Na rynku aparatury pomiarowej pojawiły się dwa nowe laboratoryjne woltomierze napięcia stałego DM7276 (fot. 1) i DM7275 z wyświetlaczem długości 7½ cyfry wyprodukowane przez japońską firmę HIOKI.

Nowe przyrządy są ze względu na wysoką dokładność pomiaru, długoterminową stabilność wskazań i odporność na zewnętrzne sygnały zakłócające równoważne referencyjnym woltomierzom 8½ cyfry. Stąd też z pewnością znajdą szerokie zastosowanie, w tym w placówkach naukowo-badawczych i na liniach produkcyjnych. Oba woltomierze oferuje w Polsce firma Labimed Electronics.

Własności podstawowe
Woltomierze DM7276 i DM7275 mierzą napięcie stałe i jednocześnie, w razie potrzeby, temperaturę. Do pomiaru napięcia używają metody konwersji delta-sigma. Użytkownik ma do wyboru pięć podzakresów pomiarowych napięcia stałego: 0,1, 1, 10, 100 i 1000 V, o rozdzielczości wskazania równej odpowiednio 10n, 100n, 1, 10 i 100 µV (przy maksymalnej wyświetlanej liczbie cyfr). Rezystancja wejściowa woltomierza na trzech dolnych podzakresach wynosi 10 GΩ, a na pozostałych dwóch – 10 MΩ.
Użytkownik woltomierza może, zależnie od potrzeby, samodzielnie ustawiać czas całkowania, wprowadzając go w postaci parametru PLC (liczba okresów sieci zasilającej) równego 0,02, 0,2, 1, 10 i 100 lub w zakresie od 1 do 9999 ms. Wartość parametru PLC ma ścisły związek z liczbą wyświetlanych cyfr (od 7 do 3). Na przykład po wybraniu trybu bardzo szybkiego próbkowania przyrząd może mierzyć w sposób ciągły z szybkością równą maksymalnie 5000 razy przypadającą na jeden sygnał wyzwalający, a użytkownik może regulować czas całkowania, poczynając od ustawienia „najszybszego” równego 1 ms.

Dokładność i stabilność danych pomiarowych
Oba przyrządy wyróżniają się wyjątkową stabilnością długookresową i doskonałymi parametrami temperaturowymi. Różnią się wyłącznie długookresową dokładnością pomiaru gwarantowaną dla tych woltomierzy przez jeden rok. Dokładność tych przyrządów jest równoważna dokładności uzyskiwanej przez referencyjne, laboratoryjne multimetry cyfrowe o długości wyświetlacza 8½ cyfry. Woltomierz DM7276 charakteryzuje się dokładnością równą 9 ppm, a woltomierz DM7275 – 20 ppm. Obie dokładności dotyczą podzakresu pomiarowego 10 V.
W nowych woltomierzach zastosowano nowo opracowane przez firmę HIOKI źródło napięcia odniesienia o wysokiej stabilności będące rdzeniem układu pomiarowego tych przyrządów. Podzespoły ekranujące użyte do budowy źródła przechodzą specjalne testy fabryczne i długookresową ocenę, zanim zostaną wmontowane w układ woltomierza. W połączeniu z opracowaną przez HIOKI w pełni zautomatyzowaną techniką samokalibracji pozwala to na otrzymanie wymienionej dokładności (9 ppm). Parametry źródła nie ulegają zmianom przy zmianach temperatury otoczenia i to w szerokim zakresie zmian tej temperatury (nawet szerszym niż zadeklarowany w danych technicznych przedstawianych woltomierzy), dzięki czemu uzyskuje się dużą powtarzalność otrzymywanych wyników pomiarów.
Układy woltomierza, których zadaniem jest zminimalizowanie wpływu zmian temperatury zawierają podzespoły czułe na zakłócenia zewnętrzne i aby uzyskać stabilny pomiar, trzeba zastosować kalibrację własną. Własność odporności przyrządu na zewnętrzne sygnały zakłócające jest niezbędna do uzyskania pomiaru stabilnego przez długi czas. W obu woltomierzach HIOKI uzyskano wartości dwóch parametrów charakteryzujących ich odporność na zakłócenia tj. współczynnika tłumienia sygnału współbieżnego i wejściowego prądu polaryzującego na poziomie cechującym przyrządy klasy referencyjnej. Wartość pierwszego z tych parametrów jest równa co najmniej 140 dB dla sygnału stałego i co najmniej 100 dB dla sygnału przemiennego, drugiego zaś – 10 nA.

Funkcja sprawdzania stanu styku
Producent woltomierzy prognozuje, że jego nowe przyrządy znajdą szerokie zastosowanie m.in. w testach produkcyjnych i przy konserwacji akumulatorów litowo-jonowych. W trakcie kontroli jakości w procesie produkcyjnym akumulatora litowo-jonowego mierzy się napięcie między elektrodą (zaciskiem) akumulatora a powierzchnią zewnętrzną jego obudowy. Zły styk między sondą pomiarową a powierzchnią obudowy jest powodem zmniejszenia się pojemności między liniami (przewodami) pomiarowymi. Pomiar zewnętrznego potencjału jest skuteczny przy wykrywaniu uszkodzonych miejsc w ochronnej warstwie izolacyjnej (folii aluminiowej) pokrywającej zewnętrzne powierzchnie obudowy akumulatora litowo- -jonowego. Obudowy takie mają wytłaczane powierzchnie zewnętrzne, stąd też przy ich testowaniu ważna jest nie tyle dokładność, co styk sondy pomiarowej z powierzchnią. Woltomierze serii DM sprawdzają styk, mierząc pojemność między sondą pomiarową a miejscem jej styku. Używają do tego niewielkiego napięcia przemiennego o wartości skutecznej 10 mV. Napięcie to nie wpływa w żaden sposób na obiekt pomiarowy. Użytkownik woltomierza może ponadto ustawiać próg mierzonej pojemności w zakresie od 0,5 do 50 nF, sprawdzając jednocześnie wynik pomiaru pojemności za pomocą wbudowanego monitora pojemności.

Pomiar temperatury
Woltomierze DM7276 i DM7275 mierzą temperaturę otoczenia w zakresie od -10 do 60°C z rozdzielczością wskazania równą 0,1°C. Firma HIOKI oferuje jako wyposażenie opcjonalne termistorowy czujnik temperatury Z2001 z przewodem połączeniowym o długości 1,75 m, który dołącza się do specjalnego gniazda znajdującego się na tylnej płycie woltomierza.
Własność jednoczesnego pomiaru napięcia i temperatury wykorzystuje się w obu woltomierzach do realizacji funkcji kompensacji temperaturowej. Jako przykład użycia funkcji kompensacji można przytoczyć pomiar napięcia stałego na zaciskach akumulatora litowo-jonowego w sytuacji, gdy jest niezbędne uzyskanie bardzo dokładnego wskazania.
Gdy temperatura otoczenia akumulatora litowo-jonowego zmieni się zaledwie o 1°C, to napięcie mierzone na jego zaciskach może zmienić się nawet o kilkadziesiąt mikrowoltów. Stąd też funkcji kompensacji temperaturowej można używać do pomiaru napięcia obiektów o takich właśnie właściwościach. Funkcja kompensacji przelicza bieżące wskazanie napięcia stałego na wartość tego napięcia w temperaturze odniesienia (np. 20oC). Trzeba tylko przed pomiarem wprowadzić do pamięci woltomierza wartości temperatury odniesienia i współczynnika temperaturowego obiektu pomiarowego.

Wyświetlanie
Oba woltomierze wyposażono w kolorowy wyświetlacz ciekłokrystaliczny z graficzną matrycą TFT o przekątnej 4,3”. Wyświetlacz zawiera dotykowy panel rezystywny, który można obsługiwać, mając nawet założoną na rękę rękawicę. Pole cyfrowe wyświetlacza ma długość 7½ cyfry, pod nim zaś znajduje się szybki, analogowy bargraf zastępujący wskazówkę miernika analogowego. Pod bargrafem są wyświetlane jego ustawienia, tzn. dolna i górna wartość graniczna oraz wartość rozdzielczości bargrafu (w woltach na działkę).
Użytkownik może korzystać z różnorodnych funkcji, w tym z wyświetlania trendu zmian mierzonego napięcia, wyświetlania wyników obliczeń statystycznych, automatycznego zamrażania wskazania, komparatora z funkcją BIN, wygładzania wskazań bargrafu, dostosowywania wyglądu wyświetlacza do swoich potrzeb oraz pamięci wszystkich dokonanych ustawień.
Po włączeniu funkcji wyświetlania trendu napięcia przyrząd wyświetla wykres napięcia w funkcji czasu. Poszczególne wartości są wyświetlane z odstępem odpowiadającym ustawionemu czasowi całkowania od 1 do 9999 ms. Obserwując wykres trendu, można sprawdzać dane pomiarowe zarówno pod względem ich wolnych zmian w długim czasie, jak i zmian nagłych, jak np. zakłóceń.
Wyświetlane dane będące wynikami obliczeń statystycznych to nie tylko wartości maksymalna, minimalna i średnia, lecz również dane przydatne w procesach produkcyjnych, takie jak odchylenie standardowe i indeksy zdolności procesu. Przy obliczaniu danych statystycznych woltomierz uwzględnia dane z maksymalnie 1.000.000 punktów pomiarowych.
Automatyczne zamrażanie wskazania „Auto Hold” to funkcja będąca rozwinięciem funkcji zamrażania bieżącego wskazania „Hold”, spotykanej obecnie powszechnie w multimetrach cyfrowych. Po włączeniu zamrażania automatycznego bieżące wskazanie jest zapamiętywane i wyświetlane dopiero wtedy, gdy się ustabilizuje.
Funkcja komparatora na bieżąco porównuje wyświetlony wynik pomiaru z dwoma wartościami granicznymi górną i dolną ustawionymi przez użytkownika przyrządu, po czym sygnalizuje odpowiednim kolorem podświetlenia ekranu wynik porównania, tj. czy wynik ten jest większy od górnej wartości granicznej, mniejszy od dolnej wartości granicznej lub wypada w oknie wyznaczonym przez te dwie wartości graniczne. Rozwinięciem tej funkcji jest tryb BIN, który umożliwia przypisywanie otrzymywanych wyników dziesięciu kategoriom określonym przez wybrane wartości graniczne, górną i dolną.
Bargraf analogowy (wykres słupkowy) to wygodne narzędzie do obserwacji trendów zmian mierzonego napięcia oraz wychwytywania nagłych jego zmian. Wskazanie bargrafu odpowiada wskazaniu pola cyfrowego wyświetlacza. Dodatkową własnością woltomierza usprawniającą korzystanie z bargrafu jest funkcja wygładzania jego wskazań za pomocą średniej ruchomej. Po włączeniu tej funkcji wskazania bargrafu są uśredniane przy liczbie uśrednień wybranej przez użytkownika z zakresu od 2 do 100, ułatwiając odczytanie wskazania ulegającego nagłym i częstym zmianom.
Użytkownik zależnie od potrzeby może samodzielnie ustawić liczbę cyfr wskazania pola cyfrowego, od 3 do 7 (ustawiając tym samym szybkość pomiaru) oraz bieżącą datę i czas. Może też włączyć wyświetlanie przecinka zamiast kropki dziesiętnej, aby dostosować format wyświetlania do regionu użytkowania woltomierza, a ponadto skonfigurować ekran tak, aby wyświetlał tylko wskazania mierzonego napięcia lub tylko temperatury. Na koniec może dokonane ustawienia zapisać jako dane nastaw płyty przedniej (maksymalnie 30 zestawów nastaw) w pamięci wewnętrznej woltomierza.
Pamięć wewnętrzna woltomierza jest wykorzystywana nie tylko do zapisywania w niej nastaw płyty przedniej. Można w niej też zapisać maksymalnie 5000 danych pomiarowych (napięcie, temperatura, „złapany” czas).

Interfejsy i oprogramowanie
Każdy z woltomierzy DM7275 i DM7276 jest produkowany w trzech wersjach różniących się między sobą rodzajem oraz liczbą zamontowanych fabrycznie interfejsów komunikacyjnych (fot. 2).
Wersje bazowe DM7275-01 i DM7276-01 są wyposażone standardowo w interfejsy LAN i USB device oraz interfejs USB host przeznaczony do współpracy z popularnymi pamięciami przenośnymi USB. Gniazdo interfejsu USB host jest umieszczone na płycie przedniej woltomierza. Każdy z woltomierzy, niezależnie od wersji, jest wyposażony w interfejs EXT I/O przeznaczony do zdalnego sterowania przyrządem sygnałami doprowadzanymi z zewnątrz oraz do wyprowadzania sygnałów informacyjnych. Sygnały wejściowe to sygnały: wyzwalania pomiaru, blokady przycisków na płycie przedniej woltomierza, drukowania oraz ładowania zestawów nastaw konfiguracyjnych woltomierza (jeden z pięciu dostępnych). Sygnały wyprowadzane to sygnały końca pomiaru oraz decyzji komparatora.
Producent woltomierzy oferuje też wersje DM7275-02 i DM7276-02 z wbudowanym dodatkowo interfejsem GPIB oraz wersje DM7275-03 i DM7276-03 z interfejsem RS-232C (zamiast interfejsu GPIB).
Wersje DM7275-03 i DM7276-03 są ponadto przystosowane do współpracy z drukarką termiczną 9442 oferowaną przez HIOKI jako opcja.
Firma HIOKI oferuje oprogramowanie użytkowe, które można pobrać bez opłat z jej strony internetowej. Użytkownik, korzystając z tego oprogramowania i interfejsów USB woltomierza i komputera, może pobierać z woltomierza dane pomiarowe, ustawiać odstęp czasowy między kolejnymi pomiarami, testować stan komunikacji między woltomierzem a komputerem oraz ładować przesłane dane do arkusza kalkulacyjnego MS Excel i zapisywać je w postaci plików w formacie CSV.

Inne własności
Woltomierze DM7275 i DM7276 są zasilane z sieci napięcia przemiennego od 100 do 240 V (ustawianego automatycznie) i pobierają z niej moc 30 VA. Są montowane w identycznych obudowach o wymiarach 215 x 88 x 232 mm. Masa woltomierzy w wersji podstawowej wynosi 2,3 kg, a w wersji z dodatkowym interfejsem (GPIB lub RS-232C) – 2,4 kg.

mgr inż. Leszek Halicki