Осциллограф цифровой ручной ADS-2208

Портативный цифровой мультиметр, это, наверное, самый распространенный измерительный прибор, который, пожалуй, есть в каждой измерительной лаборатории, у каждого инженера и техника.

Идея совместить мультиметр и осциллограф выглядит очень логичной и востребованной. В ходе разработки, отладки и обслуживания электронных систем на одной и той же плате возникает необходимость как измерений напряжений, токов, сопротивления (мультиметр), так и наблюдения формы сигналов и ее динамики (осциллограф).

Нужен ли осциллограф со встроенным мультиметром? Ведь цифровой осциллограф сам способен выполнять некоторые функции мультиметра, а именно – измерять постоянное и переменное напряжение, измерять частоту сигнала. Если к осциллографу подключить токовые пробники, это расширит его возможности измерением постоянного и переменного тока…

Начнем с того, что аналого-цифровое преобразование у осциллографа – скоростное и, как правило, 8-разрядное. Т.е. точность одиночного измерения не превысит 0,4%. У современных прецизионных мультиметров используются медленные АЦП, но имеющие большую разрядность, что обеспечивает точность зачастую на порядок лучше. Так для прецизионного цифрового мультиметра АКТАКОМ АМ-1189 точность измерений постоянного напряжения составляет 0,02%, что в 20 раз лучше. С другой стороны потребность в высокой точности измерений возникает далеко не всегда, поэтому возможности измерения напряжения с помощью АЦП цифрового осциллографа небесполезна для комбинированных приборов.

Осциллограф не может измерить сопротивление, как это делает мультиметр. Ведь для этого необходимо в измерительную цепь подавать тестовый ток, который не могут вырабатывать входные каскады осциллографа (да они и не рассчитаны на подачу сигнала от внешнего источника тока).

По этой же причине осциллограф (в отличие от мультиметра) не может осуществлять прозвонку цепи, измерять емкость, индуктивность и тестировать диоды и транзисторы (обычный функционал для мультиметра).

Важным моментом является то, что обычно измерительные разъемы мультиметра гальванически развязаны от питающей сети (хотя бы в силу батарейного питания). Среди осциллографов такой возможностью обладают только дорогие приборы с гальванической развязкой входов или батарейным питанием.

Все это показывает, что осциллограф не полностью может заменить мультиметр, и комбинированные приборы, совмещающие в одном корпусе осциллограф и мультиметр, востребованы потребителями.

Наиболее удачно смотрится встраивание мультиметра в портативные осциллографы. Это объясняется потребностью пользователя такого прибора сэкономить место и снизить вес сумки, которую нужно брать на выезд, а также наличием в таких приборах батарейного питания и подходящим форм-фактором.

Обычное напряжение в бытовой однофазной сети, как известно, 220 вольт ±5%, т.е. в диапазоне от 209 до 231 вольт. Однако, это напряжение переменное, и это означает, что в каждый момент времени амплитуда значения напряжения отличается от амплитуды напряжения в следующий момент – представим себе синусоиду, в которой каждая соседняя точка графика имеет разную высоту над линией «0». Максимальное значение амплитуды в бытовой сети составляет 310 В. Но это максимальное значение, через четверть периода значение амплитуды будет равно «0». В этом случае необходимо знать некий средний уровень, при котором можно считать, что переменный ток проделывает такую же работу, какую бы проделал постоянный ток аналогичного напряжения. Определить эту величину можно, если значение максимальной амплитуды разделить на √2, т.е. 310 / √2 = 219,858 вольт. Это напряжение называют действующим или среднеквадратичным.

Таким образом, для того чтобы наблюдать синусоиду 220 В сетевого напряжения на экране, настройки осциллографа должны предусматривать отображение сигнала с максимальны амплитудным значением пик-пик не менее 620 вольт и применение соответствующего пробника (в большинстве случаев понадобится пробник с коэффициентом деления 1:100).

Внимание! Следует отметить, что в данном случае пользователь правильно использует батарейный прибор для измерения параметров напряжения сети. В любом случае, при проведении таких измерений необходимо соблюдать требования техники безопасности. Необходимо обеспечить защиту от плавающих потенциалов и гальваническую развязку измеряемой цепи и прибора. Наиболее правильно использовать дифференциальные пробники типа DP-40LV, которые также можно использовать не только с приборами с батарейным питанием, но и со стационарными приборами с питанием от сети переменного тока. Также возможно использование и обычных пробников с коэффициентом деления 1:100, например производства ROHDE&SCHWARZ RT-ZI10 или Fluke VPS420-R, которые имеют защищенные металлические (корпус разъема) части, препятствующие контакту оператора с токоведущими частями. В крайнем случае, соблюдая все меры осторожности, не допуская прикосновения к оголенным частям прибора и пробника, можно использовать пробник HP-9258 с открытым не изолированным корпусом разъема.

• Флэш-накопитель должен быть отформатирован в формате FAT32. На некоторых моделях осциллографов (и многих других приборов) иные форматы, например NTFS, могут не поддерживаться.
• Объем памяти флэш-накопителя не должен быть большим (рекомендуем до 8 ГБ)
• Не следует использовать слишком скоростные флэш-накопители, например USB 3.0 и т.п. (USB 2.0 тоже могут не поддерживаться)
• Используйте USB-накопители известных фирм. Мы рекомендуем Transcend и Kingston. Каждый накопитель - это устройство со своим набором команд, а USB порт прибора - это всегда ограничения!
• Используйте полноразмерные USB-накопители.
• Не следует сохранять данные на карту SD через USB-адаптер. Этот вариант может также не пройти.

На самом деле никакой проблемы нет.

Просто нужно учитывать, что вы работаете на цифровом осциллографе, который оцифровывает сигнал с различной частотой дискретизации в зависимости от выбранной горизонтальной развертки, а затем соединяет плавной линией (интерполирует) оцифрованные точки, восстанавливая реальную форму сигнала.

Для примера предположим, что вы измеряете сетевое напряжение частотой 50 Гц на развертке 10 мс/дел с частотой дискретизации 20 кГц (kSa/s).

Один период сигнала (20 мс), оцифрованный в этом режиме, 20Е-03(сек) * 20Е03(1/сек) = 400 точек. Этого вполне достаточно, чтобы корректно восстановить и интерполировать синусоиду частотой 50 Гц (т.е. периодом 20 мс).

Нормальное отображение при развертке 10 мс/дел:

Искажение формы того же сигнала на развертке 10 с/дел:

На втором экране развертка установлена в положение 10 с/дел, а частота дискретизации на такой развертке получилась 20 выборок в секунду (20 Sa/s). Т.е. на один период сигнала 20 мс пришлось: 20Е-03(сек) * 20(1/сек)=0,4 точки. Т.е. восстановить (интерполировать по точкам) синусоиду, имея меньше одной точки на период невозможно, поэтому вы получили мешанину (т.н. "aliasing" или ложные частоты), образованную биениями измеряемой частоты и частоты дискретизации.

Чтобы корректно устанавливать режим сбора данных цифрового осциллографа следует придерживаться простого правила: частота дискретизации должна быть по крайней мере в 5-10 раз выше частоты сигнала, тогда у вас не будет парадоксов, которые наблюдаются на втором экране.

Все это касается любого цифрового осциллографа, и никак не связано ни с его типом, ни с пробниками.