Číslicový multimetr vprostředí LabVIEW

(1)

a velikosti měřeného odporu R_X. Není-li poža- dována větší přesnost a hodnota odporu se pohybuje v rozsahu od 100 Ω výše (při hod- notách menších než 100 Ω se již uplatňuje odpor měřicích vodičů R_L), lze měřit dvouvo- dičově (obr. 4a). Při požadavku na přesnost lze využít metodu čtyřvodičovou (obr. 4b), při MĚŘICÍ TECHNIKA

A U T O M A T I Z A C E • R O Č N Í K 5 2 • Č Í S L O 2 • Ú N O R 2 0 0 9

104

Instalace DMM NI USB-4065

Před prvním připojením DMM USB-4065 k počítači nainstalujeme progra- mové vybavení dodané na dvou CD. Do počítače se tak nainstaluje několik programů:

program NI-DMM pro práci s virtuálními číslicovými multimetry (zařízení DMM) a program LabVIEW SignalExpress pro interaktivní práci s měřicími přístroji a zařízeními DAQ, resp. jeho tzv. trialová verze na dobu 30 dní, po jejíž uplynutí je tře- ba program zaregistrovat a dokoupit jeho plnou verzi. Pokud tak neučiníme, zůstává nám LE (tzv. Light Edition) verze s určitými omezeními. Program NI-DMM po spuštění zobrazí čelní panel virtuálního DMM (obr. 2).

Program LabVIEW SignalExpress doinstaluje do programového prostředí LabVIEW (samozřejmě pokud jej máme na počítači nainstalován) do palety Functions»Mea - surement I/O novou subpaletu NI-DMM s funkcemi po práci se zařízeními DMM (včetně funkce NI-DMM/Switch Express, která je obdobou funkce DAQ Express v NI- DAQ).

Měření s DMM NI USB-4065

Připojení měřicích vodičů k měřenému obvodu a měření požadovaných veličin se provádí standardním způsobem. Pro běžné ovládání a zobrazování je možné využít nain- stalovaný program NI-DMM.

Zapojení pro měření napětí a proudu je uvedeno na obr. 3. Pro měření napětí připo- jujeme měřicí vodiče do svorek HI a LO, při měření proudu do svorek I a LO. Vzhledem k poměrně velkému vstupnímu odporu multimetru při měření napětí (větší než 10 MΩ), resp. malému odporu

bočníku při měření proudu (4,8 Ω na rozsahu 10 mA) lze ve většině případů zane- dbat hodnoty vnitř - ních odporů měře- ných zdrojů R_S, pro běžná měření i odpor měřicích vodičů R_L.

Odpor lze měřit buď „klasicky“ dvou - vodičově, nebo přesněji čtyřvodičově (obr. 4), záleží na požadované přesnosti V článku je popisován číslicový multimetr

(DMM) USB-4065 firmy National Instruments a jeho možné aplikace v prostředí LabVIEW.

Základní popis DMM NI USB-4065 Číslicový multimetr (DMM – Digital MultiMeter) USB-4065 (obr. 1) umožňuje ve spojení s připojeným počítačem měřit stej- nosměrné a střídavé napětí až 300 V, stej- nosměrný a střídavý proud až 3 A, odpor (dvou- nebo čtyřvodičovou metodou) a testovat polovodičové diody. Naměřené údaje lze zpracovávat v rozlišení až 6½míst- ného zobrazení. Tento druh přístrojů je určen zejména pro výukové laboratoře a další aplikace, kde je požadována vysoká přesnost za přijatelnou cenu. Zařízení podporuje techno- logii plug-and-play umožňující okamžité použití po připojení k počítači. Multimetr je dodáván s programovým vybavením NI DMM včetně interaktivního prostředí pro měření NI LabVIEW SignalExpress LE, které umožňuje poměrně snadno uspořádat měřicí pracoviště bez nutnosti složitého pro- gramování. Napájení a spojení s počítačem je realizováno prostřednictvím rozhraní USB.

V tab. 1 je uveden přehled rychlosti vzor- kování (S/s – počet vzorků za sekundu) a přesnosti zobrazení v závislosti na rozliše- ní při zobrazování naměřených údajů.

V tab. 2 je uveden přehled měřicích rozsahů a základních parametrů.

Číslicový multimetr v prostředí LabVIEW

Obr. 1 DMM NI USB-4065

Obr. 2 Čelní panel virtuálního DMM v programu NI-DMM volba mÏ¯enÈ

veliËiny

volba za¯ÌzenÌ

volba rozliöenÌ

volba mÏ¯icÌho rozsahu Tab. 1 DMM NI USB-4065 – Rychlost

vzorkování a přesnost zobrazení s ohledem na rozlišení

rozlišení (počet míst) rychlost vzorkování přesnost

[S/s] [bit]

6½ 10 22

5½ 1 500 18

4½ 3 000 15

Tab. 2 DMM NI USB-4065 – Přehled měřicích rozsahů a základních parametrů

stejnosměrné napětí

rozsah rozlišení

100 mV 100 nV

1 V 1 µV

10 V 10 µV

100 V 100 µV

300 V 1 mV

stejnosměrný proud

rozsah rozlišení

10 mA 10 nA

100 mA 100 nA

1 A 1 µA

3 A 3 µA

střídavé napětí

rozsah napětí špička-špička kmitočet

200 mV 320 mV 10 Hz až 100 kHz

2 V 3,2 V

20 V 32 V

300 V 320 V střídavý proud

rozsah proud špička-špička kmitočet

10 mA 16 mA0 10 Hz až 100 kHz

100 mA 160 mA 500 mA 780 mA

3 A 4,25 A

odpor

rozsah rozlišení testovací proud

100 Ω 100 µΩ 1 mA

1 kΩ 1 mΩ 1 mA

10 kΩ 10 mΩ 100 µA

100 kΩ 100 mΩ 10 µA

1 MΩ 1 Ω 5 µA

10 MΩ¹ 10 Ω 500 nA

100 MΩ² 100 Ω 500 nA

D (měření diod)³

rozsah rozlišení testovací proud

10 V 10 µV 100 µA

1 mA⁴

1pouze při dvouvodičovém měření

2 při odporu 10 MΩ

3lze měřit p-n přechody, LED a Zenerovy diody do napětí 10 V

4při měření do 3,5 V

(2)

MĚŘICÍ TECHNIKA

105

obrazovky se zobrazuje měřená hodnota, lze také zvolit (View as chart) zobrazení průběhu měřených hodnot na časové ose (forma zapi- sovače). Na jednotlivých záložkách obrazovky je možné nastavit parametry zařízení pro danou úlohu. Měření lze potom spustit jedno- rázově (Run Once) nebo nepřetržitě (Run) a naměřené hodnoty pak zobrazit, případně uložit ve formě textového řetězce nebo tabul- ky Microsoft Excel.

Program LabVIEW SignalExpress je určen především pro rychlé nastavení úlohy měření, zpracování a prezentaci naměřených dat. Nápověda (Help) obsahuje příklady, níž se eliminuje vliv odporu měřicích vodičů

v obou větvích (R_L1, resp. R_L2).

Na obr. 5 je znázorněno zapojení pro měření diod (obecně p-n přechodu, LED a Zenerových diod do napětí 10 V). Na zobrazovači se zobrazí úbytek napětí na měřené součástce při testovacím proudu (100 µA, resp. 1 mA).

Aplikace DMM NI USB-4065

Základní aplikací DMM USB-4065 je využití programu NI-DMM, jehož čelní panel je uveden na obr. 2. Program spus tíme postupem Start»Programy»Natio - nal Instru ments»NI-DMM»DMM Soft Front Panel. Potom stačí připojit měřicí vodiče, zvolit měřenou veličinu, rozsah a můžeme začít měřit.

Významným nástrojem pro automatizaci měření a zpracování získaných dat je LabVIEW SignalExpress, který spustíme postupem Start»Programy»National Instru - ments»NI-DMM»LabVIEW SignalExpress for DMM. Z výchozí obrazovky (obr. 6) lze (po případném nastavení připojeného zaříze- ní) již přímo provádět měření. V horní části Obr. 3 Zapojení pro měření a) napětí a b) proudu

US

RS RL

HI LO

USB-4065 +ñ

Obr. 5 Zapojení pro měření diod HI LO

USB-4065 +

ñ

Obr. 7 Subpaleta NI-DMM

z nichž lze dále vycházet při vytváření vlast- ní úlohy. Svými vlastnostmi a postupy práce pomocí softwaru LabVIEW SignalExpress je velice podobá prostředí Measurement&

Automation Explorer (MAX) pro práci se zařízeními DAQ.

Aplikace DMM NI USB-4065 v prostředí LabVIEW

Instalací NI-DMM se do prostředí LabVIEW doinstaluje do palety Functions»

Measurement I/O nová subpaleta NI-DMM s funkcemi (funkce niDMM) po práci se zařízením DMM (obr. 7). Nalezneme zde

Obr. 8 Čelní panel a blokový diagram USB_4065_1.vi

Obr. 4 Zapojení pro měření odporu a) dvouvodičově a b) čtyřvodičově RX

RL HI

LO

USB-4065

+ñ LO SENSE

HI SENSE UM IM

a b a b

RS

RL

LO

USB-4065 I

IS RX

RL1 HI

LO

USB-4065

+ñ LO SENSE

HI SENSE UM IM

RL2

Obr. 6 Výchozí obrazovka LabVIEW SignalExpress

i

(3)

vložíme funkce pro obsluhu zařízení DMM ze subpalety Functions»Measurement I/O»NI-DMM, které propojíme podle obr. 8.

Funkci niDMM Read.vi a zobrazovač Meter uzavřeme do smyčky While. Na vstup Instrument Descriptor funkce niDMM Initialize.vi připojíme jako konstantu (klik- neme pravým tlačítkem a v pop-up menu vybereme Create»Constant) nastavitelný ovladač, kterým v obrazovce blokového diagramu pevně určíme (kliknutím na šipku vpravo a výběrem z nabídky) jméno připo- jeného zařízení DMM (v našem případě Dev2).

Popis vstupů a výstupů některých funkcí niDMM je uveden na obr. 9. Povinným vstu- pem funkce niDMM Initialize.vi je Instrument Descriptor, výstupem je definice zařízení na výstupu instrument handle out.

Tento výstup spojujeme se vstupem instru- ment handle dalších funkcí.

V příkladu z obr. 8 se zobrazuje hodnota stejnosměrného napětí přivedená na vstup DMM USB-4065.

Toto zařízení je však schopno měřit i další veličiny, je třeba mít možnost zařízení kon figurovat. To lze zajistit např. funkcí niDMM Config Mea - sure ment.vi (popis vstupů a výstupů funkce na obr. 9), kterou vřadíme do datového spoje před vstupem do smyčky While. Na vstup Function pak připo- jíme (opět v pop-up menu vybereme

Create»Constant) nastavitelný ovladač, jehož pomocí nastavíme měřenou veličinu.

Blokový diagram výsledného programu USB_4065_2.vi je uveden na obr. 10.

Výběrem z nabídky po kliknutí na šipku vpravo v ovladači Function můžeme nastavit měřenou veličinu (např. měření stej- nosměrného proudu – DC Current). Je patr- né, že nelze zvolit všechny nabízené položky z menu (naše konkrétní zařízení DMM je prostě neumí). Hodnotu nastavení měřicího rozsahu zadáme na vstup Range (na obr. 10 jako konstanta 0,1, což znamená nastavení měřicího rozsahu 0,1 A = 100 mA). Na vstup Resolution zase můžeme zadat hodnotu roz- lišení zobrazení. Nástrojem pro výběr poly- formního VI lze nastavit rozlišení buď v počtu zobrazovaných míst (např. 6½), nebo absolutně (např. 0,01).

Nyní naznačíme použití funkce NI- DMM/Switch Express, jejíž aplikace je analo- gická funkci DAQ Assistant v NI-DAQ.

Předpokládejme, že chceme vytvořit měřič stejnosměrného napětí („voltmetr“).

Otevřeme tedy nový VI (např. Ctrl + N) a na plochu čelního panelu vložíme zobrazovač Meter (postupem Functions»Express»Num Inds»Meter). Kliknutím pravého tlačítka vyvoláme pop-up menu, vybereme Properties a na záložce Appearance zaškrtneme políčko Show digital display(s), k ručkovému přístroji tak doplníme ještě číselný zobrazovač. Nyní přepneme na zobrazení blokového diagramu (Ctrl + E) a na jeho plochu vložíme ze subpa- lety Functions»Measurement I/O»NI-DMM funkci NI-DMM/Switch Express. Po chvíli nutné pro inicializaci funkce ve spojení s aktuálním zařízením DMM se objeví konfi- gurační obrazovka (obr. 11), která je velmi podobná obrazovce LabVIEW Signal Express (obr. 6 včetně popisu volitelných parametrů).

Zde můžeme nakonfigurovat funkci podle vlastní potřeby a případně si i její nastavení odzkoušet.

Ukončení konfigurace provedeme stis- kem tlačítka OK. Tvar ikony funkce NI- DMM/Switch Express se nyní přizpůsobí zvolené funkci (obr. 12).

Nyní můžeme celý VI dokončit. Výstup signals out propojíme se vstupem zobrazova- funkce pro inicializaci zařízení DMM

(Initialize, resp. Initialize with Options) a ukončení práce se zařízením DMM (Close), pro konfiguraci zařízení DMM (Config Measurement v subpaletě Con - figuration), pro čtení hodnot ze zařízení DMM (Read v subpaletě Acquisition) a řadu dalších. Významnou je funkce NI-DMM /Switch Express, která je obdobou funkce DAQ Assistant v NI DAQ.

V prvním příkladu aplikace DMM v prostředí LabVIEW vytvoříme jednoduchý virtuální měřicí přístroj USB_4065_1.vi (obr. 8). Na plochu čelního panelu vložíme zobrazovač Meter postupem Functions»

Express»Num Inds»Meter. Kliknutím pravého tlačítka vyvoláme pop-up menu, v něm zvo- líme Properties a na záložce Appearance za - škrtneme políčko Show digital display(s), takže k ručkovému přístroji doplníme ještě číselný zobrazovač.

Přejdeme na zobrazení blokového diagramu (Ctrl+E) a na jeho plochu nyní postupně MĚŘICÍ TECHNIKA

106

Obr. 11 Obrazovka NI-DMM/Switch Express Obr. 10 Blokový diagram USB_4065_2.vi

i Obr. 9 Popis vybraných funkcí niDMM

(4)

če Meter a obě ikony uzavřeme do smyčky While Loop. Program nezapomeneme uložit pod názvem USB_4065_3.vi.

Vždy, když potřebujeme rychle využít funkce s využitím zařízení DMM, můžeme aplikovat funkci NI-DMM/Switch Express.

Jednoduše tak nastavíme měřenou veličinu i měřicí rozsah.

Závěr

V uvedeném článku není samozřejmě možné podrobně popsat všechny dané aplikace a využití číslicového multimetru USB- 4065. Hlavním posláním textu však bylo naznačit možné aplikace ve spojení s počítačem a prostředím LabVIEW.

Ing. Jaroslav Vlach

MĚŘICÍ TECHNIKA

107

I N Z E R C E

Obr. 12 Blokový diagram USB_4065_3.vi

L I T E R A T U R A

[1] Internet: www.ni.com/czech [2] Začínáme s LabVIEW. Praha : NI

Czech, 2006.

[3] PECHOUŠEK, J.: Základy programování v prostředí LabVIEW, Vydavatelství UP Olomouc 2004;

[4] ŽÍDEK, J., Grafické programování ve vývojovém prostředí LabVIEW (výuko- vá skripta). Ostrava : VŠB-TU Ostrava, 2006.

[5] VLACH, J., Začínáme s LabVIEW.

Sdělovací technika, 2008, č. 4, s. 20–21;

[6] VLACH, J., Experimentální deska USB K8055 a LabVIEW. Praktická elektro- nika, 2008, č. 5, s. 29–30.

[7] VLACH, J., Experimentální deska USB K8055 a LabVIEW. Praktická elektro- nika, 2008, č. 6, s. 22–23.

[8] VLACH, J. a kol., Začínáme

s LabVIEW. Praha : BEN – Technická literatura, 2008. 248 s.