Измерительные мультиметры

Измерительные мультиметры – это устройства маст хев для электрика.

История мультиметра

Аналоговый мультиметр Sanwa YX360TRF
Аналоговый мультиметр Sanwa YX360TRF.

Первым устройством обнаружения тока с движущимся указателем был гальванометр в 1820 году. Эти устройства использовались для измерения сопротивления и напряжения с использованием моста Уитстона и сравнения неизвестной величины с опорным напряжением или сопротивлением. Хотя они были полезны в лаборатории, устройства были очень медленными и непрактичными в полевых условиях. Эти гальванометры были громоздкими и ненадежными.

D’Arsonval-Weston впервые использует движущуюся катушку, которая имеет указатель и вращается на шарнирах или тугой ленточной связке. Катушка вращается в постоянном магнитном поле и удерживается мелкими спиральными пружинами, которые также служат для переноса тока в движущуюся катушку. Он дает пропорциональное измерение, а не просто обнаружение, а отклонение не зависит от ориентации измерителя. Вместо того, чтобы балансировать мост, значения могут быть непосредственно считаны с масштабом инструмента, что сделало измерение быстрым и легким.

Карманный мультиметр 1920-х годов
Карманный мультиметр 1920-х годов

Основной измеритель подвижной катушки подходит только для измерений постоянного тока, обычно в диапазоне от 10 мкА до 100 мА. Он легко адаптируется для считывания более тяжелых токов с помощью шунтов (сопротивления параллельно с основным движением) или для считывания напряжения с использованием последовательных сопротивлений, известных как множители. Чтобы прочитать переменные токи или напряжения, необходим выпрямитель. Одним из самых ранних подходящих выпрямителей был выпрямитель из оксида меди, разработанный и изготовленный компанией Union Switch & Signal Company, Swissvale, Пенсильвания, позже входящей в компанию Westinghouse Brake and Signal Company, с 1927 года.

Мультиметры были изобретены в начале 1920-х годов, когда радиоприемники и другие электронные устройства с вакуумной трубкой стали более распространенными. Изобретение первого мультиметра приписывается инженеру британского почтового отделения Дональду Макади, который был недоволен необходимостью носить множество отдельных приборов, необходимых для обслуживания телекоммуникационных цепей. Macadie изобрел инструмент, который мог бы измерять амперы (амперы), вольт и омы, поэтому многофункциональный измеритель был тогда назван «Авоном». Измеритель включал измеритель подвижной катушки, напряжение и прецизионные резисторы, а также переключатели и разъемы для выбора диапазона.

Авометр Модель 8
Авометр Модель 8

Созданная в 1923 году автоматическая фабрика катушек и электрооборудования (ACWEECO) была создана для производства Авометра и катушечной намотки, также разработанной и запатентованной MacAdie. Хотя он был акционером ACWEECO, г-н Макади продолжал работать в почтовом отделении до своего выхода на пенсию в 1933 году. Его сын, Хью С. Макади, присоединился к ACWEECO в 1927 году и стал техническим директором. Первый AVO был выпущен в продажу в 1923 году, и многие его функции остались почти неизменными до последней модели.

Общие свойства мультиметров

Любой измеритель до некоторой степени нагрузит тестируемую цепь. Например, мультиметр, использующий движение движущейся катушки с полномасштабным отклонением тока 50 микроампер (мкА), самая высокая чувствительность, обычно доступная, должна вытягивать по меньшей мере 50 мкА из испытываемой цепи, чтобы измеритель достиг верхнего предела его масштаб. Это может привести к высокоимпедансной схеме, чтобы влиять на схему, тем самым обеспечивая низкое показание.

Полномасштабный ток отклонения может также выражаться через «Ом на вольт» (Ом / В). Частоту ома на вольт часто называют «чувствительностью» инструмента. Таким образом, измеритель с движением 50 мкА будет иметь «чувствительность» 20 000 Ом / В. «На вольт» относится к тому факту, что импеданс, который измеритель представляет для тестируемой схемы, будет составлять 20 000 Ом, умноженное на полномасштабное напряжение, на которое устанавливается счетчик. Например, если измеритель установлен в диапазон полной шкалы 300 В, импеданс измерителя будет 6 МОм. 20 000 Ом / В — лучшая (самая высокая) чувствительность, доступная для типичных аналоговых мультиметров, которые не имеют внутренних усилителей. Для счетчиков, которые имеют внутренние усилители (VTVM, FETVM и т. Д.), входное сопротивление фиксируется схемой усилителя.

Первый Авометр имел чувствительность 60 Ом / В, три диапазона постоянного тока (12 мА, 1,2 А и 12 А), три диапазона прямого напряжения (12, 120 и 600 В или, возможно, 1200 В) и 10 000 Ом диапазон сопротивления. Улучшенная версия 1927 года увеличила ее до 13 диапазонов и 166,6 Ом / В (6 мА). «Универсальная» версия с дополнительным диапазоном переменного и переменного напряжения была предложена с 1933 года, а в 1936 году модель Avometer Model 7 с двойной чувствительностью предлагала 500 и 100 Ом / В.

В период с середины 1930-х годов до 1950-х годов 1000 Ом / В стали де-факто стандартом чувствительности к радиослужбе, и эта цифра часто указывалась в служебных листах. Однако некоторые производители, такие как Симпсон, Триплетт и Уэстон, все в США, выпустили 20 000 Ом / В VOM перед Второй мировой войной, и некоторые из них были экспортированы.

После 1945-46 годов 20 000 Ом / В стали ожидаемым стандартом для электроники, но некоторые производители предложили еще более чувствительные инструменты. Для промышленных и других «сильноточных» применений использовались малочувствительные мультиметры, которые считались более надежными, чем более чувствительные.

Высококачественные аналоговые (аналоговые) мультиметры продолжают выполняться несколькими производителями, включая Chauvin Arnoux (Франция), Gossen Metrawatt (Германия) и Simpson и Triplett (США).

В 1920-е годы широко использовались счетчики карманных часов. Металлический корпус обычно подключался к отрицательному соединению, что вызвало многочисленные поражения электрическим током. Технические характеристики этих устройств часто были сырыми, например, показанный на рисунке имеет сопротивление всего 33 Ом / В, нелинейную шкалу и отсутствие нулевой регулировки.

Вольтметры вакуумной трубки или вольтметры клапанов (VTVM, VVM) использовались для измерения напряжения в электронных схемах, где необходим высокий входной импеданс. У VTVM был фиксированный входной импеданс, как правило, 1 МОм или более, как правило, с использованием входной цепи катодного повторителя и, следовательно, существенно не нагружал тестируемую цепь. VTVM использовались до введения электронных высокоимпедансных аналоговых транзисторов и полевых транзисторных вольтметров (FETVOM). Современные цифровые счетчики (DVM) и некоторые современные аналоговые счетчики 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 моделей) будет меняться в ходе внутреннего цикла измерения выборки и удержания, что вызовет нарушения некоторых чувствительных схем, находящихся под тестом.

Дополнительные шкалы, такие как децибелы, и измерительные функции, такие как емкость, коэффициент усиления транзистора, частота, рабочий цикл, удерживание дисплея и непрерывность, которая звучит зуммер, когда измеренное сопротивление мала, были включены во многие мультиметры. В то время как мультиметры могут быть дополнены более специализированным оборудованием в наборе технических средств, некоторые мультиметры включают дополнительные функции для специализированных приложений (температура с зондом термопары, индуктивность, подключение к компьютеру, говорящая измеренная величина и т. Д.).

Операции мультиметра

Мультиметр представляет собой комбинацию многодиапазонного вольтметра постоянного тока, многоканального переменного вольтметра, многорежимного амперметра и многорядного омметра. Неагрессивный аналоговый мультиметр сочетает в себе движение измерителя, резисторы диапазона и переключатели. VTVM — это усиленные аналоговые счетчики, которые содержат активную схему.

Цифровой мультиметр 4-значный цифровой, Fluke 87V
Цифровой мультиметр 4-значный цифровой, Fluke 87V

Для аналогового перемещения счетчика напряжение постоянного тока измеряется с помощью последовательного резистора, подключенного между движением измерителя и тестируемой схемой. Переключатель (как правило, поворотный) позволяет увеличить сопротивление, которое будет последовательно вставлено с перемещением измерителя, чтобы считывать более высокие напряжения. Произведение основного полномасштабного отклоняющего тока движения, суммы сопротивления серии и собственного сопротивления движения дает полномасштабное напряжение диапазона. Например, движение измерителя, которое требовало 1 мА для полномасштабного отклонения, с внутренним сопротивлением 500 Ом, на расстоянии 10 В от мультиметра имело бы сопротивление в 9 500 Ом.

Для аналоговых токовых диапазонов согласованные низкоомные шунты соединены параллельно с движением измерителя, чтобы отвлечь большую часть тока вокруг катушки. Опять же, для случая гипотетического 1 мА, 500 Ом движения в диапазоне 1 А сопротивление шунтирования будет чуть более 0,5 Ом.

Инструменты подвижной катушки могут реагировать только на среднее значение тока через них. Для измерения переменного тока, который изменяется вверх и вниз многократно, выпрямитель вставляется в схему так, чтобы каждый отрицательный полупериод был инвертирован; результатом является переменное и ненулевое постоянное напряжение, максимальное значение которого будет составлять половину пикового напряжения переменного тока, принимая симметричную форму волны. Поскольку выпрямленное среднее значение и среднеквадратическое значение (RMS) значения формы сигнала одинаковы для прямоугольной волны, простые схемы выпрямительного типа могут быть откалиброваны только для синусоидальных сигналов. Другие формы волны требуют другого калибровочного коэффициента для определения среднеквадратичного значения и среднего значения. Этот тип схемы обычно имеет довольно ограниченный диапазон частот. Так как практические выпрямители имеют отличное от нуля падение напряжения, точность и чувствительность низки при низких значениях переменного напряжения.

Для измерения сопротивления переключатели устанавливают небольшую батарею внутри прибора, чтобы пропускать ток через тестируемое устройство и катушку измерителя. Поскольку доступный ток зависит от состояния заряда батареи, которое изменяется с течением времени, мультиметр обычно имеет регулировку для шкалы ома до нуля. В обычных схемах, найденных в аналоговых мультиметрах, отклонение счетчика обратно пропорционально сопротивлению, поэтому полномасштабное значение будет 0 Ом. Более высокое сопротивление будет соответствовать меньшим отклонениям. Шкала Ом сжимается, поэтому разрешение лучше при более низких значениях сопротивления.

Усиленные инструменты упрощают проектирование сетей серий и шунтирующих резисторов. Внутреннее сопротивление катушки отделено от выбора резисторов серии и шунтирующего диапазона; поэтому сеть серии становится делителем напряжения. Если требуются измерения переменного тока, выпрямитель может быть размещен после этапа усилителя, улучшая точность в малом диапазоне.

Цифровые приборы, которые обязательно включают усилители, используют те же принципы, что и аналоговые приборы для показаний сопротивления. При измерениях сопротивления обычно через тестируемый прибор пропускается небольшой постоянный ток, и цифровой мультиметр считывает результирующее падение напряжения; это устраняет масштабное сжатие, обнаруженное в аналоговых счетчиках, но требует источника точного тока. Автоматический цифровой мультиметр может автоматически настраивать сеть масштабирования, чтобы измерительные цепи использовали полную точность аналого-цифрового преобразователя.

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

Величины измерений мультиметра

Современные мультиметры могут измерять многие величины.

Наиболее распространенными являются:

  1. Напряжение, переменное и прямое, в вольтах.
  2. Токовые, чередующиеся и прямые, в амперах.
Зажимной измеритель
Зажимной измеритель.

Частотный диапазон, для которого измерения переменного тока точны, важен, зависит от схемы и конструкции схемы и должен быть указан, чтобы пользователи могли оценивать показания, которые они принимают. Некоторые измерители измеряют токи как миллиамперы или даже микроамперы. Все счетчики имеют напряжение нагрузки (вызванное комбинацией используемого шунта и схемы схемы счетчика), а некоторые (даже дорогие) имеют достаточно высокие напряжения нагрузки, которые сильно ухудшаются при низких токовых показаниях. Спецификации измерителя должны включать напряжение нагрузки измерителя.

Сопротивление в омах.

Кроме того, некоторые мультиметры также измеряют:

  • Емкость в фарадах, но обычно ограничения диапазона варьируются от нескольких сотен или тысяч микро-фарадов и нескольких факулов пико. Очень немногие универсальные мультиметры могут измерять другие важные аспекты состояния конденсатора, такие как ESR, коэффициент рассеяния или утечка.
  • Проводимость в сименсах, которая является обратной величине сопротивления.
  • Децибелы в схеме, редко в звуке.
  • Рабочий цикл в процентах.
  • Частота в герцах.
  • Индуктивность у детей. Как и измерение емкости, это обычно лучше обрабатывается специально разработанным измерителем индуктивности / емкости.
  • Температура в градусах Цельсия или Фаренгейта, с соответствующим температурным зондом, часто является термопарой.

Цифровые мультиметры могут также включать в себя схемы для:

1.) Тестер непрерывности. Звуковой сигнал звучит, когда сопротивление цепи достаточно низкое (только, насколько низкое значение варьируется от метра к счетчику), поэтому испытание должно рассматриваться как неточное.

2.) Диоды (измерение прямого падения диодных контактов).
Транзисторы (измерение коэффициента усиления по току и другие параметры в некоторых видах транзисторов)

3.) Проверка батареи для простых батарей 1,5 В и 9 В. Это измеренное по току измерение, которое имитирует нагрузку на аккумуляторную батарею; нормальные диапазоны напряжения потребляют очень мало тока от батареи.

Различные датчики могут быть подключены к (или включенным) мультиметрам для проведения измерений, таких как:

  • уровень освещенности
  • уровень звукового давления
  • кислотности / щелочности (рН)
  • относительная влажность
  • очень малый ток (вплоть до наноамп с некоторыми адаптерами)
  • очень малые сопротивления
  • большие токи — доступны адаптеры, которые используют индуктивность (только ток переменного тока) или датчики Холла (как переменного тока, так и постоянного тока), обычно через изолированные зажимные зажимы, чтобы избежать прямого контакта с цепями высокой токовой емкости, которые могут быть опасными, для счетчика и Оператор
  • очень высокие напряжения — имеются адаптеры, которые образуют делитель напряжения с внутренним сопротивлением счетчика, что позволяет измерять тысячи вольт. Однако очень высокие напряжения часто имеют удивительное поведение, помимо эффектов на оператора (возможно, фатальных); высокие напряжения, которые фактически достигают внутренней схемы счетчика, могут иметь внутренние повреждения, возможно, разрушая счетчик или постоянно разрушая его работу.

Разрешение и точность мультиметра

Разрешение мультиметра — это самая маленькая часть шкалы, которая может быть показана, которая зависит от масштаба. На некоторых цифровых мультиметрах он может быть сконфигурирован, причем измерения более высокого разрешения занимают больше времени. Например, мультиметр с разрешением 1 мВ на шкале 10 В может отображать изменения в измерениях с шагом 1 мВ.

Абсолютная точность — это погрешность измерения по сравнению с идеальным измерением. Относительная точность — это погрешность измерения по сравнению с устройством, используемым для калибровки мультиметра. Большинство спецификаций мультиметра обеспечивают относительную точность. Чтобы вычислить абсолютную точность с относительной точностью мультиметра, добавьте абсолютную точность устройства, используемого для калибровки мультиметра, с относительной точностью мультиметра.

Цифровой мультиметр

Разрешение мультиметра часто указывается в количестве разрешенных и отображаемых десятичных цифр. Если самая значащая цифра не может принимать все значения от 0 до 9, она, как правило, и сбивает с толку, называется дробной цифрой. Например, считается, что мультиметр, который может считывать до 19999 (плюс встроенная десятичная точка), считывает 4 1/2 цифры.

По соглашению, если самая значащая цифра может быть либо 0, либо 1, она называется полу-цифрой; если он может принимать более высокие значения без достижения 9 (часто 3 или 5), его можно назвать тремя четвертями цифры. 5-миллиметровый мультиметр отображает одну «половину цифры», которая может отображать только 0 или 1, а затем пять цифр, принимающих все значения от 0 до 9. Такой счетчик может показывать положительные или отрицательные значения от 0 до 199999. 3 3/4-значный счетчик может отображать количество от 0 до 3999 или 5999, в зависимости от производителя.

Хотя цифровой дисплей может быть легко расширен в разрешении, дополнительные цифры не имеют значения, если не сопровождаются осторожностью при проектировании и калибровке аналоговых частей мультиметра. Значимые (то есть 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, показание счетчика с 5 1/2 стабильными цифрами может указывать на то, что один номинально резистор 100 кОм примерно на 7 Ом больше другого, хотя погрешность каждого измерения составляет 0,2% от показания плюс 0,05% от полной шкалы.

Указание «количество просмотров» — это еще один способ определения разрешения. Показатели дисплея дают наибольшее число или наибольшее число плюс один (для включения отображения всех нулей), отображаемый на дисплее мультиметра, игнорируя десятичный разделитель. Например, 5-миллиметровый мультиметр также может быть указан как счетчик 199999 или 200000 мультиплексоров показаний. Часто количество просмотров просто называется «счетчиком» в спецификациях мультиметра.

Точность цифрового мультиметра может быть указана в двухчленной форме, например «± 1% от показания +2 отсчета», что отражает различные источники ошибок в приборе.

Аналоговый мультиметр

Дисплейная панель аналогового мультиметра

Дисплейная панель аналогового мультиметра
Дисплейная панель аналогового мультиметра.

Аналоговые счетчики являются более старыми проектами, но все же предпочитаются многими инженерами. Одной из причин этого является то, что аналоговые счетчики более чувствительны к изменениям в измеряемой цепи. Цифровой мультиметр отображает измеряемое количество, а затем отображает его. Аналоговые мультиметры непрерывно считывают тестовое значение. Если есть небольшие изменения в показаниях, игла аналогового мультиметра будет отслеживать их, в то время как цифровые мультиметры могут пропустить их или их трудно прочитать. Эта функция непрерывного слежения становится важной при тестировании конденсаторов или катушек. Правильно функционирующий конденсатор должен пропускать ток при приложении напряжения, тогда ток медленно уменьшается до нуля, и эту «подпись» легко увидеть на аналоговом мультиметре, но не на цифровом мультиметре. Это похоже при тестировании катушки, за исключением того, что ток начинает низкий и увеличивается.

Измерения сопротивления на аналоговом счетчике, в частности, имеют низкую точность из-за типичной схемы измерения сопротивления, которая сильно сжимает масштаб при более высоких значениях сопротивления. Недорогие аналоговые счетчики могут иметь только одну шкалу сопротивления, серьезно ограничивая диапазон точных измерений. Как правило, аналоговый измеритель будет иметь настройку панели, чтобы установить калибровку нуля измерителя, чтобы компенсировать переменное напряжение батареи счетчика.

Точность мультиметра

Цифровые мультиметры обычно проводят измерения с точностью, превосходящей их аналоговые аналоги. Стандартные аналоговые мультиметры измеряют с точностью ± 3%, [12], хотя приборы с большей точностью выполнены. Стандартные портативные цифровые мультиметры указаны с точностью, как правило, ± 0,5% в диапазонах напряжения постоянного тока. Имеются встроенные настольные мультиметры с заданной точностью лучше ± 0,01%. Лабораторные приборы могут иметь точность в несколько частей на миллион.
Точность цифр должна интерпретироваться с осторожностью. Точность аналогового прибора обычно относится к полномасштабному прогибу; при измерении 30 В на шкале 100 В на 3% измеряется погрешность 3 В, 10% от показания. Цифровые счетчики обычно определяют точность в процентах от показания плюс процент от полномасштабной величины, иногда выраженной в процентах, а не в процентах.

Цитированная точность указана как таковая для диапазона нижнего милливольт (мВ) постоянного тока и известна как показатель «основной точности постоянного напряжения». Более высокие диапазоны напряжения постоянного тока, ток, сопротивление, переменный ток и другие диапазоны, как правило, имеют более низкую точность по сравнению с показателями постоянного напряжения постоянного тока. Измерения переменного тока соответствуют только заданной точности в пределах определенного диапазона частот.

Производители могут предоставлять услуги по калибровке, чтобы новые счетчики могли быть приобретены с сертификатом калибровки, указав, что счетчик был скорректирован на стандарты, которые могут быть отнесены, например, к Национальному институту стандартов и технологий США (NIST) или к другой национальной организации по стандартизации.

Испытательное оборудование с течением времени отклоняется от калибровки, и указанную точность нельзя полагаться бесконечно. Для более дорогого оборудования производители и третьи стороны предоставляют услуги калибровки, чтобы более старое оборудование могло быть перекалибровано и повторно сертифицировано. Стоимость таких услуг несоразмерна для недорогого оборудования; однако для большинства обычных испытаний экстремальная точность не требуется. Мультиметры, используемые для критических измерений, могут быть частью программы метрологии для обеспечения калибровки.

Мультиметр можно считать «средним ответом» на волны переменного тока, если не указано, что он является «истинным RMS». Средний ответный мультиметр будет удовлетворять только своей заданной точности для переменного напряжения и усилителей для чисто синусоидальных сигналов. С другой стороны, True RMS-ответный мультиметр будет соответствовать своей заданной точности на переменном напряжении и токе с любым типом сигнала до определенного гребня; Производительность RMS иногда заявляется для счетчиков, которые сообщают точные RMS-показания только на определенных частотах (обычно низких) и с определенными сигналами (по существу всегда синусоидальными).

Напряжение переменного тока и точность измерения счетчика могут иметь разные характеристики на разных частотах.

Чувствительность и входное сопротивление мультиметра

При использовании для измерения напряжения входной импеданс мультиметра должен быть очень высоким по сравнению с импедансом измеряемой цепи; в противном случае работа схемы может быть изменена, и чтение также будет неточным.

Счетчики с электронными усилителями (все цифровые мультиметры и некоторые аналоговые счетчики) имеют фиксированный входной импеданс, который достаточно высок, чтобы не нарушать большинство схем. Часто это одна или десять мегаом; стандартизация входного сопротивления позволяет использовать внешние высокоомные датчики, которые образуют делитель напряжения с входным сопротивлением для расширения диапазона напряжений до десятков тысяч вольт. Высококачественные мультиметры обычно обеспечивают входное сопротивление более 10 ГΩ для диапазонов, меньших или равных 10 В. Некоторые высокопроизводительные мультиметры обеспечивают> 10 ГГц импеданса до диапазонов более 10 В.

Большинство аналоговых мультиметров типа движущегося указателя небуферизируются и вытягивают ток из тестируемой схемы, чтобы отклонить указатель счетчика. Импеданс измерителя изменяется в зависимости от базовой чувствительности движения счетчика и выбранного диапазона. Например, измеритель с типичной чувствительностью 20 000 Ом / В будет иметь входное сопротивление 2 МОм в диапазоне 100 В (100 В × 20 000 Ом = 2 000 000 Ом). На каждом диапазоне, при полном напряжении диапазона, полный ток, необходимый для отклонения движения счетчика, берется из тестируемой цепи. Более низкие измерения чувствительности подходят для испытаний в цепях, где импедансы источника являются низкими по сравнению с импедансом измерителя, например, силовыми цепями; эти метры являются более прочными механически. Некоторые измерения в схемах сигналов требуют более высоких движений чувствительности, чтобы не нагружать тестируемую цепь импедансом измерителя.

Чувствительность не следует путать с разрешением измерителя, который определяется как наименьшее изменение сигнала (напряжение, ток, сопротивление и т. Д.), Которое может изменить наблюдаемое считывание.

Для универсальных цифровых мультиметров минимальный диапазон напряжения обычно составляет несколько сотен милливольт переменного или постоянного тока, но самый низкий диапазон тока может составлять несколько сотен микроампер, хотя доступны приборы с большей токовой чувствительностью. Мультиметры, предназначенные для (электрического) «электрического» использования вместо общего использования электроники, обычно не соответствуют диапазонам тока микроампер.

Измерение низкого сопротивления требует сопротивления свинца (измеряется прикосновением к пробным пробкам вместе) для вычитания для лучшей точности. Это можно сделать с помощью функции «дельта», «нуль» или «нуль» многих цифровых мультиметров. Контактное давление на тестируемое устройство и чистота поверхностей могут влиять на измерения очень низких сопротивлений. Некоторые счетчики предлагают четырехпроводный тест, в котором два датчика подают напряжение источника, а другие принимают измерение. Использование очень высокого импеданса позволяет очень низкое падение напряжения в датчиках, а сопротивление источников зондов игнорируется, что приводит к очень точным результатам.

Верхний конец диапазонов измерений мультиметра значительно варьируется; измерения, возможно, 600 вольт, 10 ампер или 100 МОм могут потребовать специализированного испытательного прибора.

Напряжение нагрузки

Каждый встроенный последовательный амперметр, включая мультиметр в диапазоне тока, имеет определенное сопротивление. Большинство мультиметров по своей сути измеряют напряжение и пропускают ток, который должен измеряться через сопротивление шунта, измеряя напряжение, развитое через него. Падение напряжения известно как напряжение нагрузки, заданное в вольтах на ампер. Значение может меняться в зависимости от диапазона, который выбирает измеритель, поскольку разные диапазоны обычно используют разные шунтирующие резисторы.

Напряжение нагрузки может быть значительным в областях с очень низким напряжением. Чтобы проверить его влияние на точность и работу внешней цепи, счетчик можно переключить на разные диапазоны; текущее показание должно быть одинаковым, и работа цепи не должна затрагиваться, если напряжение нагрузки не является проблемой. Если это напряжение является значительным, его можно уменьшить (также уменьшить внутреннюю точность и точность измерения), используя более высокий диапазон тока.

Чувствительность переменного тока

Поскольку базовая индикаторная система как аналогового, так и цифрового счетчика отвечает только на постоянный ток, мультиметр включает схему преобразования переменного тока в постоянный ток для измерения переменного тока. Базовые счетчики используют схему выпрямителя для измерения среднего или максимального значения напряжения, но калибруются для отображения вычисленного значения среднеквадратичного значения (среднеквадратичного значения) для синусоидальной формы волны. Это даст правильные показания для переменного тока, используемые при распределении мощности. Руководства пользователя для некоторых таких счетчиков дают поправочные коэффициенты для некоторых простых несинусоидальных сигналов, чтобы можно было вычислить эквивалентное значение среднего квадрата (RMS). Более дорогие мультиметры включают преобразователь переменного тока в постоянный ток, который измеряет истинное среднеквадратичное значение формы волны в определенных пределах; руководство пользователя для счетчика может указывать пределы гребня и частоты, для которых действительна калибровка счетчика. Измерение RMS необходимо для измерений на несинусоидальных периодических волновых формах, например, в аудиосигналах и частотно-частотных преобразователях.

Цифровые мультиметры (DMM или DVOM)

Настольный мультиметр Hewlett-Packard 34401a.
Настольный мультиметр Hewlett-Packard 34401a.

Современные мультиметры часто являются цифровыми благодаря их точности, долговечности и дополнительным функциям. В цифровом мультиметре тестируемый сигнал преобразуется в напряжение, а усилитель с электронным управлением обеспечивает предварительные условия сигнала. Цифровой мультиметр отображает количество, измеренное как число, что устраняет ошибки параллакса.
Современные цифровые мультиметры могут иметь встроенный компьютер, который обеспечивает множество удобных функций. Доступны следующие улучшения измерений:

Auto-range, который выбирает правильный диапазон для тестируемого количества, чтобы отображались наиболее значимые цифры. Например, четырехзначный мультиметр автоматически выбирает соответствующий диапазон для отображения 1.234 вместо 0.012 или перегрузки. Автоматические измерители обычно включают в себя средство для удержания счетчика в определенном диапазоне, поскольку измерение, которое вызывает частые изменения диапазона, может отвлекать пользователя.
Автополярность для показаний постоянного тока показывает, что приложенное напряжение положительное (соответствует меткам провода счетчика) или отрицательное (противоположная полярность для счетчиков).
Образец и удержание, которое защелкнет последнее чтение для проверки после того, как инструмент будет удален из тестируемой цепи.

Тестируемые по току испытания на падение напряжения через полупроводниковые соединения. Хотя это не замена правильного тестера транзистора, и, конечно же, не для типа измерителя кривой, это облегчает тестирование диодов и различных типов транзисторов.

Графическое представление проверяемой величины в виде гистограммы. Это упрощает тестирование go / no-go, а также позволяет быстро отслеживать тенденции.

Осциллограф с малой пропускной способностью

Тестеры автомобильной цепи, в том числе тесты для автомобильных хронометрических сигналов и сигналов остановку (испытания на остановку двигателя rpm обычно доступны в качестве опции и не входят в базовые автомобильные DMM).

  1. Простые функции сбора данных для записи максимальных и минимальных показаний за определенный период или для взятия нескольких выборок с фиксированными интервалами.
  2. Интеграция с пинцетом для технологии поверхностного монтажа.
  3. Комбинированный измеритель LCR для малых SMD и сквозных компонентов.

Современные измерители могут быть сопряжены с персональным компьютером с помощью IrDA-соединений, соединений RS-232, USB или приборной шины, такой как IEEE-488. Интерфейс позволяет компьютеру записывать измерения по мере их создания. Некоторые DMM могут хранить измерения и загружать их на компьютер.

Первый цифровой мультиметр был изготовлен в 1955 году Non Linear Systems. Утверждается, что первый карманный цифровой мультиметр был разработан Фрэнком Бишопом из Intron Electronics в 1977 году, который в то время представлял собой крупный прорыв для обслуживания и диагностики в полевых условиях.

Аналоговые мультиметры

Мультиметр может быть реализован с движением гальванометра, или реже с барграфом или имитированным указателем, таким как жидкокристаллический или вакуумный флуоресцентный дисплей. Аналоговые мультиметры являются общими; качественный аналоговый инструмент будет стоить примерно такой же, как у DMM. Аналоговые мультиметры имеют ограничения точности и точности считывания, описанные выше, и поэтому не созданы для обеспечения такой же точности, как цифровые инструменты.

Аналоговые счетчики также полезны там, где тренд измерения более важен, чем точное значение, полученное в определенный момент. Изменение угла или в пропорции легче интерпретировать, чем изменение цифрового считывания. По этой причине цифровые мультиметры часто приближаются к этому с помощью барграфа (как правило, с более быстрым откликом считывания, чем первичное считывание). Наиболее эффективные из них расположены по дуге, чтобы имитировать указатель аналогового счетчика.

Аналоговые движения счетчиков по своей природе более хрупкие физически и электрически, чем цифровые счетчики. Многие аналоговые мультиметры имеют положение переключателя диапазона, обозначенное «выключено», чтобы защитить движение измерителя во время транспортировки, что создает низкое сопротивление при перемещении измерителя, что приводит к динамическому торможению. Движения измерителя как отдельные компоненты могут быть защищены таким же образом, подключив провод замыкания или перемычки между клеммами, когда они не используются. Измерители, которые имеют шунт поперек обмотки, такой как амперметр, могут не требовать дополнительного сопротивления для остановки неконтролируемых перемещений иглы счетчика из-за низкого сопротивления шунта.

Движение счетчика в аналоговом мультиметре с подвижным указателем практически всегда является гальванометром с подвижной катушкой типа d’Arsonval, используя либо драгоценные стержни, либо шарнирные ленты для поддержки движущейся катушки. В базовом аналоговом мультиметре ток, который отклоняет катушку и указатель, выводится из измеряемой схемы; обычно преимуществом является минимизация тока, выведенного из схемы, что подразумевает деликатные механизмы. Чувствительность аналогового мультиметра задается в единицах Ом на вольт. Например, очень дешевый мультиметр с чувствительностью 1000 Ом / В будет вытягивать 1 мА из схемы при полном масштабе отклонения. Более дорогие (и механически более деликатные) мультиметры обычно имеют чувствительность 20 000 Ом на вольт, а иногда и выше, при этом 50 000 Ом на вольт (рисунок 20 микроампер в полной шкале) составляют верхний предел для переносного, общего назначения, без усиления аналоговый мультиметр.

Чтобы избежать нагрузки измеряемой цепи на ток, наносимый движением счетчика, некоторые аналоговые мультиметры используют усилитель, вставленный между измеренной схемой и перемещением счетчика. Хотя это увеличивает затраты и сложность счетчика, с помощью вакуумных трубок или полевых транзисторов входное сопротивление можно сделать очень высоким и не зависящим от тока, необходимого для работы катушки перемещения счетчика. Такие усиленные мультиметры называются VTVM (вольтметры вакуумной трубки), ТВМ (транзисторные вольтметры), FET-VOM и аналогичные имена.
Из-за отсутствия усиления обычный аналоговый мультиметр обычно менее восприимчив к радиочастотным помехам и поэтому продолжает занимать видное место в некоторых областях даже в мире более точных и гибких электронных мультиметров.

Зонды

Мультиметр может использовать множество различных тестовых зондов для подключения к тестируемой цепи или устройству. Зажимы крокодила, выдвижные крюковые крючки и заостренные зонды являются тремя наиболее распространенными типами. Пинцетные зонды используются для близко расположенных контрольных точек, например, устройств для поверхностного монтажа. Разъемы прикреплены к гибким, хорошо изолированным выводам, оканчивающимся разъемами, подходящими для счетчика. Зонды подключаются к переносным счетчикам, как правило, с помощью окантованных или утопленных гнезд бананов, в то время как настольные измерители могут использовать разъемы бананов или разъемы BNC. 2 мм штепселя и связующие стойки также использовались время от времени, но менее широко используются сегодня. Действительно, в рейтинге безопасности теперь требуются окутанные банановые домкраты.

Банановые гнезда обычно размещаются со стандартным расстоянием между центрами 3/4 дюйма (19 мм), чтобы можно было подключить стандартные адаптеры или устройства, такие как множитель напряжения или термопары.

Зажимные зажимы зажимают проводник, проводящий ток для измерения без необходимости подключения счетчика последовательно с контуром или вообще металлического контакта. Для измерения переменного тока используется принцип трансформатора; зажимные измерители для измерения малого тока или постоянного тока требуют более экзотических датчиков, таких как, например, системы на основе эффекта Холла, которые измеряют неизменяемое магнитное поле для определения тока.

Безопасность

Большинство мультиметров включают в себя предохранитель или два предохранителя, которые иногда предотвращают повреждение мультиметра от перегрузки по току в самом верхнем диапазоне тока. (Для дополнительной безопасности имеются испытательные провода с встроенными встроенными предохранителями.) Общая ошибка при работе с мультиметром заключается в том, чтобы измеритель измерил сопротивление или ток, а затем подключил его непосредственно к источнику низкого сопротивления. Неиспользуемые счетчики часто быстро уничтожаются такими ошибками; часто сливаются счетчики. Предохранители, используемые в метрах, должны нести максимальный измерительный ток прибора, но предназначены для разъединения, если ошибка оператора предоставляет счетчику ошибку низкого импеданса. Счетчики с неадекватным или небезопасным слиянием не были необычными; эта ситуация привела к созданию категорий IEC61010 для оценки безопасности и надежности измерителей.
Цифровые счетчики рассчитаны на четыре категории в зависимости от их предполагаемого применения, как указано в IEC 61010-1 [31], и отражают страны и региональные группы стандартов, такие как стандарт CEN EN61010.

  • Категория I: используется, когда оборудование напрямую не подключено к сети
  • Категория II: используется для однофазных сетевых подсетей
  • Категория III: используется на постоянно установленных нагрузках, таких как распределительные панели, двигатели и трехфазные розетки
  • Категория IV: используется в местах, где уровни тока неисправности могут быть очень высокими, например, входы в эксплуатацию, главные панели, измерители расхода и первичное оборудование защиты от перенапряжения

Каждый рейтинг категории также определяет максимальное безопасное переходное напряжение для выбранных диапазонов измерений в измерителе. Счетчики с номинальной мощностью также имеют защиту от перегрузок по току. На счетчиках, которые позволяют взаимодействовать с компьютерами, оптическая изоляция может использоваться для защиты прикрепленного оборудования от высокого напряжения в измеряемой цепи.

Высококачественные мультиметры, разработанные для соответствия стандартам категории II и выше, включают в себя высокопроизводительные керамические предохранители с высокой разрывом (HRC), обычно рассчитанные на мощность более 20 кА; они гораздо менее подвержены взрывоопасности, чем более распространенные стеклянные плавкие предохранители. Они также будут включать защиту от перенапряжения MOV (металл-оксид-варистор) и защиту от перегрузки по току в виде Polyswitch.

Альтернативы DMM

Качественная универсальная электроника DMM обычно считается адекватной для измерений на уровнях сигнала более 1 мВ или 1 мкА или ниже примерно 100 МОм; эти значения далеки от теоретических пределов чувствительности и представляют значительный интерес для некоторых схемных ситуаций. Другие инструменты, по существу похожие, но с более высокой чувствительностью, используются для точных измерений очень малых или очень больших количеств. К ним относятся nanovoltmeters, электрометры (для очень малых токов и напряжения с очень высоким сопротивлением источника, такие как 1 TΩ) и picoammeters. Принадлежности для более типичных мультиметров также позволяют выполнять некоторые из этих измерений. Такие измерения ограничены доступной технологией и, в конечном счете, присущими тепловым шумами.

Источник питания

Аналоговые счетчики могут измерять напряжение и ток, используя питание от испытательной цепи, но для этого требуется дополнительный источник внутреннего напряжения для тестирования сопротивления, в то время как электронные счетчики всегда требуют внутреннего источника питания для запуска своих внутренних схем. Ручные измерители используют батареи, в то время как скамьи обычно используют сетевое питание; либо устройство позволяет измерителю тестировать устройства. Тестирование часто требует, чтобы тестируемый компонент был изолирован от схемы, в которой они были установлены, так как в противном случае пустые токи утечки или искажения могут искажать измерения. В некоторых случаях напряжение от мультиметра может включать активные устройства, искажать измерение или, в крайнем случае, даже повреждать элемент в исследуемой цепи.

Безопасность

Для безопасности (как для мультиметра, так и для проверки цепи) следует отключить компонент от его схемы и почти всегда, отключить питание от исследуемого устройства. Снятие всех силовых соединений с части электрооборудования перед тестированием (и обеспечение безопасности всех крупных емкостных устройств) является самым безопасным выбором. Оставляя оборудование, подключенное к электросети при проведении измерений, должно быть только очень тщательно продуманным альтернативным выбором.

Среди других проблем есть взаимодействие между наземными схемами для испытательного оборудования с настенным питанием и тестируемым устройством, которые являются небезопасными, и могут повредить испытательное оборудование и тестируемое устройство. Это особенно важно, если в любом из взаимосвязанных устройств есть подозрения или нет. Испытательное оборудование с батарейным питанием может быть самым безопасным выбором в таких ситуациях.

Измерители, предназначенные для испытаний во взрывоопасных зонах или для использования на струйных цепях, могут потребовать использования батареи, указанной производителем, для поддержания их рейтинга безопасности.