Multimeter Rigol DM 3068 – 6½ miestny pomocník nielen v školských laboratóriách

Nejde pritom o multimeter, ktorý „iba“ pomerne presne meria napätie, prúd, odpor, kapacitu, diódy či skrat. Grafický displej s možnosťou zobrazovania vzorkovaného časového priebehu napätia, rôzne funkcie (zmena vstupného odporu voltmetra až na 10 GΩ, funkcia REL, súčasné meranie TRMS hodnoty napätia a frekvencie, možnosť pripojenia a merania so senzormi, ukladanie nameraných údajov na USB kľúč) robia z tohto prístroja o. i. dobrého pomocníka pri štatistickom meraní, výpočte neistoty, vzorkovaní meraného časového priebehu napätia a jeho zobrazení až počas 1000 hodín či pri sledovaní zmien histogramu počas meraní.
Dokúpením Kelvinových káblov je možné štvorvodičové veľmi presné meranie 10 Ω rezistorov. Keď k tomu všetkému pridáme aj široké možnosti ovládania multimetra na diaľku či cez PC, môžeme skonštatovať, že na trhu meracích prístrojov ide o zaujímavý produkt.

Fakt, že ide o 6 ½ miestny multimeter, naznačuje, že môžeme očakávať veľký rozdiel v presnosti merania v porovnaní s väčšinou stolných multimetrov, ktoré disponujú menším počtom zobrazených miest.
Pri pohľade do manuálu pre meranie jednosmerného napätia (j. s.) a presnosti multimetra na 1 rok je zrejmé, že napätie merané na bežne používanom 20 V rozsahu bude merané s presnosťou 0.0040 % + 0.0005 % _{(δúdaja + δrozsahu)}. Keďže ďalšie merané veličiny, ako napr. prúd či odpor rezistora, priamo súvisia s presnosťou merania j. s. napätia, môžeme v porovnaní s ostatnými multimetrami očakávať naozaj výrazne presnejšie meranie štandardných elektrických veličín.
Pozrime sa detailnejšie, aké možnosti nám tento multimeter ponúka.

Rýchly pohľad na multimeter

Už pri prvom pohľade na predný panel multimetra Rigol DM 3068 intuitívne zistíme, že týmto multimetrom bude možné merať nielen napätie, prúd či odpor, ale aj frekvenciu, skrat, kondenzátory či diódy.

Výber meranej veličiny si zvolíte tlačidlami v ľavej dolnej časti panelu (1) pri tlačidle zapnutia/vypnutia meracieho prístroja (2). Tlačidlá Math, Save resp. Help v časti Ostatné funkcie (3) naznačujú ponuku istých matematických funkcií/operácií, uloženie meraných hodnôt, resp. pomoc pri práci s multimetrom. S týmito ale aj s ostatnými tlačidlami sa viac oboznámite po prečítaní manuálu.

Označenie pri vstupoch (4): Sense Ω 4W prezrádza, že odpor sa dá merať nielen dvojvodičovo, ale aj štvorvodičovo, čo zvýši presnosť merania odporu. Tlačidlá pre Kontrolu chodu (5), využijete na spustenie/zapamätanie hodnoty (Run/Hold), alebo na získanie meranej hodnoty po stlačení tlačidla Single. Navigačné tlačidlá (6) umožnia voľbu automatického, alebo ručne nastaveného meracieho rozsahu. Šípkami vľavo a vpravo je o.i. možné voliť integračný čas aj názov súboru obsahujúci namerané údaje. To však z prvotného, rýchleho pohľadu na predný panel nie je hneď zrejmé.

Na LCD displeji (7) môžeme vidieť veľkými číslicami nielen veľkosť meranej veličiny, ale nad údajom aj konkrétnu veličinu (napr. DCV – j.s. napätie), rozsah (2V), integračný čas (1) a podporu inštrukcií LXI. V dolnej časti sa nachádza voľba automatického rozsahu (Auto), manuálna zmena aktuálneho rozsahu na vyšší/nižší (Rng+/Rng-), história nameraných údajov (History), nastavenie nuly (Null) a skrytie práve opísanej spodnej časti displeja (Hide). Možnosť ukladania nameraných údajov signalizuje neprehliadnuteľný USB port (8).

Na zadnej strane multimetra sú zasa prístupné štandardné rozhrania (USB, LAN, GPIB, RS232) pre napr. automatizované merania či diaľkové ovládanie multimetra. Tiež je prítomná aj poistka, pripojenie sieťového kábla na 230 V/115 V a prepínač na transformátor 230 V/115 V, možnosť pripojenia externého spúšťania merania (Ext Trig) a napokon aj sieťový vypínač.

Všeobecné informácie

Už zmienka v úvode o tom, čo všetko sa nachádza na zadnom paneli multimetra DM 3068, hovorí o širokých možnostiach jeho pripojenia cez zbernice k počítaču, resp. k LAN sieti na diaľkové ovládanie. Multimeter disponuje štandardom LXI-C.
Po získaní a nastavení IP adresy a nastavení protokolu TCP/IP je možné ho diaľkovo ovládať cez webovú stránku. Ďalšie informácie a podrobný postup pri ovládaní multimetra cez web, USB, LAN, GPIB či RS-232 poskytne až 169-stranový *.pdf manuál.

Pred samotným opisom možností multimetra DM 3068 výrobca odporúča pred začatím merania zahrievať prístroj 90 min. Vstupný odpor voltmetra merajúceho j. s. napätie je štandardných 10 MΩ s možnosťou prepnutia na viac ako 10 GΩ. Pri meraní striedavého (do pojmu striedavé veličiny zahŕňame harmonické aj neharmonické priebehy napätí a prúdov) napätia do 100 Hz je jeho vstupná impedancia charakterizovaná paralelným zapojením 1 MΩ rezistora a 100 pF kondenzátora. So zvyšujúcou sa frekvenciou meraného napätia 1/10/100 kHz klesá aj vstupná impedancia voltmetra na 850/160/16 kΩ.

Do tejto všeobecnej časti zahrnieme ešte aj informácie o tlačidlách Ostatné funkcie (3). Niektoré ich funkcie sa použijú iba občas, iné zasa pri dlhodobejších meraniach s možnosťou uloženia obsahu displeja na USB kľúč. Tak napríklad tlačidlo Help umožní rýchlo sa zorientovať v jednotlivých ponukách 1-10 na obrázku spolu s výberom ponuky 1. Pochopiteľne, šípkami je možné prechádzať vybraným textom.

Tlačidlo Save umožňuje uložiť voľbou Disk namerané údaje do pamäte multimetra (C:\), alebo na USB kľúč (A:\) – (prvý riadok obrázkov). Type zasa umožní vybrať formát *.csv (je možné ukladať rôzne typy súborov napr. pre konfiguráciu systému, senzorov, snímačov atď.). Názov, po zvolení Save, je možné vytvoriť a editovať výberom z veľkých či malých písmen, alebo číslic – (druhý riadok obrázkov). Ovládanie je možné pomocou šípiek Navigačné tlačidlá (6). Uložiť súbor s nameranými údajmi je možné po výbere meranej veličiny (1) voľbou na displeji History. Ďalšie voľby Erase, Del resp. Done znamenajú vymazanie súboru, vymazanie znaku v názve resp. potvrdenie názvu súboru a jeho uloženie.

Tlačidlo Utility umožní výber niektorej z voľby na obrázku, pričom voľba:

• Cmd umožní výber požadovaného príkazového systému podporovaných DM 3068 ( t.j. DM 3068, Agilent 34401A, Fluke 45),
• I/O ponúka ovládanie DM 3068 na diaľku konfiguráciou vzdialených rozhraní (LAN, GPIB, USB a RS232 (napr. Baudy, Parita)),
• System zahŕňa voľbu jazyka (pre Help), nastavenie kontrastu, jasu a inverzie displeja, zvuku pri stlačení tlačidla, formát zobrazenia desatinného čísla (na obrázku je zvolená bodka) a oddelenia tretieho od štvrtého desatinného miesta údaja (na obrázku je zvolená čiarka s ďalšou možnosťou voľby None a Space).

Ďalej voľba Cfg umožňuje si zvoliť konfiguráciu systému, ktorá sa použije pri zapnutí. Ponúka sa výber Predvolené a Posledné. Takto sa napr. dá deaktivovať predné tlačidlo napájania (2) – multimeter za spustí zapnutím vypínača na zadnom paneli. Vypnutie je však stále možné stlačením vypínača (2).

• Clock umožní nastavenie dátumu a času. Nastavený čas sa môže líšiť od skutočného, podľa ktorého bol nastavovaný pomocou web stránky time.is, o 1-2 s/týždeň.

Ďalšie tlačidlo Trig umožňuje voľbou Source automatické, jednoduché, externé (konektor na zadnom paneli) a úrovňové spúšťanie merania. Tento výber súvisí aj s tlačidlami Kontrola chodu (5), kedy po stlačení tlačidla Run/Hold začne podsvietenie blikať a meraná hodnota zostane na obrazovke. Pri opätovnom stlačení sa tlačidlo rozsvieti a meranie prebieha ďalej.

Stlačením Single (5) sa aktivuje jednoduchý spúšťač a multimeter zaznamená po každom jednom nameranú hodnotu. Ďalšia v poradí voľba Hold po aktivácii On (štandardne je OFF) ponúkne výber rozsahov citlivosti 0,01%, 0,1%, 1% a 10%, pri ktorých sa zmení údaj na displeji. Ak by sme napr. vybrali 0,01% pri meraní napätia v zásuvke (230 V), údaj na displeji by sa zmenil vtedy, ak by merané napätie sa menilo o približne ± 2,3 V. Tým by sa stratila informácia o menších zmenách napätia, ktoré umožňuje vidieť a zaznamenávať voľba OFF. To však neznamená, že voľba Hold je zbytočná, či nevhodná. Ďalšie voľby Set a VMC súvisia s možnosťou externého spúšťania merania.

Tlačidlo Meas slúži na konfiguráciu merania používateľom. Zmena niektorého z parametrov merania zmení presnosť a rýchlosť merania (NPLC), ako aj vstupnú impedanciu (Res). Tiež zabezpečí rýchlejšie meranie alebo vyššiu presnosť merania. V závislosti od meranej veličiny, je možné nastaviť 20 Hz (Filter – pre striedavé napätia), vstupný odpor (meranie U a R), automatickú nulu (AZ) pre j.s. U, I a R, offset (meranie R), dĺžka otvoreného hradla (GATE, Filter) pre meranie frekvencie a periódy, výber zdroja prúdu (meranie diód) či test skratu. (meranie R).

Tlačidlo Math zo skupiny tlačidiel Ostatné funkcie (3) bude používateľmi pri meraní jednotlivých veličín využívané asi najčastejšie. Výber Math, Trend a HISTO zobrazené na obrázku, podstatne rozširujú možnosti DM 3068 v porovnaní s bežne používanými multimetrami, preto týmto trom voľbám budeme venovať väčšiu pozornosť.

Zvolením prvej ponuky Math dostane používateľ na výber STA, P/F a REL. Táto ponuka sa ukáže pri predchádzajúcom výbere z (1) pre meranie frekvencie (tlačidlo Freq).

Ak by bolo vybrané meranie napätia, ponuka bude rozšírená ešte o dBm a dB. Obe možnosti súvisia s výkonom referenčného odporu pri meranom napätí. Veľkosť odporu sa môže nastaviť v rozsahu 2 – 8000 Ω. Štandardne je nastavených 600 Ω. Výber P/F súvisí s výsledkom testovania signálu cez rozhranie RS-232 na zadnom paneli a zobrazením správy a pípnutím. Voľbu REL je výhodné použiť, pri potrebe korekcie veľkosti meranej veličiny vzhľadom na prednastavenú v ďalšej ponuke REL. Prednastavenú hodnotu je možné zadať ručne, alebo zvoliť Current t.j. aktuálne meranú – zobrazenú na displeji.

Táto možnosť sa dá s výhodou použiť napr. pri meraní odporu rezistorov po zistení odporu meracích káblov. Výsledná hodnota na displeji (resp. zapisovaná do pamäte) bude menšia o nastavenú hodnotu pomocou REL.

Voľba STA ponúkne možnosť sledovania minima, maxima alebo priemernej hodnoty, alebo všetkých štatistických parametrov. Výberom All a potvrdením ON je možné mať na displeji prehľad o nameranej okamžitej hodnote (Current), priemere (AVG), maxime, minime, smerodajnej odchýlke (SDEV) a počte nameraných vzoriek (Count), z ktorých sa počíta AVG a SDEV. Vo vrchnej časti displeja je uvedená meraná veličina (FREQ), rozsah (750V) a už predtým nastavený interval merania (1 s). Takto je možné urobiť si „štatistickú“ predstavu o meranej veličine po výbere z (1) – okrem merania diódy.

Ďalšou veľmi užitočnou voľbou po stlačení Math je Trend.
V manuáli je zmienka o Tendency Graph, čím sa chce naznačiť grafické zobrazenie zmeny meranej veličiny. Na displeji hore, v čiernom riadku je uvedená nameraná maximálna hodnota, dĺžka časového záznamu a minimálna hodnota. Ako je z oboch obrázkov zrejmé, dĺžka časového záznamu má isté „rezervy“ – o tom svedčí nula pred hodinou merania.

Rigol DM 3068 umožňuje vykreslenie až 999 hodín, 59 minút a 59 sekúnd merania. Miesto pre grafický záznam na displeji je rozdelené na dve časti. V ľavej je vykreslený zhustený záznam veľkosti meranej veličiny za dobu uvedenú vo vrchnej, čiernej časti displeja a v pravej je záznam každej meranej hodnoty, ktorá sa zobrazila na displeji, ak by nebola zvolená možnosť Trend. Rýchlosť vykreslenia v pravej časti displeja závisí od zvoleného filtra (pri meraní striedavých veličín) 3 Hz, 20 Hz a 200 Hz.

Tak napríklad, ak pri meraní fázového napätia v zásuvke by bol zvolený filter: 3/20/200 Hz, ľavá časť obrazovky by bola vykreslená za 10:26 min./1:30 min./13 s. Po vykreslení posledného bodu sa obsah z ľavej strany premiestni na pravú a celý postup merania a zobrazenia nameraných hodnôt na ľavej strane sa opakuje.

Video ukážku 4 hodinového merania fázového napätia vo forme časozberného videa (3:52 min.) si môžete pozrieť TU alebo v súhrnnom videu na konci článku.

Ukážku 6 hod. merania frekvencie taktiež vo forme časozberného videa (5:39 min.), si môžete pozrieť  v tomto videu.

Obrázky s časovým priebehom je možné uložiť na USB kľúč stlačením ktoréhokoľvek tlačidla nad ponukou (1) a potom výberom Stop. Na ďalšej obrazovke zasa na PrtScr a grafický obsah displeja bude uložený na pripojený USB kľúč.

Posledná, tretia možnosť výberu po stlačení tlačidla Math je: HISTO. Kým pri výbere Trend bolo možné sledovať vývoj meranej veličiny v čase, pri HISTO je možné vidieť časové zmeny histogramu. Na celú šírku displeja by sa zmestilo 12 stĺpcov histogramu, Rigol DM 3068 si však vytvorí širšie triedne intervaly, takže bežne je možné vidieť iba max. 7 stĺpcov.

Pri pohľade na histogram je zrejmá Gaussova krivka rozloženia nameraných hodnôt, ktorá môže byť užšia/širšia, posunutá doľava/doprava či súmerná. Veľkosť zošikmenia, či špicatosť Gaussovej krivky alebo vytvoreného histogramu, by bolo možné získať výpočtom štatistických parametrov variability (koeficienty šikmosti a špicatosti). Túto informáciu však už DM 3068 neposkytuje.

Na druhej strane, možnosť uloženia až 5000 nameraných údajov na USB kľúč umožní napr. v Exceli ďalšie štatistické spracovanie nameraných údajov v oveľa väčšom rozsahu než to umožňuje DM 3068 (čo však ani nie je úlohou tohto multimetra). Zmeny a vývoj histogramov v čase môžete vidieť ako črtajúce sa Gaussove krivky a to pri meraní frekvencie v tomto videu (40 s) a fázového napätia zase TU (32 s) alebo v súhrnnom videu na konci nášho článku (11 min).

Pochopiteľne, vzhľadom na širšie triedne intervaly multimetra pri meraní odporu jedného meracieho kábla, nemôžeme očakávať histogram v tvare Gaussovej krivky, ale skôr iba jeden stĺpec tak, ako to ilustruje nasledujúce video (20 s).

Týmito postupmi môžete maximálne efektívne využiť ponuky DM 3068 po stlačení tlačidla Math. A teraz, keď sme už väčšinu funkcií multimetra Rigol DM 3068 opísali, môžeme pristúpiť k výberu merania niektorej z ponúkaných veličín v rámci ponuky (1).

Jednotlivé možnosti merania / Meranie s DM 3068 v praxi

Výberom z ponuky (1)môžeme merať veličiny vzťahujúce sa k elektrickým veličinám ako: napätie, prúd, odpor, kapacitu kondenzátora, frekvenciu (periódu), diódy ale aj neelektrické veličiny, ktoré budú prevedené na elektrický signál – tlačidlo Sensor. Na prednom paneli v (1) sú ešte aj tlačidlá 2ND (meria súčasne 2 veličiny napätie alebo prúd a frekvenciu) a Preset (umožní uloženie nastavenej konfigurácie merania).

Meranie napätia a prúdu

Meranie napätia a prúdu je principiálne rovnaké, líši sa len výberom pripojenia meracích káblov do iných vstupov (4).
Tlačidlá pre meranie jednosmerných (j.s.) a striedavých veličín sú tiež jednoznačne definované – napr. tlačidlo pre striedavé meranie obsahuje vlnovku (1 perióda funkcie sínus). Vždy po zapnutí DM 3068 (ak to nie je definované ináč pomocou tlačidla Preset) je multimeter pripravený merať j.s. napätie. Údaje na displeji je možné rozdeliť do troch častí: vrchný riadok, spodný riadok a medzi nimi sa nachádza veľkými znakmi informácia o veľkosti meranej veličiny.
Mimochodom, pri snímaní displeja kamerou pri dlhodobom meraní Westonovho článku (>12 hod.) bolo potrebné použiť OCR na prepis meraného napätia do *.csv. Matlab bol schopný bez akéhokoľvek učenia sa okamžite rozpoznať číslice a korektne ich zapísať do súboru s minimálnym množstvom chýb. To sa už nedalo povedať o displeji multimetra UT 805 a UT 803, kedy bolo nutné dlhé učenie sa rozpoznávania čísel.

Vrchný riadok na displeji prvým údajom (DCV) signalizuje, že sa meria j.s. napätie, pri automatickom (Auto) výbere rozsahu z dostupných 200 mV/2 V/20 V/200 V/1000 V. (j.s. prúd je možné merať na rozsahoch 200 µA/2 mA/20 mA/200 mA/2 A). Ďalšie číslo 100 indikuje čas integrácie v násobkoch NPLC (Number of Power-Line-Cycles). Dolný riadok tiež signalizuje automatický režim merania multimetra. Rng+ či Rng- ponúka manuálne prepnutie rozsahu na vyšší, alebo nižší rozsah. Výber REL umožní odčítanie uloženej hodnoty z výsledku merania. Veľké využitie nájde pri meraní odporov. Voľba Hide skryje dolný riadok, čo je možné využiť neskôr pri OCR. Ďalší výber History, ako je zrejmé z nasledovného obrázku, poskytne:

Info (zobrazené informácie meranej veličiny – DCV, List - ponúkne zoznam nameraných údajov, HistoG – vykreslí nám už známy histogram, Update umožní aktualizovať počet nameraných hodnôt (záznamov) a Save uloží meranie na USB kľúč (možnosti Save sme už spomínali v predchádzajúcej časti).

Zoznam nameraných údajov – opäť s možnosťou uloženia na USB kľúč, je možné prehľadávať šípkami smerom hore aj dole, či využiť rýchly návrat na začiatok resp. koniec súboru prostredníctvom Top resp. End. Šípka smerom hore umožní návrat o úroveň vyššie.

Predtým, než poukážeme na NPLC (pri j.s. veličinách) resp. na filtre (pri striedavých veličinách) je potrebné podotknúť že:

1. Pri meraní U a I je možné o 10% prekročiť merací rozsah a na zvolenom rozsahu a ďalej pokračovať v meraní s pôvodným rozlíšením.
2. Pri meraní DCV je vstupný odpor štandardne nastavený na 10 MΩ. Aby pri meraní napätia nedochádzalo k záťaži meraného objektu, je na rozsahu 200 mV, 2 V alebo 20 V, možnosť zvoliť vstupný odpor voltmetra > 10 GΩ. Tisíc násobné zvýšenie vstupného odporu voltmetra zaručí minimálnu záťaž meraného objektu. To je veľká výhoda, ktorú je možné využiť napr. pri meraní Westonovho článku, ktorý nesmie byť zaťažený odberom prúdu väčším ako 1 µA. Zvýšenie vstupného odporu voltmetra je možné tlačidlom Meas a následným výberom Res. Pri vstupnom odpore 10 MΩ by voltmeter odoberal z Westonovho článku (≈ 1 V) 0,1 µA avšak pri vstupnom odpore 10 GΩ to bude už iba 0,0001 µA, čo je výrazný a vítaný rozdiel pri meraní napätia na ňom.

Využitie NPLC

Keďže frekvencia napätia v sieti má periódu 20 ms, tak počas 10×20 ms = 200 ms, A/D prevodník meria vstupný signál.
Rigol DM 3068 používa tieto násobky NPLC: 0,006; 0,02; 0,06; 0,2; 1; 2; 10 a 100. Čím je väčší počet NPLC, tým presnejšie bude meranie. Naopak, čím menší bude počet NPLC, tým síce zmena na displeji bude rýchlejšia, ale meranie bude nepresnejšie. To sa tiež môže prejaviť na menšom počte desatinných miest. Samozrejme pamäť, ktorá je schopná si uložiť 5000 údajov sa zaplní rýchlejšie.

Tak napríklad, 5000 nameraných údajov v závislosti od zvoleného NPLC sa uloží do pamäte za (NPLC/s): 0,006/15s; 0,02/17s; 0,06/25s; 0,2/53s; 1/214 s (3:34 min); 2/354 s (6:54 min); 10/33:33 min.; 100/5:30 hod. Zmenu NPLC je možné urobiť stláčaním šípiek doľava a doprava na prednom paneli (6).

Pri NPLC = 0,006 je možné multimeter využiť ako vzorkovací obvod, ktorý postupne do pamäte uloží 5000 okamžitých hodnôt striedavého signálu (hoci je multimeter prepnutý na meranie j.s. napätia). Nasledujúci obrázok ilustruje vykreslenie sínusového signálu fázového napätia meraného na rozsahu DCV avšak s NPLC = 0,006.
V hornej časti obrázka je možné si všimnúť, že U_max = 327,5761 V a U_min = -327,905 V. Maximálna hodnota fázového napätia v zásuvke je: 230×√2 = 325,266 V, čo je približne rovnaká hodnota ako U_max a U_min na obrázku vľavo. Na obrázku je tiež možné vidieť v pravej časti aj časový priebeh signálu (fázového napätia) – sínusový signál. Ak by bol použitý funkčný generátor a perióda signálu by bola T > 20 ms, sínusový signál by bol na displeji zreteľnejší.

So stále sa zvyšujúcim NPLC je vzorkovacia frekvencia stále menšia a menšia, až pri NPLC = 0,2 bude sínusový signál fázového napätia deformovaný tak, ako je to zrejmé z obrázka. Tiež aj maximum a minimum hodnoty napätia je menšie o ≈11 V. Pri výbere ďalšieho, v poradí nasledujúceho NPLC = 1, bude U_max ≈ 0,3 V, čo svedčí o nevhodnom vzorkovaní (použité NPLC, je príliš vysoké, čomu odpovedá aj dlhší čas integrovania.)

Pri meraní striedavých veličín U, I, ale aj frekvencie sa využíva tvz. AC filter, ktorý minimalizuje chybu pri meraní veličín meniacich sa v čase. Multimeter DM 3068 používa 3 možnosti AC filtrov: Slow/Medium/Fast (3/20/200 Hz).
Je to obdoba NPLC pri j.s. veličinách s tým, že ako pri j.s. meraniach najpresnejší výsledok poskytne meranie pri 100 NPLC, tak pri striedavých meraniach je to použitie filtra Slow s nulovou prídavnou chybou na celom frekvenčnom rozsahu. Manuál uvádza, že pri použití filtra Medium v rozsahu frekvencií f = 40 Hz ÷ 100 Hz, je potrebné pripočítať k chybe δ_ú násobok 0,06 z δ_ú a pri použití filtra Fast, je to až 0,73 násobok z δ_ú.

Meranie TRMS

Meranie striedavých napätí resp. prúdov je možné v rozsahu frekvencií 3 Hz ÷ 300 kHz resp. 3 Hz ÷ 10 kHz.
Ide o meranie TRMS, čiže výrobca umožňuje merať skutočnú efektívnu hodnotu (TRMS) nielen z harmonických, ale aj z neharmonických časových priebehov. Je už na používateľovi aký filter pri meraní použije. Presnosti uvedené v manuáli však výrobca vzťahuje k harmonickému priebehu a použití filtra Slow. Skutočnosť, že multimeter meria TRMS naznačuje, že aj pri neharmonických priebehoch je možné očakávať vysokú presnosť merania v porovnaní s menej ako 6 ½ miestnymi multimetrami. Presnosť merania fázového napätia (rozsah 750 V) pri rozsahu frekvencií f = 10 Hz ÷ 20 kHz je (0,08 + 0,03) %, prúdu (rozsah 200 mA až 2 A) pri rozsahu frekvencií f = 10 Hz ÷ 5 kHz je (0,1 + 0,04) %.
Ďalšie informácie pre všetky rozsahy a rozsahy frekvencií uvádza manuál. Len pre úplnosť uvedieme, že k dispozícii sú rozsahy 200 mV/2 V/20 V/200 V/750 V pre meranie napätia a 200 µA/2 mA/20 mA/200 mA/2 A/10 A pre meranie prúdu.

Meranie frekvencie a periódy

Stlačenie tlačidla Freq z ponuky (1) umožní merať frekvenciu (od 3 Hz do 1 MHz) striedavého signálu a pri opätovnom stlačení zasa jeho periódu (od 0,33 s do 1 µs). Popis informácií na displeji je analogický ako pri meraní napätia. Šípkami (6) je tiež možné meniť čas merania v krokoch 1ms, 10 ms, 100 ms a 1 s.

Súčasné meranie napätia (prúdu) a frekvencie – 2ND

Tlačidlo 2ND na (1) umožňuje merať súčasne napätie (prúd) a frekvenciu. Aby to bolo možné, multimeter musí byť najskôr prepnutý na meranie striedavého napätia (prúdu), potom stlačiť 2ND a vybrať Freq. Výsledok je zrejmý z obrázka, pričom po voľbe History bude zapísané iba meranie napätia (prúdu). Taktiež aj histogram bude odpovedať uloženým hodnotám napätia v pamäti – nebude vykreslený pre frekvenciu.

Meranie kapacity, diód a skratu

Ako pri meraní napätia či prúdu, každému výberu zodpovedá v (1) nejaké tlačidlo, ktoré prirodzene naviguje používateľa schematickou značkou kondenzátora, diódy, či zvuku. Kapacita je meraná s presnosťou (1 + 0,3) % v širokom rozsahu od 2 nF do 20 mF. Pre rozsahy 2 nF a 200 mF je presnosť merania horšia, konkrétne (2 + 2,5) % a (3 + 0,2) % a rozlíšenie je ako pri 3 ½ miestnom multimetri.

Pri meraní diód je rozlíšenie meraného údaja ako pri 5 ½ miestnom multimetri. Používateľ si môže zvoliť prúd: 1 mA/100 µA/10 µA /2 µA/200 nA, ale iba presný 1 mA prúd je garantovaný výrobcom.

Pri meraní skratu je možné nastavenia hodnoty odporu, ktorý už má byť považovaný za skrat. Pri kontrole meracích káblov či pri kontrole vodivých spojení na doske plošného spoja je táto funkcia veľmi vítaná. Testovací prúd je 1 mA a možnosť nastavenia odporu je od 0,1 Ω do 2000 Ω. Zároveň sa pri testovaní vodivosti ukáže aj nameraná hodnota a počuť aj zvuk (ak je zapnutý). Ak sa na displeji ukáže hláška OPEN, znamená to, že odpor medzi svorkami je väčší ako 2220 Ω.

Meranie pomocou senzorov

Stlačením Sensor umožňuje multimeter Rigol DM 3068 konverziu neelektrickej veličiny (tlak, teplota) na elektrickú (napätie, prúd alebo odpor). Voľba New očakáva nový konfiguračný súbor senzora a Edit jeho editovanie – úpravu.
Manuál obsahuje pokyny, ako vytvoriť konfiguračný súbor snímača. Load zasa načíta konfiguračné súbory zo svojej pamäte, alebo z USB. Ponuky History a REL sú už známe z predchádzajúcich meraní. Posledná voľba Disp súvisí so zobrazovaním nameranej hodnoty alebo zobrazením nameranej aj fyzikálnej meranej fyzikálnej veličiny.

Z bežne dostupných snímačov sú zaujímavé teplotné, pretože teplota bude prevedená na napätie. DM 3068 môže merať priamo pomocou termočlánku (TC), odporového teplotného detektora (RTD), alebo pomocou termistora (TERM). Niektoré typy snímačov sú už predefinované v pamäti multimetra a takto je možné dostať elektrický ekvivalent meranej teploty.

Meranie odporu

Väčšina multimetrov však ponúka iba dvojvodičové (2WR) meranie odporu, ale Rigol DM 3068 umožňuje štvorvodičové (4WR) meranie odporov. Dokonca výrobca odporúča pri hodnotách menších ako 100 kΩ merať odpor 4WR. Kelvinove káble nie sú súčasťou dodávky, je potrebné si ich doobjednať. Ak nemáte k dispozícii Kelvinové káble, je možné merať aj 2WR s tým, že je potrebné použiť ponuku REL.

Ako je z obrázka zrejmé, odpor meracích káblov je 0,1736 Ω, takže po stačení REL sa táto hodnota vždy odčíta (orientácia na displeji je v podstate rovnaká ako pri meraní napätia s tým rozdielom, že vpravo hore je 2WR). Na displeji sa ukáže a súčasne do pamäte sa zapíše, hodnota odporu menšia o nameraný odpor meracích káblov.

Tak napríklad pri meraní odporového normálu s nominálnou hodnotou 10 Ω bola pri nevyužití REL nameraná hodnota 10,1953 Ω a po využití REL 10,0222 Ω.

4WR meranie je presnejšie, pretože odpor meracích káblov sa môže líšiť napr. nie vždy dobrým kontaktom medzi krokosvorkami (bolo nameraných aj 0,2148 Ω), čo pri meraní 10 Ω môže vnášať chybu pri meraní (menšia chyba už bude pri 100 Ω resp. 1000 Ω).

V manuáli je ukážka zapojenia meracích káblov pre 2WR aj pre 4WR.

2WR meranie prebehlo bez problémov, ale pri 4WR meraní odporu nastal problém. Ten vyplýval buď z nevhodného farebného označenia Kelvinových káblov, alebo výrobca káblov zamenil farby.
Napokon sa ukázalo, že správne pripojenie Kelvinových káblov je iné. Červené koncovky je potrebné zapojiť pod seba a nie vedľa seba ako je to v manuáli. Je však možné, že s odstupom času bude aj táto farebná „hádanka“ opravená.

Odpor 10 Ω normálu bol určený ako priemer zo 43 nameraných hodnôt (pri NPLC = 100): 9,999984 Ω.

Po tejto ukážke presného 4WR merania si možno položíte otázku: Aké presné je toto meranie? Meral sa 10 Ω odporový normál na rozsahu 200 Ω, čo predstavuje 1/20 rozsahu - meranie je realizované na začiatku rozsahu a teda s veľkou relatívnou chybou. Ten istý odporový normál bol však meraný aj 8 ½ miestnym Agilent 3458A. Jeho odpor bol: 9,99979 Ω. Túto hodnotu budeme považovať za konvenčne správnu hodnotu. Keď by sme vypočítali relatívnu chybu podľa vzťahu

kde R_X je meraná a R_N je konvenčne správna hodnota, relatívna chyba merania odporového normálu potom bude δ_XN = 0.002 %. Pri 2WR meraní s použitým REL (R_x = 10,0222 Ω) bude δ_XN = 0,23 % a pri 2WR meraní bez REL (R_x = 10,1953 Ω) bude δ_XN = 1,96 %. Je teda zrejmé, prečo výrobca pri meraniach do 100 kΩ odporúča 4WR meranie odporov. Priam nevyhnutnosťou je 4WR meranie pri odporoch okolo 10 Ω.

V súvislosti s meraním odporu na ilustráciu ešte jedna ukážka. Výrobca v závere manuálu, časť Špecifikácie, pod každou jednou tabuľkou charakterizujúcou presnosť merania jednotlivých veličín upozorňuje na potrebu zahriatia multimetra počas 90 minút. Pri meraní odporového normálu bol nameraný vývoj zmeny veľkosti meraného odporu od času. Na základe grafickej závislosti je možné potvrdiť nutnosť 90 min. zahrievania multimetra. Takže až po uplynutí 90 min. môžete očakávať presné výsledky merania podľa tabuliek.

Záver

Multimeter Rigol DM 3068 predstavuje veľmi dobrý pomer cena/výkon. Vzhľadom na to, že ide o 6 ½ miestny multimeter, môžete očakávať, že namerané výsledky sa budú výrazne blížiť ku konvenčne správnej hodnote.
Tento multimeter je vhodný nielen na finalizáciu diplomových či dizertačných prác, ale svoje miesto si určite nájde aj vo firmách požadujúcich väčšiu presnosť ako pri doteraz používaných lacnejších multimetroch. Široké možnosti ovládania multimetra na diaľku či cez PC, využívanie rôznych senzorov pripojených k multimetru, a primeraná cena robia z neho na trhu meracích prístrojov naozaj zaujímavý produkt.

Autor článku:
doc. Ing. Milan Guzan, PhD.,
Katedra teoretickej a priemyselnej elektrotechniky,
FEI, Technická univerzita v Košiciach