecznej
d. pomiar rezystancji metodą dwuprzewodową.
e. pomiar rezystancji metodą czteroprzewodową
f. pomiar rezystancji metodą porównawczą (pomiar wsp. RatioDC)
Instrukcja wykonania ćwiczenia
1. Konfiguracja multimetru i wykonywanie pomiarów za pomocą klawiszy panelu
przedniego.
a.
pomiar napięcia AC, częstotliwości, okresu i wartości skutecznej
•
•
Ustawić rozdzielczość na wartość 6 ½ Shift + Auto/Man
Połączyć układ pomiarowy jak na rys.1.
Rys. 1. Schemat układu pomiarowego.
•
Ustawić na generatorze dowolne napięcie i częstotliwość
• Wybierając odpowiedni klawisz AC V, Freq, Shift + Freq zmierzyć wartość skuteczną
częstotliwość, oraz okres badanego sygnału
AC V
Pomiar wartości skutecznej sygnału
Freq
Pomiar częstotliwości
Shift + Freq
Pomiar okresu
• Przeprowadzić pomiary wartości minimalnej, maksymalnej i średniej w czasie trwania
procedury pomiarowej. Pomiary wykonać dla kilku różnych wartości amplitudy,
częstotliwości oraz kształtu sygnału.
Min Max
Włączyć funkcję Minimum Maksimum
Zmieniać wartość amplitudy sygnału
Min Max
Wyłączyć funkcję Minimum Maksimum
Shift + <
A: MEAS MENU Menu pomiarowe
>
B: MATH MENU Menu matematyczne
∨
1: MIN-MAX Funkcja MIN-MAX
∨
odczyt wartość minimalna
>
odczyt wartość maksymalna
>
odczyt wartość średnia
>
Liczba pomiarów
b.
pomiar rezystancji metodą dwuprzewodową
W tym ćwiczeniu należy zaobserwować wpływ rezystancji kabla łączącego na wynik mierzonej
wartości rezystancji
Rys.2 Schemat układu do dwuprzewodowej metody pomiaru rezystancji
•
•
•
•
•
nastawić rozdzielczość multimetru na wartość 6 ½
połączyć układ jak na rys. 2
ustawić przełącznik w pozycji krótkie (symulacja krótkich kabli pomiarowych),
ustawić za pomocą potencjometru dowolną wartość nieznanej rezystancji Rx
dokonać pomiaru włączając na multimetrze odczyt metodą dwuprzewodową,
Ω 2W
Pomiar rezystancji metodą dwuprzewodową
• ustawić za pomocą potencjometru wartość nieznanej rezystancji Rx na około 200 Ω i
dokonać kolejnego odczytu,
• przeprowadzić pomiary dla identycznych wartości rezystancji przy przełączniku
ustawionym w pozycji długie (symulacja długich kabli pomiarowych).
• zmierzyć rezystancję doprowadzeń
• Wykonać dodatkowo ostatni pomiar jeszcze raz z wprowadzeniem korekty,
wykorzystując funkcję matematyczną multimetru – NULL. Wynik pomiaru rezystancji
wynosi:
wartość rezystancji = wartość mierzona – NULL
Ω 2W
Pomiar rezystancji metodą dwuprzewodową
Shift + <
>
B: MATH MENU Wybieramy menu matematyczne
∨
1:MIN MAX Wchodzimy do menu matematycznego
>
2:NULL VALUE Wybieramy funkcje NULL VALUE
∨
000.000 mVAC Wartość nastawiona aktualnie
>
000.000 mVAC Wybieramy cyfrę do zmiany
∧∧
200.000 mVAC Ustawiamy wartość (np. 2)
<
200.000 mVAC Przejście kursorem na początek liczby
Auto Man
c.
A: MEAS MENU Wchodzimy do menu
CHANGE SAVED Zapisanie zmiany
pomiar rezystancji metodą czteroprzewodową
•
połączyć układ pomiarowy zgodnie ze schematem na rys. 3,
Rys.3 Schemat układu do czteroprzewodowej metody pomiaru rezystancji
•
•
•
ustawić przełącznik w pozycji krótkie (symulacja krótkich kabli pomiarowych),
ustawić za pomocą potencjometru wartość nieznanej rezystancji Rx na około 200 Ω,
dokonać pomiaru włączając na multimetrze odczyt metodą dwuprzewodową,
Ω 2W
Pomiar rezystancji metodą dwuprzewodową
•
dokonać pomiaru włączając na multimetrze odczyt metodą czteroprzewodową,
Shift + Ω 2W
Pomiar rezystancji metodą czteroprzewodową
• przeprowadzić pomiary dla identycznych wartości rezystancji przy przełączniku
ustawionym w pozycji długie (symulacja długich kabli pomiarowych).
Przeprowadzone pomiary metodą dwuprzewodowa obarczone są błędem, zależnym od długości
linii pomiarowej i wartości rezystancji kabla. Silny wpływ błędu widoczny jest podczas pomiaru
rezystancji na długim kablu łączącym, gdzie do mierzonej wartości rezystancji dodana jest
rezystancja własna kabla. Zastosowanie metody czteroprzewodowej kompensuje błąd rezystancji
przewodów.
d.
pomiar rezystancji metodą porównawczą
Metoda porównawcza należy do najdokładniejszych metod pomiaru rezystancji. Polega ona na
zmierzeniu kolejno spadku napięcia na oporniku badanym Rx , i wzorcowym Rw , przez który
płynie ten sam prąd, niezmienny podczas obu pomiarów. Wykonanie pomiaru stosunku napięć
Ratio DC pozwala uzyskać wprost stosunek spadków napięć na opornikach. Jeśli zmierzone
napięcie na rezystancji Rx jest Ux a na rezystancji Rw jest Uw , to otrzymujemy następujące
zależności:
I=
•
Ux Uw
=
Rx Rw
⇒
Rx =
Ux
⋅ Rw
Uw
zbudować układ pomiarowy przedstawiony na rys. 4,
Rys. 4 Schemat układu pomiarowego metody porównawczej
•
włączyć na multimetrze pomiar stosunku napięć Ratio DC,
Shift + <
A: MEAS MENU Włączenie menu pomiarowego
∨
1: AC FILTER
>
2: CONTINUITY
>
3: INPUT R
>
4: RATIO DC Ustawienie Ratio DC
∨
DC/DC Ustawienie stosunku napięć
Auto/Man
Odczyt wartości
•
wyliczyć szukaną wartość rezystancji na podstawie poniższych zależności:
RatioDC =
Ux
Uw
⇒
Rx = RatioDC ⋅ Rw
zamieścić w sprawozdaniu otrzymane wyniki, oraz oszacować wartość maksymalną błędu pomiaru
rezystancji Rx jeżeli klasa dokładności opornika wzorcowego Rw wynosi 0.1, natomiast sumaryczny błąd
graniczny pomiaru napięcia DC na zakresie 10 V wynosi
± (0.0020 % odczytu + 0.0005 % zakresu)
2. Konfiguracja multimetru i wykonywanie pomiarów poprzez interfejs RS-232C za
pomocą oprogramowania National Instruments Measurement & Automation Explorer
• uruchomić program National Instruments Measurement & Automation Explorer (Menu
Start - Programy - National Instrument - Measurement & Automation)
• w lewym oknie Configuration wybrać Devices and Interfaces - Serial & Paralle COM1
•
w prawym oknie uruchomić zakładkę Open VISA TEST PANEL
Wybierając zakładkę viWrite - pojawia się okno tekstowe gdzie wpisuje się polecenie w języku
SCPI. Każde polecenie musi być zakończone znakiem końca lini (\n). Polecenie zostaje wysłane
do urządzenia po naciśnięciu Execute.
Wybierając zakładkę viRead - pojawia się okno tekstowe gdzie po naciśnięciu przycisku Execute
pojawia się odpowiedź urządzenia na wysłane polecenie zapytania.
a.
wybrane polecenia systemowe języka SCPI
•
•
•
b.
wysłać do urządzenia polecenie *IDN?\n i odczytać odpowiedź urządzenia
wysłać do urządzenia polecenie *TST?\n i odczytać odpowiedź urządzenia
wysłać do urządzenia polecenie *RST\n
ustawianie i sprawdzanie konfiguracja przyrządu
• wysłać do urządzenia polecenie CONF:VOLT:DC 100\n
• wysłać do urządzenia polecenie CONF?\n i odczytać odpowiedź urządzenia - patrząc
na wyświetlacz urządzenia zinterpretować otrzymaną odpowiedź
• wysłać do urządzenia polecenie CONF:VOLT:DC 100, 0.01\n
• wysłać do urządzenia polecenie CONF?\n i odczytać odpowiedź urządzenia - patrząc
na wyświetlacz urządzenia zinterpretować otrzymaną odpowiedź
• wysłać do urządzenia polecenie CONF:VOLT:AC 100, 0.01\n
• wysłać do urządzenia polecenie CONF?\n i odczytać odpowiedź urządzenia - patrząc
na wyświetlacz urządzenia zinterpretować otrzymaną odpowiedź
• wysłać do urządzenia polecenie CONF:RES 1000, 0.01\n
• wysłać do urządzenia polecenie CONF?\n i odczytać odpowiedź urządzenia - patrząc
na wyświetlacz urządzenia zinterpretować otrzymaną odpowiedź
• wysłać do urządzenia polecenie CONF:FREQ 1000\n
• wysłać do urządzenia polecenie CONF?\n i odczytać odpowiedź urządzenia - patrząc
na wyświetlacz urządzenia zinterpretować otrzymaną odpowiedź
• wysłać do urządzenia polecenie CONF:PER 0.1\n
• wysłać do urządzenia polecenie CONF?\n i odczytać odpowiedź urządzenia - patrząc
na wyświetlacz urządzenia zinterpretować otrzymaną odpowiedź
c.
pomiar napięcia AC, częstotliwości i wartości skutecznej
•
•
•
•
połączyć układ jak na schemacie rys.1
wysłać do urządzenia polecenie *RST\n
wysłać do urządzenia polecenie SYST:REM\n
wysłać do urządzenia polecenie MEAS:VOLT:AC?\n i odczytać odpowiedź
urządzenia
• wysłać do urządzenia polecenie MEAS:FREQ?\n i odczytać odpowiedź urządzenia
• wysłać do urządzenia polecenie MEAS:PER?\n i odczytać odpowiedź urządzenia
d.
pomiar rezystancji metodą dwuprzewodową
•
•
•
•
•
•
połączyć układ jak na schemacie rys.2
ustawić przełącznik w pozycji krótkie (symulacja krótkich kabli pomiarowych),
ustawić za pomocą potencjometru wartość nieznanej rezystancji Rx na 200 Ω,
wysłać do urządzenia polecenie *RST\n
wysłać do urządzenia polecenie SYST:REM\n
wysłać do urządzenia polecenie MEAS:RES?\n i odczytać odpowiedź urządzenia
• przeprowadzić pomiary dla identycznych wartości rezystancji przy przełączniku
ustawionym w pozycji długie (symulacja długich kabli pomiarowych).
e.
pomiar rezystancji metodą czteroprzewodową
•
•
•
•
•
•
f.
połączyć układ jak na schemacie rys.3
ustawić przełącznik w pozycji krótkie (symulacja krótkich kabli pomiarowych),
ustawić za pomocą potencjometru wartość nieznanej rezystancji Rx na 200 Ω,
wysłać do urządzenia polecenie *RST\n
wysłać do urządzenia polecenie SYST:REM\n
wysłać do urządzenia polecenie MEAS:FRES?\n i odczytać odpowiedź urządzenia
• przeprowadzić pomiary dla identycznych wartości rezystancji przy przełączniku
ustawionym w pozycji długie (symulacja długich kabli pomiarowych).
pomiar rezystancji metodą porównawczą (pomiar wsp. RatioDC)
•
•
wysłać do urządzenia polecenie *RST\n
wysłać do urządzenia polecenie SYST:REM\n
•
wysłać do urządzenia polecenie MEAS:VOLT:DC:RAT?\n?\n i odczytać
odpowiedź urządzenia
wykonać odpowiednie obliczenia
•
•
zbudować układ pomiarowy przedstawiony na rys. 4