Осциллограф и измеритель RCL на базе USB3000

Главная / Каталог / Измерительные комплексы / Примеры внедрения / Осциллограф и измеритель RCL на базе USB3000

Особенности:

Виртуальный осциллограф и измеритель сопротивления/ёмкости/индуктивности на базе модуля АЦП/ЦАП USB3000. 

Цена: руб.

Подробное описание:

1 ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

1.1 Осциллограф

  • 1.1.1 Частота дискретизации и переключения каналов максимальная – 3 МГц.
  • 1.1.2 Количество используемых входов для осциллографа – два дифференциальных входа. Первый вход, X1, Y1 – с делителем напряжения, второй, X2, Y2 – без делителя.
    Щупы:
    • вход X1, прямой,
    • вход Y1, инверсный,
    • вход X2, прямой,
    • вход Y2, инверсный,
    • общий провод. Соединен с корпусом компьютера и с заземлением.
  • 1.1.3 Для просмотра только переменной составляющей напряжения (“закрытый вход”) щуп X1 надо подключить через конденсатор К73-17 0,22 мкФ 630 В, а щуп Y1 – заземлить или подключить через второй такой же конденсатор.
  • 1.1.4 Вход X1, Y1
    • Коэффициент передачи делителей напряжения 1/20 ± 2 %.
    • Диапазон измеряемых напряжений от –100 В до 100 В относительно общего провода. В случае выхода напряжения из этого диапазона остается возможность просмотра переменной составляющей, как указано в пункте 1.1.3, если ее амплитуда не более 100 В. При этом спад АЧХ (амплитудно-частотной характеристики) на частоте 50 Гц не превышает 0,1 %.
    • Входное сопротивление, между входным щупом и общим проводом – 720 кОм ± 2 %.
    • Входная емкость примерно 17 пФ последовательно с резистором 2 кОм.
    • Полоса пропускания при максимальной частоте дискретизации и одном канале – от постоянного тока до 1,5 МГц, при двух каналах – до 0,7 МГц.
    • Спад АЧХ на частоте 1 МГц не более 3 %.
    • Максимальное сопротивление источника измеряемого сигнала – 35 кОм, при погрешности измерения напряжения 5 %.
  • 1.1.5 Вход X2, Y2
    • Коэффициент передачи 0,990.
    • Диапазон измеряемых напряжений от –5 В до 5 В относительно общего провода.
    • Входное сопротивление, между входным щупом и общим проводом – 300 кОм ± 5 %.
    • Входная емкость – примерно 400 пФ последовательно с резистором 1,5 кОм.
    • Входной ток, при закороченном входе, не выше 0,5 мкА.
    • Смещение нулевого уровня при разомкнутом входе не более 150 мВ.

    • Спад АЧХ на частоте 100 кГц не более 6 %.
    • Максимальное сопротивление источника измеряемого сигнала – 15 кОм, при погрешности измерения напряжения 5 %.
  • 1.1.6 Длина кабелей до щупов X1, Y1, X2, Y2 и общего провода – 1,3 м.

1.2 Измеритель RCL

  • 1.2.1 Способ переключения:
    • вид измеряемой величины – сопротивление, емкость, индуктивность – задается в окне программы U3MEP_RCL, нажатием мышкой на вкладку “R”, ”C” или ”L”,
    • диапазон измерения выбирается ручным переключателем на три положения.
    • Одно и то же значение величины может быть измерено в разных положениях переключателя с разной погрешностью – она выдается вместе с результатом измерения. Если погрешность можно снизить, на экран выводится сообщение об этом.
  • 1.2.2 Диапазоны и погрешности измерения сведены в таблицу 1.

Таб.1 
Таблица 1



2 УСТРОЙСТВО ИЗМЕРИТЕЛЯ И ПРИНЦИП РАБОТЫ

2.1 Принципиальная схема прибора показана на рисунке 1.

Розетка XS2 соединяется с модулем АЦП-ЦАП USB3000.

2.2 Резисторы R1…R4 смонтированы непосредственно в щупах XP1, XP2, XP4, XP5 со съемными зажимами “крокодил” для подключения к исследуемым цепям. Они нужны для ослабления влияния входной емкости измерителя на работу этих цепей и для защиты входов модуля АЦП-ЦАП от импульсных перенапряжений.

2.3 В щупах XP1 и XP2 находятся резисторы и конденсаторы делителей напряжения R5, R6, C1, C2 – для первого входа.

Делители напряжения необходимы для:

расширения диапазона измеряемых напряжений с ± 5 В до ± 100 В,

защиты входов модуля АЦП-ЦАП, совместно с имеющимися в модуле элементами,

снижения емкости входа в 20 раз,

уменьшения, во много раз, смещения нулевого уровня и его зависимости от того, подключен или нет источник входного сигнала.

Учитывая, что уровень собственных шумов модуля АЦП-ЦАП, как указывается в прилагаемой к нему документации, не превышает минус 110 дБ от уровня 5 В, снижение чувствительности в 20 раз, то есть на 26 дБ, не должно сильно повлиять на погрешность измерений.

Второй вход сделан с коэффициентом передачи, близким к 1 – без делителей.

Рис.1 
Рисунок 1

2.4 Провод XP3 с несъемным зажимом “крокодил” подключается к корпусу или общему проводу устройства. Он соединен с общим проводом компьютера и с заземлением.

2.5 Остальные элементы смонтированы на отдельной плате, соединенной со щупами и розеткой XS2 с помощью жгута гибких изолированных коаксиальных кабелей (4-жильный шнур ШГЭС для видеоаппаратуры, емкость 220 пФ/м). Длина жгута 0,5 м.

Для защиты входов модуля АЦП-ЦАП установлены диоды VD1…VD10 и конденсаторы C4, C5, подключенные к источникам питания микросхемы АЦП (аналого-цифрового преобразователя) в модуле, ± 6 В.

2.6 Проверяемый резистор, конденсатор, катушка, дроссель подключается к розетке XS1. Для измерения используется выход первого канала ЦАП (цифро-аналогового преобразователя), напряжение с которого через образцовый резистор – один из резисторов R7…R9 – подается на проверяемый элемент. Информация о том, какой резистор подключен, передается в компьютер через правую по схеме секцию переключателя SA1 и вход 6 АЦП.

По входу 7 АЦП измеряется напряжение, поступающее от ЦАП на последовательную цепь из образцового резистора и проверяемого элемента.

На вход 8 АЦП поступает напряжение с проверяемого элемента.

2.7 При измерениях индуктивности и емкости с выхода ЦАП подаются прямоугольные двуполярные импульсы со скважностью 2 и амплитудой 5 В (“размах” – 10 В). Время нарастания и спада импульса 4...10 мкс. Частота импульсов указана в пункте 4.5. При измерении активного сопротивления подается постоянное напряжение 5 В.

2.8 Емкостное и индуктивное сопротивление вычисляется, как отношение амплитуды первой гармоники напряжения на проверяемом элементе к амплитуде первой гармоники тока через него, полученной по разности напряжений на выводах образцового резистора.

Для конденсаторов емкостью 5 мкФ и выше производится оценка эквивалентного последовательного активного сопротивления на частоте 50 кГц. Оно выводится во втором окне (см. ниже рисунок 2) без указания погрешности.

При проверке катушки сначала измеряется ее сопротивление на постоянном токе, и падение напряжения на этом сопротивлении, его первая гармоника, векторно вычитается из первой гармоники измеренного напряжения на катушке, чтобы выделить “чистую” индуктивность.



3 СБОРКА И УСТАНОВКА

3.1 Подключите к модулю USB3000 узел, собранный по схеме согласно рисунку 1.

Конденсаторы C1 и C2 должны быть на напряжение не менее 150 В.

Резисторы R5…R11 могут быть прецизионными или обычными.

Во втором случае, чтобы получить коэффициент передачи, указанный в пункте 1.1.4, придется подобрать пары резисторов R5, R10 и R6, R11.

Сопротивления резисторов R7…R9 могут быть любыми в диапазонах

R7 330…1000 Ом

R8 1000…10000 Ом

R9 10000…300000 Ом (более 80 кОм не рекомендуется).

Их нужно измерить с погрешностью не более 1 % и задать в качестве параметров запуска программы, как описано ниже.

Контакты XS1 должны допускать подключение резисторов, конденсаторов, катушек, дросселей с разными размерами.

3.2 Установите на компьютер драйвер модуля USB3000 и программу-осциллограф, например, PowerGraph 3.3 Demo. В результате этой установки должна быть занесена библиотека Rtusbapi.dll в системную папку C:\WINDOWS\system32 (если система Windows установлена на диск C:) – проверьте это.

Поместите файл U3MEP_RCL.exe в любую удобную для вас папку, например, “D:\Program Files\”. Создайте ярлык программы средствами Windows на рабочем столе или в папке “Главное меню\Программы\”.

Добавьте в ярлык параметры запуска: откройте вкладку “Свойства” для него и запишите параметры справа в графу “Объект” после имени файла U3MEP_RCL.exe, например:

"D:\Program Files\U3MEP_RCL.exe" 344 3970 36100

Параметрами необходимо задать сопротивления резисторов R7, R8 и R9 в омах – номинальные для прецизионных резисторов или измеренные.

Заданием необязательного четвертого параметра делается подстройка под начальную емкость, подробнее об этом – в пункте 4.4. При первом запуске программы этот параметр можно опустить.



4 ПОРЯДОК РАБОТЫ С ИЗМЕРИТЕЛЕМ R, C, L

4.1 Подключите модуль USB3000 к компьютеру.

Запустите программу “Измеритель R, C, L” при помощи ярлыка, созданного, как описано выше.

Выберите нужную вкладку, “R”, “C” или “L”.

Подключите проверяемый резистор, конденсатор, катушку (дроссель) к контактам XS1 “RCL”.

4.2 Чтобы запустить измерение, щелкните мышью окно для результата.

Многоточие “. . .” означает, что процесс еще не завершен. По окончании измерения напряжение с контактов XS1 снимается, и на экран выводятся результаты: измеренная величина и погрешность измерения в процентах.

В нижней части окна программы может быть выведено сообщение, такое, как рекомендация перевести переключатель пределов измерения в другое положение.

Малые сопротивления и индуктивности точнее измеряются в положении переключателя пределов “1”, большие – в положении “3”.

Для измерения больших емкостей служит предел “1”, малых – предел “2”.

4.3 Особенности измерения больших сопротивлений

В положении “3” переключателя пределов после щелчка мыши по окну результата на экран выводится кнопка “Уст. ∞”, а затем выдается значение в десятки мегаом, при свободных контактах “RCL”. Это – влияние входного тока входа 8 АЦП.

Нажмите кнопку “Уст. ∞”, не подключая ничего к контактам, и дождитесь сообщения, что коррекция внесена. Теперь после запуска измерения при свободных контактах выводится знак “∞”.

4.4 Подстройка для измерения малых емкостей

Чтобы при свободных контактах “RCL” выводился ноль на втором пределе измерения емкости, сделайте следующее.

Переведите переключатель в положение “2” и не подключайте ничего к контактам. Задайте в ярлыке предельно допустимое значение поправки на начальную емкость, 50 пФ:

“…\U3MEP_RCL.exe" 344 3970 36100 50

Поправка задается в пикофарадах, минимально допустимое ее значение – 0.

Запустите измерение. В полученном сообщении будет указана величина поправки, которую нужно занести в ярлык, вместо значения 50 пФ.

4.5 Измерение емкости оксидных конденсаторов

Если результат, полученный на первом пределе (переключатель в положении “1”) оказался меньше, чем на втором, то это связано с тем, что в первом случае измерение было сделано на более высокой частоте. Частота подбирается автоматически из ряда 80, 400 Гц, 2, 10 и 50 кГц по минимуму погрешности измерения. Она выводится на экран с левой стороны, как показано на рисунке 2.

На более высокой частоте влияние падения напряжения на эквивалентной последовательной индуктивности конденсатора уменьшает показание прибора по емкости.

4.6 Измерение индуктивности

После щелчка мыши на окне для результата по индуктивности сначала измеряется сопротивление катушки на постоянном токе, подобно тому, как это делается на вкладке “R”, а затем подаются импульсы напряжения. Сопротивление выводится во втором окне:

Рис.2 
Рисунок 2

При измерении больших индуктивностей, на втором и третьем пределах, или при очень малом сопротивлении катушки, по сравнению с образцовым резистором, сопротивление катушки измеряется с большой погрешностью. В таком случае эта погрешность не выводится на экран, в отличие от рисунка 2 (переключатель пределов – в положении “1”). Но поскольку сопротивление катушки мало, оно не добавляет погрешность в измерение индуктивности.

Если нужно точнее измерить сопротивление катушки, перейдите на вкладку “R” и на меньший предел.

4.7 Получение таблицы диапазонов и погрешностей измерения

Выберите вкладку “? – О программе” и щелкните мышью нижнюю строку.

На экран выводится таблица, подобная таблице 1, но рассчитанная исходя из заданных вами сопротивлений образцовых резисторов. Эти сопротивления выдаются над таблицей.

4.8 “Спящий режим”

Драйвер модуля USB3000 не допускает перевода компьютера в “спящий режим”. Сначала надо закрыть использующую его программу.

4.9 ПРИМЕЧАНИЕ

Сразу после включения питания модуля USB3000 на выход ЦАП, то есть на верхний по схеме контакт XS1 (рисунок 1), выдается постоянное напряжение  –5 В, это особенность примененной микросхемы ЦАП, AD5322. Запуском программы “Измеритель R, C, L” напряжение с контактов снимается.


Скачать ПО Измерителя RCL >>> 


Подробнее об устройстве USB3000.

Предварительный заказ: