Мультиметр

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Поиск источников:  «Мультиметр»  -  новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR ( июль 2014 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Аналоговый мультиметр Sanwa YX360TRF

Мультиметра или мультитестер , также известный как VOM ( вольт-ом-миллиамперметром ), представляет собой электронный измерительный прибор , который сочетает в себе несколько функций измерения в одном блоке. Типичный мультиметр может измерять напряжение , ток и сопротивление . Аналоговые мультиметры используют микроамперметр с движущимся указателем для отображения показаний. Цифровые мультиметры ( DMM , DVOM) имеют числовой дисплей, а также могут отображать графическую полосу, представляющую измеренное значение. Цифровые мультиметры сделали аналоговые мультиметры устаревшими, поскольку теперь они дешевле, точнее и физически более надежны.

Мультиметр может быть портативным устройством, используемым для базового поиска неисправностей и работ по обслуживанию на месте, или настольным прибором, который может выполнять измерения с очень высокой степенью точности. Мультиметры доступны в широком диапазоне функций и цен. Дешевые мультиметры могут стоить менее 10 долларов США , тогда как лабораторные модели с сертифицированной калибровкой могут стоить более 5000 долларов США .

История [ править ]

Первым устройством для определения тока с подвижной стрелкой был гальванометр в 1820 году. Они использовались для измерения сопротивления и напряжения с помощью моста Уитстона и сравнения неизвестной величины с эталонным напряжением или сопротивлением. Хотя эти устройства были полезны в лаборатории, они были очень медленными и непрактичными в полевых условиях. Эти гальванометры были громоздкими и хрупкими.

В измерителе Д'Арсонваля – Вестона используется подвижная катушка, на которой установлен указатель и которая вращается на осях или на тугой связке ленты. Катушка вращается в постоянном магнитном поле и удерживается тонкими спиральными пружинами, которые также служат для передачи тока в движущуюся катушку. Он дает пропорциональное измерение, а не просто обнаружение, а отклонение не зависит от ориентации измерителя. Вместо балансировки моста значения можно было непосредственно считывать со шкалы прибора, что делало измерения быстрыми и легкими.

Базовый измеритель с подвижной катушкой подходит только для измерений постоянного тока, обычно в диапазоне от 10 мкА до 100 мА. Его легко адаптировать для считывания более сильных токов с помощью шунтов (сопротивления, параллельного основному движению) или для считывания напряжения с помощью последовательных сопротивлений, известных как умножители. Чтобы считывать переменные токи или напряжения, необходим выпрямитель. Одним из первых подходящих выпрямителей был выпрямитель из оксида меди, разработанный и произведенный компанией Union Switch & Signal Company, Swissvale, Пенсильвания, позже частью Westinghouse Brake and Signal Company, с 1927 года ^[1].

Мультиметры были изобретены в начале 1920-х годов, когда стали более распространенными радиоприемники и другие электронные устройства на электронных лампах . Изобретение первого мультиметра приписываются инженер британского почтового отделения, Дональд Macadie, который разочаровался с необходимостью нести много отдельных инструментов , необходимых для обеспечения телекоммуникационных схем. ^[2] Макади изобрел прибор, который мог измерять амперы (амперы), вольты и омы , поэтому многофункциональный измеритель тогда получил название Avometer . ^[3] Измеритель включает измеритель с подвижной катушкой, резисторы напряжения и прецизионные резисторы, а также переключатели и розетки для выбора диапазона.

Компания по производству автоматических мотальных машин и электрического оборудования (ACWEECO), основанная в 1923 году, была создана для производства авометра и машины для намотки катушек, также разработанной и запатентованной MacAdie. Несмотря на то, что он был акционером ACWEECO, г-н Макади продолжал работать в почтовом отделении до выхода на пенсию в 1933 году. Его сын, Хью С. Макади, присоединился к ACWEECO в 1927 году и стал техническим директором. ^{[4] [5] [3]} Первый AVO поступил в продажу в 1923 году, и многие его характеристики оставались почти неизменными до последней модели 8.

Общие свойства мультиметров [ править ]

Любой измеритель будет до некоторой степени загружать тестируемую цепь. Например, мультиметр, использующий движение подвижной катушки с током отклонения полной шкалы 50 мкА.(мкА), самая высокая общедоступная чувствительность, должна потреблять не менее 50 мкА из тестируемой цепи, чтобы измеритель достиг верхнего края своей шкалы. Это может настолько нагружать цепь с высоким импедансом, что повлияет на нее, что приведет к низкому показанию. Ток полного отклонения также может быть выражен в «омах на вольт» (Ом / В). Значение в омах на вольт часто называют «чувствительностью» прибора. Таким образом, измеритель с перемещением 50 мкА будет иметь «чувствительность» 20 000 Ом / В. «На вольт» относится к тому факту, что импеданс, который измеритель представляет тестируемой цепи, будет составлять 20000 Ом, умноженное на полное напряжение, на которое установлен измеритель. Например, если измеритель настроен на диапазон полной шкалы 300 В, полное сопротивление измерителя будет 6 МОм. 20,000 Ом / В - это лучшая (самая высокая) чувствительность, доступная для типичных аналоговых мультиметров, не имеющих внутренних усилителей. Для измерителей, которые имеют внутренние усилители (VTVM, FETVM и т. Д.), Входное сопротивление фиксируется схемой усилителя.

Первый Avometer имел чувствительность 60 Ом / В, три диапазона постоянного тока (12 мА, 1,2 А и 12 А), три диапазона постоянного напряжения (12, 120 и 600 В или, опционально, 1200 В) и 10 000 Ом. диапазон сопротивления. Усовершенствованная версия 1927 года увеличила это число до 13 диапазонов и движение 166,6 Ом / В (6 мА). «Универсальная» версия с дополнительными диапазонами переменного тока и переменного напряжения предлагалась с 1933 года, а в 1936 году Avometer Model 7 с двойной чувствительностью предлагал 500 и 100 Ом / В. ^[6]С середины 1930-х до 1950-х годов значение 1000 Ом / В стало фактическим стандартом чувствительности для радиосвязи, и это значение часто цитировалось в сервисных листах. Однако некоторые производители, такие как Simpson, Triplett и Weston, все в США, до Второй мировой войны произвели 20 000 Ом / В VOM, и некоторые из них были экспортированы. После 1945–46 гг. Ожидаемым стандартом для электроники стало 20 000 Ом / В, но некоторые производители предлагали даже более чувствительные инструменты. Для промышленного и другого «сильноточного» использования продолжалось производство мультиметров с низкой чувствительностью, которые считались более надежными, чем более чувствительные типы.

Высококачественные аналоговые (аналоговые) мультиметры продолжают выпускать несколько производителей, в том числе Chauvin Arnoux (Франция), Gossen Metrawatt (Германия), Simpson and Triplett (США).

Измерители в стиле карманных часов были широко распространены в 1920-х годах. Металлический корпус обычно подключали к отрицательной клемме, что приводило к многочисленным поражениям электрическим током. Технические характеристики этих устройств часто были грубыми, например, показанное на рисунке имеет сопротивление всего 33 Ом / В, нелинейную шкалу и отсутствие регулировки нуля.

Вольтметры с вакуумной трубкой или вентильные вольтметры (VTVM, VVM) использовались для измерения напряжения в электронных схемах, где требовалось высокое входное сопротивление . VTVM имел фиксированный входной импеданс, как правило, 1 МОм или более, обычно за счет использования входной цепи катодного повторителя , и, таким образом, не оказывал значительной нагрузки на тестируемую цепь. VTVM использовались до появления электронного высокоомного аналогового транзистора и полевого транзистора.вольтметры (FETVOM). Современные цифровые измерители (DVM) и некоторые современные аналоговые измерители также используют электронные входные схемы для достижения высокого входного импеданса - их диапазоны напряжения функционально эквивалентны VTVM. Входной импеданс некоторых плохо спроектированных DVM (особенно некоторых ранних разработок) будет изменяться в течение цикла внутреннего измерения « выборка-хранение» , вызывая нарушения в некоторых чувствительных тестируемых схемах.

Дополнительные шкалы, такие как децибелы , и функции измерения, такие как емкость , усиление транзистора , частота , рабочий цикл , удержание дисплея и целостность цепи, которая подает звуковой сигнал, когда измеренное сопротивление мало, были включены во многие мультиметры. В то время как мультиметры могут быть дополнены более специализированным оборудованием в наборе инструментов специалиста, некоторые мультиметры включают дополнительные функции для специализированных приложений (температура с помощью датчика термопары , индуктивность , подключение к компьютеру , озвучивание измеренных значений и т. Д.).

Операция [ править ]

Мультиметр - это комбинация вольтметра постоянного тока, вольтметра переменного тока, амперметра и омметра . Аналоговый мультиметр без усилителя сочетает в себе измерительный механизм, резисторы диапазона и переключатели; VTVM представляют собой аналоговые измерители с усилением и содержат активную схему.

Для аналогового движения счетчика постоянное напряжение измеряется с помощью последовательного резистора, подключенного между движением счетчика и проверяемой цепью. Переключатель (обычно поворотный) позволяет включать большее сопротивление последовательно с перемещением измерителя для считывания более высоких напряжений. Произведение основного полномасштабного тока отклонения механизма и суммы последовательного сопротивления и собственного сопротивления механизма дает полное напряжение диапазона. Например, движение измерителя, которое требует 1 мА для полного отклонения, с внутренним сопротивлением 500 Ом, в диапазоне 10 В мультиметра будет иметь последовательное сопротивление 9 500 Ом. ^[7]

Для аналоговых диапазонов тока согласованные шунты с низким сопротивлением подключаются параллельно движению измерителя, чтобы отвести большую часть тока вокруг катушки. Опять же, в случае гипотетического движения 1 мА, 500 Ом в диапазоне 1 А, сопротивление шунта будет чуть более 0,5 Ом.

Инструменты с подвижной катушкой могут реагировать только на среднее значение тока через них. Для измерения переменного тока, который многократно изменяется вверх и вниз, в схему вставляют выпрямитель, так что каждый отрицательный полупериод инвертируется; в результате получается изменяющееся и ненулевое напряжение постоянного тока, максимальное значение которого будет составлять половину от пикового напряжения переменного тока, предполагая симметричную форму волны. Поскольку выпрямленное среднее значение и среднеквадратичное значение(RMS) значения формы волны одинаковы только для прямоугольной волны, простые схемы выпрямительного типа могут быть откалиброваны только для синусоидальных сигналов. Для других форм волн требуется другой коэффициент калибровки для связи среднеквадратичного и среднего значения. Этот тип схемы обычно имеет довольно ограниченный частотный диапазон. Поскольку практические выпрямители имеют ненулевое падение напряжения, точность и чувствительность при низких значениях переменного напряжения низки. ^[8]

Для измерения сопротивления переключатели размещают в приборе небольшую батарею, пропускающую ток через тестируемое устройство и катушку измерителя. Поскольку доступный ток зависит от состояния заряда батареи, которое меняется со временем, мультиметр обычно имеет регулировку шкалы Ом, чтобы обнулить его. В обычных схемах аналоговых мультиметров отклонение измерителя обратно пропорционально сопротивлению, поэтому полная шкала будет равна 0 Ом, а более высокое сопротивление будет соответствовать меньшим отклонениям. Шкала Ом сжата, поэтому разрешение лучше при более низких значениях сопротивления.

Приборы с усилением упрощают конструкцию цепей последовательных и шунтирующих резисторов. Внутреннее сопротивление катушки не зависит от выбора последовательных и шунтирующих резисторов; Таким образом, последовательная сеть становится делителем напряжения . Если требуются измерения переменного тока, выпрямитель можно разместить после каскада усилителя, что повысит точность на низких частотах.

Цифровые приборы, которые обязательно включают усилители, используют те же принципы, что и аналоговые, для измерения сопротивления. Для измерения сопротивления через тестируемое устройство обычно пропускают небольшой постоянный ток, и цифровой мультиметр считывает результирующее падение напряжения; это устраняет сжатие шкалы, характерное для аналоговых измерителей, но требует источника точного тока. Цифровой мультиметр с автоматическим выбором диапазона может автоматически настраивать масштабирующую сеть, чтобы измерительные схемы использовали полную точность аналого-цифрового преобразователя.

Во всех типах мультиметров качество переключающих элементов имеет решающее значение для стабильных и точных измерений. Лучшие цифровые мультиметры используют в переключателях позолоченные контакты; менее дорогие счетчики используют никелирование или вообще не используют никелирование, полагаясь на следы припоя печатной платы для контактов. Точность и стабильность (например, изменение температуры или старение, или изменение напряжения / тока) внутренних резисторов измерителя (и других компонентов) являются ограничивающим фактором в долгосрочной точности и прецизионности прибора.

Измеренные значения [ править ]

Современные мультиметры могут измерять множество значений. Наиболее распространены:

• Напряжение , переменный и прямой , в вольт .
• Ток переменного и постоянного тока в амперах .

Диапазон частот, для которого измерения переменного тока являются точными, важен, зависит от схемы и конструкции и должен быть указан, чтобы пользователи могли оценить измеряемые ими показания. Некоторые измерители измеряют токи до миллиампер или даже микроампер. Все счетчики имеют нагрузочное напряжение (вызванное комбинацией используемого шунта и схемотехники счетчика), а некоторые (даже дорогие) имеют достаточно высокие нагрузочные напряжения, что серьезно ухудшает показания низкого тока. Технические характеристики счетчика должны включать нагрузочное напряжение счетчика.

• Сопротивление в Ом .

Кроме того, некоторые мультиметры также измеряют:

• Емкость в фарадах , но обычно ограничения диапазона составляют от нескольких сотен или тысяч микрофарад до нескольких пикофарад. Очень немногие мультиметры общего назначения могут измерять другие важные аспекты состояния конденсатора, такие как ESR , коэффициент рассеяния или утечку.
• Электропроводность в сименсах - величина, обратная измеренному сопротивлению.
• Децибелы в схемах, редко в звуке.
• Рабочий цикл в процентах .
• Частота в герцах .
• Индуктивность в генриах . Как и измерение емкости, это обычно лучше выполнять с помощью специального измерителя индуктивности / емкости.
• Температура в градусах Цельсия или Фаренгейта , с помощью подходящего температурного датчика , часто термопары .

Цифровые мультиметры могут также включать схемы для:

• Тестер непрерывности ; зуммер звучит, когда сопротивление цепи достаточно низкое (насколько низкое сопротивление варьируется от измерителя к метру), поэтому тест следует рассматривать как неточный.
• Диоды (измерение прямого падения диодных переходов).
• Транзисторы (измерение коэффициента усиления по току и других параметров в некоторых типах транзисторов)
• Проверка батарей для простых батарей 1,5 В и 9 В. Это измерение с токовой нагрузкой, которое моделирует нагрузку от батареи; при нормальных диапазонах напряжения аккумулятор потребляет очень мало тока.

К мультиметрам (или включенным в них) могут быть присоединены различные датчики для выполнения таких измерений, как:

• уровень света
• уровень звукового давления
• кислотность / щелочность (pH)
• относительная влажность
• очень небольшой ток (вплоть до наноампер с некоторыми адаптерами)
• очень малые сопротивления (до микроом для некоторых адаптеров)
• большие токи - доступны адаптеры, в которых используются датчики индуктивности (только переменный ток) или датчики эффекта Холла (как переменного, так и постоянного тока), обычно через изолированные зажимные губки, чтобы избежать прямого контакта с цепями с высокой допустимой нагрузкой, которые могут быть опасными, для счетчика и Оператор
• очень высокие напряжения - доступны адаптеры, которые образуют делитель напряжения с внутренним сопротивлением измерителя, позволяя измерять до тысяч вольт. Однако очень высокие напряжения часто имеют неожиданное поведение, помимо воздействия на оператора (возможно, со смертельным исходом); высокое напряжение, которое фактически достигает внутренней схемы измерителя, может повредить внутренние части, возможно, вывести из строя измеритель или навсегда испортить его работу.

Разрешение [ править ]

Разрешение и точность [ править ]

Разрешение мультиметра - это наименьшая часть шкалы, которая может быть отображена, и зависит от шкалы. На некоторых цифровых мультиметрах его можно настроить, чтобы измерения с более высоким разрешением занимали больше времени. Например, мультиметр с разрешением 1 мВ по шкале 10 В может показывать изменения в измерениях с шагом 1 мВ.

Абсолютная точность - это ошибка измерения по сравнению с идеальным измерением. Относительная точность - это ошибка измерения по сравнению с устройством, используемым для калибровки мультиметра. Большинство таблиц данных мультиметра обеспечивают относительную точность. Чтобы вычислить абсолютную точность из относительной точности мультиметра, добавьте абсолютную точность устройства, используемого для калибровки мультиметра, к относительной точности мультиметра. ^[9]

Цифровой [ править ]

Разрешение мультиметра часто указывается в количестве разрешенных и отображаемых десятичных цифр . Если самая значащая цифра не может принимать все значения от 0 до 9, ее обычно называют дробной цифрой. Например, мультиметр , который может считывать до 19999 (плюс встроенный десятичной точки) называется читать 4 ¹ ⁄ ₂ цифры.

По соглашению, если самая значимая цифра может быть 0 или 1, она называется половинной цифрой; если он может принимать более высокие значения, не достигая 9 (часто 3 или 5), его можно назвать тремя четвертями цифры. 5 ¹ / _2- разрядный мультиметр будет отображать одну «половину цифры», которая может отображать только 0 или 1, за которой следуют пять цифр, принимающих все значения от 0 до 9. ^[10] Такой измеритель может отображать положительные или отрицательные значения от 0 до 199999. 3 ³ / _4- разрядный счетчик может отображать количество от 0 до 3999 или 5999, в зависимости от производителя.

В то время как разрешение цифрового дисплея можно легко увеличить , дополнительные цифры не будут иметь никакого значения, если не будут сопровождаться вниманием при проектировании и калибровке аналоговых частей мультиметра. Значимые (т. Е. Высокоточные) измерения требуют хорошего понимания технических характеристик прибора, хорошего контроля условий измерения и прослеживаемости калибровки прибора. Однако, даже если его разрешение превышает точность , измеритель может быть полезен для сравнения измерений. Например, чтение метра 5 ¹ ⁄ ₂ стабильных цифры могут указывать на то, что один номинальный резистор 100 кОм примерно на 7 Ом больше другого, хотя погрешность каждого измерения составляет 0,2% от показания плюс 0,05% от значения полной шкалы.

Указание «счетчика отображения» - еще один способ указать разрешение. Счетчики на дисплее дают наибольшее число или наибольшее число плюс один (чтобы включить отображение всех нулей), которое может отображать дисплей мультиметра, игнорируя десятичный разделитель . Например, 5 ¹ / _2- разрядный мультиметр также может быть указан как мультиметр с отображением 199999 или 200000 единиц. Часто счетчик на дисплее в спецификациях мультиметра называется просто «счетчиком».

Точность цифрового мультиметра может быть выражена в двухзначной форме, например «± 1% от показания +2 отсчета», что отражает различные источники ошибок в приборе. ^[11]

Аналог [ править ]

Аналоговые измерители являются более старыми конструкциями, но, несмотря на то, что они технически превосходят цифровые измерители с гистограммой, все же могут быть предпочтительнее ^{[ по мнению кого? ]} инженерами ^{[ какие? ]} и средствах устранения неполадок. ^{[ оригинальное исследование? ]} Одна из причин заключается в том, что аналоговые измерители более чувствительны (или чувствительны) к изменениям в измеряемой цепи. ^{[ необходима цитата ]}Цифровой мультиметр измеряет величину, измеряемую с течением времени, а затем отображает ее. Аналоговые мультиметры постоянно считывают тестовое значение. Если есть небольшие изменения в показаниях, стрелка аналогового мультиметра будет пытаться отследить его, в отличие от цифрового измерителя, который должен ждать до следующего образца, давая задержки между каждым прерывистым считыванием (плюс цифровой измеритель может дополнительно потребовать время установления сходиться на значении). Значение цифрового дисплея, в отличие от аналогового дисплея, субъективно труднее читать. Эта функция непрерывного отслеживания становится важной, например, при тестировании конденсаторов или катушек. Правильно функционирующий конденсатор должен пропускать ток при приложении напряжения, затем ток медленно уменьшается до нуля, и эта «сигнатура»легко увидеть на аналоговом мультиметре, но не на цифровом. Это похоже на испытание катушки, за исключением того, что ток начинается с низкого уровня и увеличивается.

В частности, измерения сопротивления на аналоговом измерителе могут иметь низкую точность из-за типичной схемы измерения сопротивления, которая сильно сжимает шкалу при более высоких значениях сопротивления. Недорогие аналоговые измерители могут иметь только одну шкалу сопротивления, что серьезно ограничивает диапазон точных измерений. Как правило, аналоговый измеритель имеет панель настройки для установки калибровки измерителя при нулевом сопротивлении, чтобы компенсировать изменяющееся напряжение батареи измерителя и сопротивление измерительных проводов измерителя.

Точность [ править ]

Цифровые мультиметры обычно выполняют измерения с точностью, превосходящей их аналоговые аналоги. Стандартные аналоговые мультиметры обычно измеряют с точностью ± 3% ^[12], хотя бывают и более точные приборы. Стандартные портативные цифровые мультиметры имеют точность ± 0,5% в диапазонах постоянного напряжения. Стандартные настольные мультиметры доступны с указанной точностью лучше ± 0,01%. Приборы лабораторного класса могут иметь точность в несколько частей на миллион . ^[13]

Показатели точности следует интерпретировать с осторожностью. Точность аналогового прибора обычно относится к полномасштабному отклонению; при измерении 30 В по шкале 100 В 3% счетчика возможна погрешность в 3 В, 10% от показания. Цифровые измерители обычно указывают точность в процентах от показаний плюс процент от полного значения, иногда выраженный в единицах, а не в процентах.

Заявленная точность определяется как нижняя граница диапазона милливольт (мВ) постоянного тока и известна как «базовая точность измерения постоянного напряжения». Более высокие диапазоны постоянного напряжения, тока, сопротивления, переменного тока и других диапазонов обычно имеют меньшую точность, чем базовые значения постоянного напряжения. Измерения переменного тока соответствуют указанной точности только в указанном диапазоне частот .

Производители могут предоставлять услуги калибровки, так что новые счетчики могут быть приобретены с сертификатом калибровки, указывающим, что счетчик был настроен на стандарты, отслеживаемые, например, Национальным институтом стандартов и технологий США (NIST) или другой национальной организацией по стандартам .

Измерительное оборудование имеет тенденцию отклоняться от калибровки со временем, и на указанную точность нельзя полагаться бесконечно. Для более дорогого оборудования производители и третьи стороны предоставляют услуги по калибровке, чтобы старое оборудование могло быть откалибровано и повторно сертифицировано. Стоимость таких услуг непропорциональна недорогому оборудованию; однако предельная точность не требуется для большинства рутинных испытаний. Мультиметры, используемые для критических измерений, могут быть частью метрологической программы для обеспечения калибровки.

Можно предположить, что мультиметр «в среднем реагирует» на сигналы переменного тока, если не указано, что он является типом «истинное среднеквадратичное значение». Мультиметр со средним откликом будет соответствовать указанной точности только для значений напряжения и силы переменного тока для чисто синусоидальных сигналов. Мультиметр с истинным среднеквадратичным значением, с другой стороны, будет соответствовать указанной точности по переменному напряжению и току с любым типом формы сигнала вплоть до указанного пик-фактора ; Производительность RMS иногда требуется для измерителей, которые сообщают точные показания RMS только на определенных частотах (обычно низких) и с определенными формами волны (по существу всегда синусоидальными волнами).

Точность измерения напряжения и тока переменного тока может иметь разные характеристики на разных частотах.

Чувствительность и входное сопротивление [ править ]

При использовании для измерения напряжения входной импеданс мультиметра должен быть очень высоким по сравнению с импедансом измеряемой цепи; в противном случае это может повлиять на работу схемы и показания будут неточными.

Измерители с электронными усилителями (все цифровые мультиметры и некоторые аналоговые измерители) имеют фиксированный входной импеданс, достаточно высокий, чтобы не мешать работе большинства цепей. Часто это один или десять МОм ; стандартизация входного сопротивления позволяет использовать внешние высокоомные датчики , которые образуют делитель напряжения с входным сопротивлением , чтобы расширить диапазон напряжения до десятков тысяч вольт. Мультиметры высшего класса обычно обеспечивают входное сопротивление более 10 ГОм для диапазонов, меньших или равных 10 В. Некоторые высокопроизводительные мультиметры обеспечивают сопротивление> 10 ГОм для диапазонов более 10 В. ^[9]

Большинство аналоговых мультиметров с подвижной стрелкой не имеют буферизации и потребляют ток от тестируемой цепи, чтобы отклонить указатель измерителя. Сопротивление счетчика изменяется в зависимости от основной чувствительности движения метра и диапазона , который выбран. Например, измеритель с типичной чувствительностью 20 000 Ом / В будет иметь входное сопротивление 2 МОм в диапазоне 100 В (100 В × 20 000 Ом / В = 2 000 000 Ом). В каждом диапазоне при полном напряжении диапазона полный ток, необходимый для отклонения движения измерителя, берется из тестируемой цепи. Движения измерителя с меньшей чувствительностью приемлемы для тестирования в цепях, где полное сопротивление источника низкое по сравнению с импедансом измерителя, например, силовые цепи.; эти счетчики более прочны механически. Некоторые измерения в сигнальных цепях требуют перемещений с более высокой чувствительностью, чтобы не нагружать тестируемую цепь импедансом измерителя. ^{[14] [15]}

Чувствительность не следует путать с разрешением измерителя, которое определяется как наименьшее изменение сигнала (напряжения, тока, сопротивления и т. Д.), Которое может изменить наблюдаемые показания. ^[15]

Для цифровых мультиметров общего назначения самый низкий диапазон напряжения обычно составляет несколько сотен милливольт переменного или постоянного тока, но самый низкий диапазон тока может составлять несколько сотен микроампер, хотя доступны инструменты с большей чувствительностью по току. Мультиметры, предназначенные для (сети) «электрического» использования вместо общего использования в электронной технике , обычно не используют диапазоны тока в микроампер.

Для измерения низкого сопротивления необходимо вычесть сопротивление выводов (измеренное путем соприкосновения измерительных щупов) для обеспечения максимальной точности. Это можно сделать с помощью функции «дельта», «ноль» или «нуль» многих цифровых мультиметров. Контактное давление на испытуемое устройство и чистота поверхностей могут повлиять на измерения очень низких сопротивлений. Некоторые измерители предлагают четырехпроводный тест, когда два щупа подают напряжение источника, а другие измеряют. Использование очень высокого импеданса позволяет получить очень низкое падение напряжения на пробниках, а сопротивление пробников источника игнорируется, что приводит к очень точным результатам.

Верхний предел диапазонов измерения мультиметра значительно варьируется; для измерения напряжений более 600 вольт, 10 ампер или 100  МОм может потребоваться специальный измерительный прибор.

Напряжение нагрузки [ править ]

Каждый встроенный последовательно соединенный амперметр, включая мультиметр в диапазоне тока, имеет определенное сопротивление. Большинство мультиметров по своей сути измеряют напряжение и пропускают измеряемый ток через шунтирующее сопротивление , измеряя возникающее на нем напряжение. Падение напряжения называется напряжением нагрузки и выражается в вольтах на ампер. Значение может меняться в зависимости от диапазона, установленного измерителем, поскольку в разных диапазонах обычно используются разные шунтирующие резисторы. ^[16]

Напряжение нагрузки может быть значительным в областях цепи с очень низким напряжением. Для проверки его влияния на точность и работу внешней цепи счетчик можно переключать на различные диапазоны; текущее показание должно быть таким же, и работа схемы не должна нарушаться, если напряжение нагрузки не является проблемой. Если это напряжение является значительным, его можно уменьшить (также уменьшая присущую точность и точность измерения), используя более высокий диапазон тока.

Измерение переменного тока [ править ]

Поскольку базовая индикаторная система аналогового или цифрового измерителя реагирует только на постоянный ток, мультиметр включает в себя схему преобразования переменного тока в постоянный для выполнения измерений переменного тока. В базовых измерителях используется схема выпрямителя для измерения среднего или пикового абсолютного значения напряжения, но они откалиброваны для отображения вычисленного среднеквадратичного значения (RMS) для синусоидальной формы волны ; это даст правильные показания для переменного тока, используемого в распределении энергии. Руководства пользователя для некоторых таких измерителей дают поправочные коэффициенты для некоторых простых несинусоидальных сигналов , чтобы обеспечить правильное среднеквадратическое значение.(RMS) эквивалентное значение, которое необходимо вычислить. Более дорогие мультиметры включают преобразователь переменного тока в постоянный, который измеряет истинное среднеквадратичное значение формы волны в определенных пределах; в руководстве пользователя измерителя могут быть указаны пределы пик-фактора и частоты, для которых действительна калибровка измерителя. Измерение среднеквадратичного значения необходимо для измерений несинусоидальных периодических сигналов, таких как звуковые сигналы и частотно-регулируемые приводы .

Цифровые мультиметры (DMM или DVOM) [ править ]

Современные мультиметры часто бывают цифровыми из-за их точности, долговечности и дополнительных функций. В цифровом мультиметре тестируемый сигнал преобразуется в напряжение, а усилитель с электронным управлением усилением преобразует сигнал. Цифровой мультиметр ^[17] отображает измеренную величину в виде числа, что устраняет ошибки параллакса .

Современные цифровые мультиметры могут иметь встроенный компьютер , который обеспечивает множество удобных функций. Доступные улучшения измерения включают:

• Автоматический выбор диапазона , который выбирает правильный диапазон для тестируемой величины, чтобы отображались наиболее значащие цифры . Например, четырехразрядный мультиметр автоматически выберет соответствующий диапазон для отображения 12,34 мВ вместо 0,012 В или перегрузки. Измерители с автоматическим выбором диапазона обычно включают в себя средство удержания измерителя на определенном диапазоне, потому что измерение, которое вызывает частые изменения диапазона, может отвлекать пользователя.
• Автополярность для показаний постоянного тока показывает, является ли подаваемое напряжение положительным (соответствует маркировке на выводах измерителя) или отрицательным (полярность противоположна проводам измерителя).
• Образец и удержание , который зафиксирует самое последнее показание для проверки после того, как прибор будет отключен от тестируемой цепи.
• Ограниченные по току испытания на падение напряжения на полупроводниковых переходах . Хотя это не замена подходящему тестеру транзисторов и, конечно же, не замену измерителя с качающейся кривой , он облегчает тестирование диодов и различных типов транзисторов. ^[18]
• Графическое представление количества тестируемого, как гистограммы . Это упрощает тестирование по принципу «годен / не годен», а также позволяет выявить быстро меняющиеся тенденции.
• Осциллограф с малой полосой пропускания . ^[19]
• Тестеры автомобильных цепей, включая тесты для автомобильных сигналов синхронизации и задержки (тестирование времени ожидания и оборотов двигателя обычно доступно как опция и не входит в базовые автомобильные цифровые мультиметры).
• Простые функции сбора данных для записи максимальных и минимальных показаний за определенный период или для взятия ряда образцов через фиксированные интервалы. ^[20]
• Интеграция с пинцетом для технологии поверхностного монтажа . ^{[21] [ нужен лучший источник ]}
• Комбинированный измеритель LCR для малогабаритных SMD и сквозных компонентов. ^[22]

Современные измерители могут быть связаны с персональным компьютером с помощью каналов IrDA , RS-232 , USB или инструментальной шины, такой как IEEE-488 . Интерфейс позволяет компьютеру записывать измерения по мере их выполнения. Некоторые цифровые мультиметры могут сохранять измерения и загружать их в компьютер. ^[23]

Первый цифровой мультиметр был изготовлен в 1955 году компанией Non Linear Systems. ^{[24] [25]} Утверждается, что первый портативный цифровой мультиметр был разработан Фрэнком Бишопом из Intron Electronics в 1977 году ^[26], который в то время явился крупным прорывом в обслуживании и поиске неисправностей в этой области.

Аналоговые мультиметры [ править ]

Мультиметр может быть реализован с движением гальванометра или, реже, с гистограммой или имитированным указателем, таким как жидкокристаллический дисплей (ЖКД) или вакуумный флуоресцентный дисплей . ^{[ необходима цитата ]} Аналоговые мультиметры были обычным явлением; качественный аналоговый прибор будет стоить примерно столько же, сколько цифровой мультиметр. Аналоговые мультиметры обладали описанными выше ограничениями по точности и точности считывания, поэтому не были созданы для обеспечения такой же точности, как цифровые инструменты.

Аналоговые измерители были интуитивно понятны там, где тенденция измерения была важнее точного значения, полученного в конкретный момент. Изменение угла или пропорции было легче интерпретировать, чем изменение значения цифрового отсчета. По этой причине некоторые цифровые мультиметры дополнительно имеют гистограмму в качестве второго дисплея, обычно с более высокой частотой дискретизации, чем используется для первичного считывания. Эти гистограммы с высокой частотой дискретизации имеют лучший отклик, чем физический указатель аналоговых измерителей, что делает устаревшую технологию устаревшей. Благодаря быстрым колебаниям постоянного и переменного тока или их комбинации, современные цифровые измерители смогли отслеживать и отображать колебания лучше, чем аналоговые измерители, при этом также имея возможность разделять и одновременно отображать составляющие постоянного и переменного тока. ^[27]

Аналоговые измерительные приборы по своей природе более хрупкие физически и электрически, чем цифровые измерительные приборы. Многие аналоговые мультиметры имеют положение переключателя диапазонов, помеченное как «выключено» для защиты движения измерителя во время транспортировки, что оказывает низкое сопротивление движению измерителя, что приводит к динамическому торможению . Движение расходомера как отдельных компонентов можно защитить таким же образом путем подключения перемычки или перемычки между клеммами, когда они не используются. Для счетчиков, которые имеют шунт поперек обмотки, например амперметра, может не потребоваться дополнительное сопротивление для остановки неконтролируемых движений стрелки счетчика из-за низкого сопротивления шунта.

Движение измерителя в аналоговом мультиметре с подвижной стрелкой практически всегда представляет собой гальванометр с подвижной катушкой типа d'Arsonval , использующий либо украшенные драгоценными камнями оси, либо тугие ленты для поддержки подвижной катушки. В базовом аналоговом мультиметре ток, отклоняющий катушку и указатель, снимается с измеряемой цепи; Обычно преимуществом является минимизация тока, потребляемого из цепи, что подразумевает наличие сложных механизмов. Чувствительность аналогового мультиметра указывается в единицах Ом на вольт. Например, очень дешевый мультиметр с чувствительностью 1000 Ом / В будет потреблять 1 мА из цепи при полном отклонении. ^[28]Более дорогие (и более хрупкие с точки зрения механики) мультиметры обычно имеют чувствительность 20000 Ом на вольт, а иногда и выше, при этом 50000 Ом на вольт (при потреблении 20 микроампер на полной шкале) являются примерно верхним пределом для портативных универсальных неусиленных аналоговый мультиметр.

Чтобы избежать нагрузки измеряемой цепи током, потребляемым движением измерителя, в некоторых аналоговых мультиметрах используется усилитель, вставленный между измеряемой цепью и движением измерителя. Хотя это увеличивает стоимость и сложность измерителя, с помощью вакуумных ламп или полевых транзисторов входное сопротивление может быть очень высоким и не зависит от тока, необходимого для работы катушки движения измерителя. Такие мультиметры с усилением называются VTVM (вакуумные ламповые вольтметры), ^[29] TVM (транзисторные вольтметры ), FET-VOM и им подобные.

Из-за отсутствия усиления обычные аналоговые мультиметры обычно менее восприимчивы к радиочастотным помехам и поэтому продолжают занимать видное место в некоторых областях, даже в мире более точных и гибких электронных мультиметров. ^[30]

Зонды [ править ]

Мультиметр может использовать множество различных щупов для подключения к проверяемой цепи или устройству. Зажимы «крокодил» , выдвижные зажимы для крючков и заостренные зонды - три наиболее распространенных типа. Щупы-пинцет используются для близко расположенных контрольных точек, например, для устройств поверхностного монтажа . Разъемы присоединяются к гибким, хорошо изолированным проводам, заканчивающимся разъемами, подходящими для счетчика. Зонды подключаются к портативным измерителям, как правило, с помощью закрытых или утопленных банановых разъемов, в то время как настольные измерители могут использовать банановые разъемы или разъемы BNC . Заглушки 2 мм и зажимные стойкитакже использовались время от времени, но сегодня используются реже. Действительно, рейтинги безопасности теперь требуют закрытых банановых домкратов.

Банановые гнезда обычно размещаются со стандартизированным межцентровым расстоянием ³ ⁄ ₄  дюйма (19 мм), чтобы можно было подключить стандартные адаптеры или устройства, такие как умножитель напряжения или датчики термопары.

Счетчики зажимают вокруг проводника, по которому течет ток, для измерения без необходимости последовательного подключения счетчика к цепи или вообще создания металлического контакта. Для измерения переменного тока используется принцип трансформатора; Токоизмерительные клещи для измерения слабого или постоянного тока требуют более экзотических датчиков, таких как, например, системы на основе эффекта Холла, которые измеряют неизменяющееся магнитное поле для определения тока.

Безопасность [ править ]

Большинство мультиметров включают в себя предохранитель или два предохранителя, которые иногда предотвращают повреждение мультиметра из-за перегрузки по току в самом высоком диапазоне тока. (Для дополнительной безопасности доступны измерительные провода со встроенными предохранителями.) Распространенной ошибкой при работе мультиметра является установка измерителя на измерение сопротивления или тока, а затем подключение его напрямую к источнику напряжения с низким сопротивлением. Такие ошибки часто быстро разрушают незаплавленные счетчики; плавленые счетчики часто выживают. Предохранители, используемые в счетчиках, должны пропускать максимальный измерительный ток прибора, но предназначены для отключения, если ошибка оператора подвергнет счетчик неисправности с низким импедансом. Счетчики с ненадлежащим или небезопасным предохранителем не были редкостью; эта ситуация привела к созданию категорий IEC61010 оценить безопасность и надежность счетчиков.

Цифровые счетчики классифицируются по четырем категориям в зависимости от их предполагаемого применения в соответствии с IEC 61010-1 ^[31] и отражены в национальных и региональных группах стандартов, таких как стандарт CEN EN61010. ^[32]

• Категория I : используется там, где оборудование не подключено напрямую к сети.
• Категория II : используется в оконечных цепях однофазной сети
• Категория III : используется на стационарных нагрузках, таких как распределительные панели, двигатели и трехфазные розетки.
• Категория IV : используется в местах, где уровни тока короткого замыкания могут быть очень высокими, например, подъезды к электросети, главные панели, счетчики электроэнергии и первичное оборудование защиты от перенапряжения.

Каждый рейтинг категории также определяет максимальные безопасные переходные напряжения для выбранных диапазонов измерения в измерителе. ^{[33] [34]} Счетчики категории также имеют защиту от перегрузок по току. ^[35] На счетчиках, которые позволяют взаимодействовать с компьютерами, может использоваться оптическая изоляция для защиты подключенного оборудования от высокого напряжения в измеряемой цепи.

Мультиметры хорошего качества, соответствующие стандартам категории II и выше, включают керамические предохранители с высокой разрывной способностью (HRC), обычно рассчитанные на ток более 20 кА; у них гораздо меньше шансов взорваться, чем у более обычных стеклянных предохранителей. Они также будут включать защиту от перенапряжения MOV (металлооксидный варистор ) от перенапряжения и защиту от перегрузки по току в виде переключателя Polyswitch .

Альтернативы DMM [ править ]

Качественный цифровой мультиметр с электроникой общего назначения обычно считается подходящим для измерений при уровнях сигнала более 1 мВ или 1 мкА или ниже примерно 100 МОм; эти значения далеки от теоретических пределов чувствительности и представляют значительный интерес в некоторых схемах проектирования. Другие инструменты - в основном аналогичные, но с более высокой чувствительностью - используются для точных измерений очень малых или очень больших величин. К ним относятся нановольтметры, электрометры (для очень низких токов и напряжений с очень высоким сопротивлением источника, например 1 ТОм) и пикоамперметры . Принадлежности для более типичных мультиметров также позволяют выполнять некоторые из этих измерений. Такие измерения ограничены доступной технологией и, в конечном итоге, собственным тепловым шумом .

Источник питания [ править ]

Аналоговые измерители могут измерять напряжение и ток, используя питание от тестовой цепи, но требуют дополнительного внутреннего источника напряжения для проверки сопротивления, в то время как электронные измерители всегда требуют внутреннего источника питания для работы своих внутренних цепей. В портативных счетчиках используются батареи, в то время как настольные счетчики обычно питаются от сети; любое расположение позволяет измерителю проверять устройства. Тестирование часто требует, чтобы тестируемый компонент был изолирован от цепи, в которой он установлен, поскольку в противном случае пути паразитных токов или утечек могут исказить измерения. В некоторых случаях напряжение от мультиметра может включать активные устройства, искажая результат измерения, а в крайних случаях даже повреждать элемент исследуемой цепи.

Безопасность [ править ]

Самый безопасный (как для мультиметра, тестируемой схемы, так и для оператора) отключать компонент от его цепи и почти всегда отключать питание исследуемого устройства. Отключение всех силовых соединений от оборудования с питанием от сети перед тестированием (и обеспечение безопасной разрядки всех устройств большой емкости) - самый безопасный выбор. Оставление оборудования подключенным к электросети во время проведения измерений должно быть лишь очень тщательно продуманной альтернативой. Помимо прочего, существует взаимодействие между заземлением испытательного оборудования с настенным питанием и тестируемым устройством, которое является небезопасным и может повредить испытательное оборудование и тестируемое устройство. Это особенно важно, когда есть подозрение на неисправность любого из соединенных между собой устройств.Испытательное оборудование с питанием от батарей может быть самым безопасным выбором в таких ситуациях.

Измерители, предназначенные для испытаний в опасных зонах или для использования в цепях взрывных работ, могут потребовать использования батареи, указанной производителем, для поддержания их рейтинга безопасности.

См. Также [ править ]

• Электронное испытательное оборудование

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме мультиметров .

• Как пользоваться мультиметром , sparkfun
• Как выбрать мультиметр - Обсуждаются ключевые моменты, по которым следует выбрать правильный мультиметр.
• Учебное пособие по мультиметру - много полезной информации по использованию цифрового мультиметра.
• Руководство по мультиметру 830B для начинающих - обсуждает множество вариантов использования дешевого цифрового мультиметра в домашних условиях.
• Как определить точность цифрового мультиметра
• Азбука безопасности мультиметра - (PDF)
• Цифровой мультиметр - от теории к использованию
• Мультиметры и как ими пользоваться
• Глава « Цепи измерения постоянного тока» из « Уроки электрических цепей, том 1» Бесплатная электронная книга по постоянному току исерия « Уроки по электрическим цепям ».