Как устроен и работает стрелочный и цифровой мультиметр

Домашний мастер при ремонте квартиры своими руками сталкивается с необходимостью подключения светильников, розеток и выключателей по разным схемам. Такая деятельность требует выполнения электрических измерений и знания основных правил безопасности при работе под напряжением.

Наши советы помогут вам оптимально выбрать мультиметр для этих целей и понять основные правила безопасной работы с ним как в бытовой электропроводке, так и для ремонта подключаемых к ней приборов.

В материале статьи сравниваются два типа устройств измерителей: стрелочных аналоговых и цифровых. Это позволит оценить различные технологии замеров, сравнить их возможности, сделать выбор подходящей конструкции.

Содержание статьи

Назначение

Составное слово мультиметр обозначает своей первой частью «мульти» — много функций, которые выполняет этой прибор, а второй «метр» – измерение электрических величин.

Он позволяет определять:

• значение действующего напряжения;
• силу протекающего тока;
• электрическое сопротивление подключенной цепи;
• некоторые другие параметры.

Следует учесть, что прибор может иметь другие названия:

1. авометр, обозначающее сокращение от ампер, вольт, ом измерение;
2. или тестер, присвоенное первым аналоговым моделям.

На техническом языке его называют прибор многофункциональный измерительный.

Принципы измерения электрических величин

Поясняющая картинка из интернета с человечками призвана объяснить взаимосвязь процессов, происходящих в электрике, которые позволяет анализировать мультиметры любой конструкции.

Напряжение источника в вольтах старается пропихнуть ток в амперах через оказываемое ему противодействие сопротивлением в омах. Для анализа этих трех задач в мультиметр включены 3 отдельных измерительных прибора:

• амперметр;
• вольтметр;
• омметр.

Кратко рассмотрим их функции.

Как работает амперметр

За основу действия аналоговых приборов принята измерительная головка магнитоэлектрической системы.

При протекании через нее электрического тока поворачивается подвижная рамка с противодействующей пружиной и прикрепленной к ним стрелкой, указывающей на шкале его силу в микроамперах — тысячных долях ампера. На таком диапазоне протекают токи через измерительную головку.

Однако амперметр замеряет не доли ампера, а целые и даже значительно большие значения. Такие величины тока способны выжечь все токопроводящие магистрали головки. Чтобы этого не произошло, их ограничивают параллельным подключением калиброванного электрического сопротивления, называемого шунтом.

Принцип шунтирования дополнительным сопротивлением уменьшает величину протекающего через головку тока и делает его пропорциональным входному значению. За счет этого шкалу градуируют в амперах, а не в тысячных его долях.

В цифровых приборах используются датчики токи, которые работают по микропроцессорным технологиям.

Устройство вольтметра

Та же измерительная головка подключается последовательно к добавочным сопротивлениям — токоограничивающим резисторам. Шкала прибора градуируется в вольтах.

Переключатель режимов у амперметра и вольтметра позволяет расширять пределы измерения.

Цифровой вольтметр работает от датчика напряжения.

Конструкция омметра

Принцип замера сопротивления раскрыт в статье о прозвонке электрической цепи тестером, многофункциональным индикатором.

Омметр также работает с помощью измерительной головки.

Для этого используется встроенный источник напряжения, который выдает строго эталонную величину. Ее при подготовке омметра к работе необходимо вручную откалибровать.

Замеряемое сопротивление подключается к гнездам прибора. Через него проходит ток, ограничивающийся в зависимости от номинала резистора. Он отклоняет стрелку омметра на величину, пропорциональную значению электрического сопротивления.

Шкала омметра просто градуируется в омах.

Цифровые приборы вычисляют значение сопротивления по результатам информации, получаемой от датчиков тока и напряжения, но работают также от встроенного источника питания. Ручная калибровка им не требуется.

Разновидности мультиметров

Аналоговые приборы

Рассмотрим на примере тестера Ц4324.

Сразу бросаются в глаза многофункциональная шкала в несколько рядов и переключатели режимов с большим рабочим диапазоном.

Заводская схема внутренних соединений представлена на фото ниже.

Более подробно назначение шкалы измерительной головки показано на картинке.

При каждом замере необходимо анализировать положение стрелки на определённом диапазоне, соответствующем роду току и проверяемому сигналу.

Положения центрального переключателя разбиты на три главных сектора (амперметра, вольтметра и омметра) выделенные красными стрелками. При работе следует определять не только диапазон измеряемой величины, но и форму сигнала.

Цифровые приборы

Внутренняя конструкция этого типа мультиметра намного сложнее, а внешние органы выполнены проще для пользователя. В качестве образца выберем одну из типовых моделей с минимальным количеством автоматических настроек.

Вместо стрелочного указателя и сложной шкалы работает дисплей, а положением центрального переключателя можно выбрать все режимы измерения в любом секторе.

Подключение измерительных проводов выполняется к двум гнездам из трех:

• центральное — общее;
• левое — используется для замера токов более 10 ампер;
• правое — во всех остальных случаях.

Способы электрических замеров

Любой мультиметр сам ничего не измеряет. Он показывает только те величины, которые подготовил пользователь в созданном им режиме. Ошибки показаний чаще всего связаны с невнимательной работой человека.

Рассмотрим однотипные операции, которые необходимо выполнять на стрелочном и цифровом мультиметре.

Измерения тестером Ц4324

Замер напряжения

Работа с источниками постоянного тока

Выбираем соответствующий режим нажатием средней кнопки снизу и выставляем предел измерения больший, чем напряжение у замеряемой батарейки — 3 V.

Потребуется оценить полярность подключения проводов. Если пустить ток в обратном направлении через измерительную головку, то стрелка просто упрется в стопор слева от нуля. Замер не получится.

Для снятия отсчета необходимо выбрать правильно ту шкалу напряжения, на которой стоит знак постоянного тока. Следует учесть ее кратность на соответствующем положении переключателя.

Работа с источниками переменного тока

Обращаем внимание, что подобная операция относится к опасной и требует повышенного внимания.

Нажимаем до фиксации правую кнопку снизу со значком «~». Выбираем центральным переключателем соответствующий режим вольтметра и на нем положение 300 V. Только после этого устанавливаем концы в контакты розетки.

Со шкалы снимаем показания 250 V. Методика пользования ею та же, как и в предыдущем случае.

Замер тока

Положение переключателей и работа со шкалой выполняется по предыдущей методике.

Пальчиковая батарейка на 1,5 V выдала на лампочку 6,3 V ток 142 мА.

Замер сопротивления

В этом режиме важно:

• проверить выставление стрелки на ноль, используя регулятор натяжения пружины измерительной головки, расположенный под стрелкой;
• установить калиброванную величину источника питания ручкой потенциометра «Установка 0», размещенного в самой нижней части на лицевой стороне;
• обеспечить расположение корпуса строго по горизонту.

Для измерения потребуется нажать одновременно две левых кнопки и установить переключатель на значок омов. Отсчет показания по шкале Ω получился 1,5. Такое сопротивление у нити накаливания в холодном состоянии.

Режим измерения сопротивлений мультиметром создан для проверки резисторов и других элементов радиоэлектронных устройств. Он не предназначен для оценки качества изоляции диэлектрического слоя. Мощность источника питания недостаточна для подобного измерения.

Оценку сопротивления изоляции кабелей и проводов выполняют специальными приборами, питающимися от мощных источников: ручных генераторов или бытовой сети 220 либо встроенных преобразователей с комплектом батареек. Их называют мегаомметрами.

Три приведенных опыта с малогабаритной лампочкой накаливания и батарейкой позволяют показать, что мощность источника энергии и потребителя следует правильно подбирать по нагрузке и напряжению.

1,5 V у батарейки и 6,3 у лампочки — явное несоответствие. Источник работает в аварийном режиме и не справляется с задачей: нить еле-еле светится. Ему искусственно создан режим перегрузки.

Аналогичный случай может произойти и в бытовой сети 220, где защиту от перегрузок выполняет автоматический выключатель, снимающий питание с оборудования с выдержкой времени.

Подключая любой потребитель в электрическую сеть всегда оценивайте его возможность надежной работы и способность защит устранять аварийные ситуации.

Измерения цифровым мультиметром

Замер напряжения

Работа с источниками постоянного тока

Потребуется только установить центральный переключатель в положение замера напряжения на соответствующем пределе (=2 V), вставить провода в гнезда прибора и подключить их к проверяемой батарейке. Результат сразу отображается на табло.

Если полярность подключения источника к мультиметру перепутана, то на табло отобразится знак минус. Значит замер надо повторить, перевернув провода на батарейке.

Этот прием используют для определения полярности источника.

Когда замер выполняется на большем пределе, то точность результата будет занижена. Необходимо соблюдать соответствие величин.

Работа с источниками переменного тока

Вначале переключатель режимов устанавливают в положение «~600 V», а затем проверяют напряжение в розетке.

У нас получился результат 231 вольт.

Замер тока

Мультиметр врезают в цепь тока, предварительно переключив его в режим амперметра и установив на соответствующую позицию измерений. Мы имеем показание 145 мА на пределе 200.

Знак минус перед значением тока свидетельствует о том, что полярность подключения проводов прибора в схему перепутана. Ток через него идет в обратном направлении.

Электрикам, часто сталкивающимися с измерениями, рекомендуем приобрести мультиметр с разъемным магнитопроводом трансформатора тока —клещами. Им удобно выполнять безразрывное подключение и быстрый замер.

Замер сопротивления

Центральный переключатель мультиметра установлен в положение 200 Ω, а результат 9,75 отображен на табло.

Таким же способом прибор работает на шкале kΩ. На приведенном фото даже завышен предел измерения сопротивления. На результате это особенно не сказывается, хоть и влияет.

Режим прозвонки

Цифровой мультиметр в отличие от аналогового стрелочного имеет такую дополнительную функцию. Она позволяет просто определять наличие электрического контакта внутри проверяемой цепи.

В замкнутой и разомкнутой схеме меняется индикация на табло, а у многих моделей приборов дополнительно появляется звуковой сигнал.

Режим прозвонки создан для анализа маленьких сопротивлений, характерных для цепей тока. Но им не стоит пользоваться в цепях напряжения. Особенно он удобен для проверки полупроводниковых элементов.

Режим генератора

Еще одна полезная функция для радиолюбителей, называемая на их сленге «пищалкой». Мультиметр выдает высокочастотные сигналы, которые позволяют проверять тракты звуковых усилителей и различные каналы передатчиков или приемников.

У владельцев стрелочных приборов такой функции нет. Они вынуждены делать подобный генератор своими руками.

Проверка транзисторов

Еще одна полезная функция цифрового мультиметра, которая также встречается на более сложных конструкциях стрелочных моделей.

Для проверки биполярного транзистора достаточно правильно вставить его ножки в соответствующее гнездо, учитывающее структуру p-n-p или n-p-n полупроводникового перехода. Для этого создано четыре контактных отверстия, в которые устанавливают ножки за счет поворота корпуса в одну из сторон.

У исправного транзистора сразу высвечивается коэффициент усиления h31.

Эта же функция на стрелочных тестерах требует снятия показаний и выполнения математических расчетов.

Основные правила безопасности

Мультиметр создан для измерения электрических величин и позволяет работать под напряжением. Его корпус и провода выполнены с соответствующей степенью защиты как по классу IP, так и по нормативам электрической безопасности от поражения током.

Качество защиты цифровых приборов выше, а их дизайн более продуман. Однако, даже при их пользовании следует быть внимательным и осторожным, соблюдать рекомендации производителя.

Любой цифровой мультиметр можно вывести из строя неправильным обращением при его несомненных преимуществах перед стрелочным прибором:

• работе встроенных защит «от дурака», которые отключают схему от проникновения опасных токов, созданных при всех режимах измерения;
• повышенной диэлектрической прочности изоляции.

Стрелочные старые тестеры требуют еще больше внимания: при неправильном подключении к цепям токам или напряжения, особенно в бытовой сети 220, элементы их внутренней схемы выгорают. Если калибровочные резисторы еще можно заменить, то с контактами переключателей и кнопок ситуация ремонта усугубляется.

Но чаще всего у них выходит из строя токопроводящая пружинка или обмотка измерительной головки. В этой ситуации ремонт обходится дороже покупки нового цифрового мультиметра.

Рекомендуем посмотреть видеоролик владельца Andrey Tonurwator “Как пользоваться мультиметром”.

Ждем комментариев на статью и напоминаем, что сейчас ей удобно поделиться с друзьями в соц сетях.

Полезные товары

• Спальный мешок
• Поворотная головка на кран для экономии воды
• Термометр для бариста

Реклама

Цифровой мультиметр: конструкция и работа

Содержание

• 1 Из чего состоит цифровой мультиметр
  • 1.1 Историческая справка: магнитная стрелка, катушка индуктивности в качестве измерительного прибора
  • 1.2 Как применяется мультипликатор в механических тестерах
• 2 Как работает цифровой мультиметр

Цифровой мультиметр – многофункциональное электронное измерительное устройство. В перечень оцениваемых параметров входят величины: ток, напряжение, емкость конденсатора, сопротивления резисторов.

Мультиметр китайский

Из чего состоит цифровой мультиметр

Историческая справка: магнитная стрелка, катушка индуктивности в качестве измерительного прибора

Удосужившийся единожды вскрыть старенький аналоговый тестер, устройству мультиметра не удивится. Налицо чувствительный элемент, сдобренный изрядной порцией типичных резисторов. В старых тестерах использовались емкости для измерения номиналов конденсаторов, в сегодняшних приборах принцип действия отличается. Рассмотрим вкратце исторические конструкции, чтобы переход к новинкам не вызвал футурошок.

В основе тестера заложены принципы, использованные в 1820 году (16 сентября) Швейггером для первой конструкции гальванометра. В темах про постоянный ток, магнитную индукцию обсуждалась историческая последовательность событий. Первый прибор автор называл мультипликатором. В переводе на русский – умножителем. Эффекты множества витков проволоки складывались. Получалось физическое умножение напряженности полей на число элементарных контуров. Речь затрагивает катушку индуктивности.

Произошло все так. В начале 1820 года Ханс Эрстед обнаружил: провод с током отклоняет стрелку компаса, расположенную неподалеку. Мнения расходятся, иногда утверждается: наблюдение сделал ассистент (студент, вольный слушатель), прочие придерживаются мнения – заметил происходящее сторонний человек, случайно зашедший в помещение. Тогда было принято использовать наглядные эксперименты, завлекая аудиторию.

Педагогикой зарабатывали многие люди науки ввиду скудности государственных дотаций. Как выразился сэр Хампфри Дэви, инструктируя молодого Майкла Фарадея – избегайте бросать немедля дела: наука – скупая леди, не слишком щедро одаривает людей, увлеченных ею.

Ханс Эрстед собирался показать студентам эффект нагрева проволоки, обнаруженный двумя десятилетиями ранее. Желающие прочитают подробнее в разделе, касающемся лампочки накала. Открытие совершил упомянутый выше сэр Хампфри Дэви, учредитель Королевского научного общества (Англии) – в числе прочих учредителей. При замыкании терминалов вольтова столба (подобие современного аккумулятора) платиновая нить быстро раскалялась докрасна (в скором времени сгорала в атмосфере). На момент 1820 года неизвестно о состоявшемся изобретении лампочки накала (см. о противоречиях исторической справки в разделе про лампочки накала), следствие неоткрытого закона Джоуля-Ленца было широко известно – нить светилась под действием электрического тока.

Линии магнитного поля охватывают проволоку спиралью. Имеют круговое сечение в поперечной плоскости. В ходе демонстрации Хансом Эрстедом свойств электричества провод прошел над стрелкой компаса. За счет взаимодействия собственного и наведенного током магнитных полей последняя отклонилась. Эффект наблюдался в 1802 году, писал о нём Джованни Доменико Романьози, одинокий вопль светила науки прошел незамеченным. Ханс Эрстдед не оставил неизвестного явления, немедля разослал весть на латинском – тогда общепринятом в научной среде языке – многим ученым. Даже сделал доклад.

Позже Ампер на очередном заседании продемонстрировал новое явление, присутствующий Лаплас заметил: эффект допустимо усилить, изогнув провод. Появилась первая катушка индуктивности, которую Швейггер встроил в мультипликатор. Столь долгое вступление сделано, чтобы показать, как появился амперметр, до недавних пор выступавший основой тестера.

Амперметр постоянного тока

Как применяется мультипликатор в механических тестерах

В силу особенностей цифровой мультиметр измеряет напряжение, механический тестер – электрический ток. В катушке индуктивности поле витков усиливается, отклоняя стрелку. Напоминает опыты Эрстеда. Простой прибор послужит для разнообразных задач:

1. Измерение напряжения.
2. Оценка величины переменного и постоянного тока.
3. Измерение величины активных сопротивлений и ёмкостей.

Опишем происходящее:

• Малый ток измеряется непосредственно. Каждый следующий предел пропускается через резистор нужного номинала. Больший ток ослабляется, малый подается почти без изменений мультипликатору (амперметр). Для переключения пределов присутствует ручка управления, перебрасывающая контактор в нужное положение. Переменный ток перед оценкой значения требуется выпрямить. Используются полный или половинный диодный мост. Выпрямленный ток пропускается через нужной величины резистор для ослабления, предел регулируется ручкой управления, результат подается мультипликатору.
• Напряжение измеряется схожим образом. Постоянное образует резистивный делитель с дополнительным сопротивлением, активной частью импеданса катушки мультипликатора. Возникает рассчитанный заранее ток, с учётом которого и проградуирована шкала прибора. Аналогично выделяется ряд пределов, переключаемых ручкой. У каждого номинала резистор индивидуальный, шкалы могут совпадать (см. надписи циферблата тестера). Переменное напряжение выпрямляется диодным мостом.

  Корпус мультиметра

• Для измерения емкостей используется блок конденсаторов. Измеряемый элемент включается параллельно связке, ответвляет часть тока (сеть 220 вольт 50 Гц). Мультипликатор оценивает потери, отклонение стрелки указывает на градуировку шкалы в единицах долей фарада (названа в честь Майкла Фарадея). Здесь следует обратить внимание: показания прибора будут сильно зависеть от частоты сети, амплитуды напряжения розетки.
• Номиналы резисторов измеряются с использованием встроенной батарейки (Крона). Принцип прежний: постоянное напряжение образует некий ток, значение заранее известно. Отклоняет стрелку на определенный угол, шкала проградуирована соответствующими единицами (Омы).

Как работает цифровой мультиметр

В основе цифрового мультиметра контроллер с модулем аналого-цифрового преобразователя. В микросхему (на фото залита каплей компаунда) входит блок, анализирующий размер приходящего напряжения. Отличие от описанной выше конструкции: позволяет проделывать уже упомянутые операции плюс:

Микросхема мультиметра

1. Прозванивать сопротивления, резисторы. На жаргоне электронщиков операцией обозначается процедура оценки целостности проводников, либо p-n-переходов полупроводниковых приборов. Звонок напоминает типичный зуммер, встретим в любом системном блоке персонального компьютера (см. фото). При замыкании цепи издает резкий звук. Отсюда происходит название процедуры. Зуммер молчит – оцениваемый элемент электрической цепи неисправен.
2. Аналогичным образом проверим транзисторы, но современный мультиметр припас один приятный сюрприз: многие приборы позволят измерить коэффициент усиления по току. Параметр часто обозначается греческой буквой бета, либо представлен h-параметрами, как h₂₁. Иногда сюда добавляется буква. Например, «э» означает: параметр измерен транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером (наиболее часто встречающаяся в простых устройствах). Под указанные цели на фронтальной панели цифрового мультиметра имеется специальное гнездо. Целых два – для p-n-p и n-p-n-структур. Параметры полевых транзисторов оцениваются иначе, конкретика выходит за рамки статьи.
3. Максимальные изменения претерпел принцип измерения емкостей. Теперь на терминал, куда вставлены ножки элемента, подается кратковременно напряжение, затем оценивается время разряда. Напряжение конденсатора убывает по экспоненциальному закону, изучив, можно выдать оценку исследуемого параметра. Факт широко используется техникой для разных целей. Литературе чаще приводит примеры с постоянной времени RC, характеризующей параметры фильтров. Считается, за три периода равных постоянной времени, заряд теряется практически полностью.
4. Дополнительным бонусом дорогих цифровых мультиметров является измеритель температуры. Действие основано на эффекте термопары. Раз Георг сумел оценить напряжение, электроника тем паче сделает. Напряжение оценивается аналого-цифровым преобразователем, отображается в виде температуры дисплеем.

Использование мультиметра

Отличаясь от мультипликатора, оперирующего током, контроллер оценивает напряжение. Встречается чаще серия чипов 7601. Описания типичных представителей приводятся повсеместно. Смотрите видео на ютубовском канале Чип&Дип. Измерительных входов два: один для высоких напряжений. Внутри стоит компаратор, преобразующий уровень аналогового сигнала в цифровой вход. У серии 7601 несколько опорных входов внешних резисторов, конденсаторов, структурно входящих в состав таймера, генерирующего тактовые импульсы. Иногда используется встроенный, в остальных – постоянная времени задается значениями R и C.

Полученный с компаратора код разбивается на группы по тысячам, сотням, десяткам, единицам, подается на защелку (latch). Последнее выступает ячейкой памяти, способной хранить внесенную информацию. В противном случае показания на дисплее будут неустойчивы. Устройство обновляет цифры, чтобы не казалось слишком быстро человеку (порядка трех раз в секунду). Экраном управляет специальный драйвер – микросхема, формирующая сигналы свечения сегментов дисплея. Отдельной строкой идет символ минуса. Подсветка отсутствует, хотя может иметься опция.

Занимательной частью цифрового мультиметра считается переключатель режимов. Ручка, снабженная множеством контактов (см. фото), замыкающая в нужном порядке лабиринт контактных дорожек, расположенных на плате. Мало отличается от механического тестера принципом действия, несмотря на кажущуюся сложность: чередуются пассивные элементы схемы.

Переключатель режимов

После сборки прибор часто нуждается в калибровке. Для цепи измерения температуры выполняется так:

1. Помещают термопару в смесь холодной воды со льдом температурой 0 градусов Цельсия, добиваются подстройкой потенциометра нижнего предела (низковольтный вход) соответствующих показаний табло.
2. Датчик нагревается до ста градусов, регулируется верхний предел. Пока на дисплее не появится нужное значение.

В процесс работы цифрового мультиметра выделение тепла с микросхемы минимальное. Типичное значение мощности рассеивания составляет доли ватта. Охлаждение прибору не требуется. Важно правильно подключать щупы. Черный является схемной землей, обозначается COM. Измерительных входов чаще два, один для больших токов. Хотя присутствует защита предохранителем (помечено меткой fused), при неправильной подаче сигнала возможен выход цифрового мультиметра из строя. Избегайте черным щупом трогать высоковольтные цепи, выполнять не предусмотренные инструкцией действия.

Понимание того, как работает цифровой мультиметр DMM » Electronics Notes

Понимание того, как работает цифровой мультиметр, поможет вам максимально использовать его преимущества и свести к минимуму влияние его недостатков.

---

Учебное пособие по мультиметру Включает:
Основы работы с измерительным прибором Аналоговый мультиметр Как работает аналоговый мультиметр Цифровой мультиметр цифровой мультиметр Как работает цифровой мультиметр Точность и разрешение цифрового мультиметра Как купить лучший цифровой мультиметр Как пользоваться мультиметром Измерение напряжения Текущие измерения Измерения сопротивления Проверка диодов и транзисторов Поиск неисправностей транзисторных цепей

---

При использовании цифрового мультиметра полезно иметь представление о том, как работает измерительный прибор. Таким образом, можно извлечь из него наилучшую пользу — понять, как работает цифровой мультиметр, выбрать оптимальные настройки и т.

д.

Ввиду того, что вместо аналоговых циферблатов используется цифровая технология, цифровой мультиметр работает совершенно иначе, чем старые аналоговые мультиметры. В цифровых мультиметрах используется технология аналого-цифрового преобразователя, а также они могут обеспечить гораздо больше возможностей измерения, поскольку добавление дополнительных измерений в базовую ИС не приводит к значительному увеличению стоимости.

Основными измерениями, выполняемыми любым мультиметром, являются амперы, вольты и омы (сопротивление), и многие цифровые мультиметры обеспечивают множество других измерений, включая емкость, сопротивление транзистора, зуммер непрерывности, температуру и т. д., в зависимости от конкретного измерительного прибора.

Типовой недорогой цифровой мультиметр

Принцип работы цифрового мультиметра — основы

При рассмотрении работы цифрового мультиметра необходимо понимать основные технологии, которые обычно используются.

Для цифрового мультиметра одним из ключевых процессов, связанных с этим, является аналого-цифровое преобразование.

Существует много форм аналого-цифрового преобразователя, АЦП. Однако тот, который наиболее широко используется в цифровых мультиметрах, DMM известен как регистр последовательного приближения или SAR.

Некоторые АЦП последовательного приближения могут иметь уровень разрешения только 12 бит, но те, которые используются в тестовом оборудовании, включая цифровые мультиметры, обычно имеют 16 бит или, возможно, больше, в зависимости от приложения.

Как правило, для цифровых мультиметров обычно используются уровни разрешения 16 бит со скоростью 100 тыс. отсчетов в секунду. Эти уровни скорости более чем достаточны для большинства приложений цифрового мультиметра, где обычно не требуются высокие уровни скорости. Как правило, для большинства стендовых или общих контрольно-измерительных приборов измерения необходимо проводить с максимальной скоростью несколько секунд в секунду, возможно десять в секунду.

АЦП регистра последовательного приближения, используемый в большинстве цифровых мультиметров

Как следует из названия, АЦП регистра последовательного приближения работает путем последовательного поиска значения входного напряжения.

Первый этап процесса заключается в том, что схема выборки и удержания производит выборку напряжения на входе цифрового мультиметра, а затем удерживает его постоянным.

При стабильном входном напряжении регистр начинается с половины значения полной шкалы. Обычно для этого требуется самый старший бит, MSB установлен в «1», а все остальные установлены в «0». Предполагая, что входное напряжение может находиться где угодно в диапазоне, средний диапазон означает, что АЦП устанавливается в середине диапазона, что обеспечивает меньшее время установления. Поскольку он должен перемещать только максимум полной шкалы, а не 100%.

Чтобы увидеть, как это работает, возьмем простой пример 4-битного SAR. Его выход будет начинаться с 1000. Если напряжение меньше половины максимальной емкости, выходной сигнал компаратора будет низким, и это заставит регистр установить уровень 0100. Если напряжение выше этого, регистр переместится на 0110, и так далее, пока не будет найдено ближайшее значение.

Видно, что преобразователям SAR требуется один аппроксимирующий цикл для каждого выходного бита, т. е. n-разрядный АЦП потребует n циклов.

Работа цифрового мультиметра

Хотя аналого-цифровой преобразователь является ключевым элементом измерительного прибора, чтобы полностью понять, как работает цифровой мультиметр, необходимо рассмотреть некоторые другие функции аналого-цифрового преобразователя, АЦП.

Хотя АЦП берет очень много выборок, общий цифровой мультиметр не будет отображать или возвращать каждую взятую выборку. Вместо этого образцы буферизируются и «усредняются» для достижения высокой точности и разрешения.

Буферизация и «усреднение» устраняют влияние небольших изменений, таких как шум и т. д. Шум, создаваемый аналоговыми первыми каскадами цифрового мультиметра, является важным фактором, который необходимо преодолеть для достижения максимальной точности.

Блок-схема работы цифрового мультиметра

Основным измерением является измерение напряжения: аналого-цифровой преобразователь преобразует аналоговое напряжение в цифровой формат, чтобы его можно было обработать схемой обработки.

Для измерения больших напряжений на входе АЦП могут быть выполнены делители напряжения. Это может привести к тому, что входное напряжение попадет в диапазон АЦП.

Аналогичным образом можно измерить ток, отслеживая напряжение на известном резисторе.

Таким образом, в цифровом мультиметре используются методы измерения, очень похожие на методы измерения аналогового измерителя, в которых используются последовательные резисторы и параллельные шунты.

Для измерения сопротивления требуется несколько иной подход, часто измеряя напряжение на резисторе через известное сопротивление из стабилизированного напряжения в измерителе.

Еще одним элементом цифрового мультиметра является дисплей. Вместо аналогового панельного измерителя в цифровых мультиметрах используется цифровой дисплей. Обычно это жидкокристаллический дисплей, поэтому будьте осторожны при использовании его на улице, если становится холодно, так как жидкокристаллические дисплеи не работают при температуре ниже 0°C.

Обычно дисплеи относительно большие, и на них можно легко увидеть все цифры. В темноте цифры могут быть труднее увидеть, но некоторые цифровые мультиметры имеют подсветку, обеспечивающую дополнительный свет в этих обстоятельствах.

Время измерения

Одна из ключевых областей понимания работы цифрового мультиметра связана со временем измерения. Помимо основного измерения, есть ряд других необходимых функций, и все они требуют немного времени. Соответственно, время измерения цифрового мультиметра, DMM, не всегда может показаться простым.

Всегда лучше дать цифровому мультиметру время для стабилизации, хотя в большинстве случаев скорость, с которой выполняются измерения, очень высока и не будет беспокоить ручного пользователя. Если используются цифровые мультиметры с компьютерным управлением, для этого может потребоваться добавить в программу немного дополнительного времени. Эти автоматические цифровые мультиметры, как правило, представляют собой настольные коробки, а не ручные ручные.

Общее время измерения для цифрового мультиметра состоит из нескольких фаз, на которых выполняются различные действия:

• Время переключения:   Время переключения — это время, необходимое прибору для стабилизации после переключения входа. Сюда входит время установления после изменения типа измерения, т.е. от напряжения до сопротивления и т. д. Он также включает время установления после изменения диапазона. Если автоматическое определение диапазона включено, измеритель должен будет выполнить настройку, если требуется изменение диапазона.

• Время установления:   После того как измеряемое значение будет применено к входу, для его установления потребуется определенное время. Это позволит преодолеть любые уровни входной емкости при проведении испытаний с высоким импедансом или, как правило, для стабилизации схемы и прибора.

  Часто можно увидеть, что счетчик показывает окончательные показания. Это не является чем-то необычным, и необходимо дать время, чтобы счетчик установился и были получены устойчивые показания.

• Время измерения сигнала:   Это базовое время, необходимое для проведения самого измерения. Для измерений переменного тока необходимо учитывать рабочую частоту, поскольку минимальное время измерения сигнала основано на минимальной частоте, необходимой для измерения. Например, для минимальной частоты 50 Гц требуется апертура, в четыре раза превышающая период, т. е. 80 мс для сигнала 50 Гц или 67 мс для сигнала 60 Гц и т. д.

• Автоматическое обнуление времени:   Некоторые цифровые счетчики, как правило, цифровые мультиметры более высокого класса, имеют функцию, известную как автоматическое определение диапазона. При использовании в этом режиме необходимо только выбрать тип проводимого измерения: ампер постоянного тока, ампер переменного тока; напряжение постоянного тока; Напряжение переменного тока и т. д. Помимо этого, измеритель самостоятельно установит диапазон в соответствии с входным напряжением.

  При выборе автоматического выбора диапазона или изменении диапазона необходимо обнулить счетчик для обеспечения точности. Как только выбран правильный диапазон, автообнуление выполняется для этого диапазона. Хотя обычно он довольно короткий, в некоторых случаях его можно заметить.

• Время калибровки АЦП:   В некоторых цифровых мультиметрах периодически выполняется калибровка. Это необходимо учитывать, особенно если измерения проводятся под автоматическим или компьютерным управлением.

Принцип работы цифрового мультиметра относительно прост, но можно понять, что измерение переменных сигналов или прерывистых напряжений может давать необычные результаты. Также важно правильно выбрать время, в течение которого можно проводить измерение. Понимание того, как работает цифровой мультиметр, позволяет принимать более обоснованные решения, подобные этим и другим, при использовании цифрового мультиметра.

Другие тестовые темы:
Анализатор сетей передачи данных Цифровой мультиметр Частотомер Осциллограф Генераторы сигналов Анализатор спектра LCR-метр Измеритель наклона, ГДО Логический анализатор ВЧ измеритель мощности Генератор радиочастотных сигналов Логический пробник PAT-тестирование и тестеры Рефлектометр во временной области Векторный анализатор цепей PXI ГПИБ Граничное сканирование / JTAG Получение данных
    Вернуться в меню “Тест”. . .

Что такое мультиметр и где его можно использовать?

Мультиметр — это электрический измерительный прибор, который используется для измерения нескольких электрических свойств, таких как ток, напряжение, сопротивление и частота.

В зависимости от того, насколько совершенен мультиметр, вы также можете проводить тесты непрерывности, тесты диодов и измерения температуры. Некоторые продвинутые мультиметры даже имеют инфракрасные термометры для измерения температуры на расстоянии.

Давайте рассмотрим различные типы доступных мультиметров, как они работают и что с ними можно делать.

Как работают мультиметры?

Мультиметр — это устройство, объединяющее несколько цепей в одну. Мультиметр, измеряющий ток, напряжение и сопротивление, одновременно выполняет функции амперметра, вольтметра и омметра. Простой поворот круглой ручки в верхней части мультиметра переключит его из режима измерения напряжения в режим измерения тока и т. д.

Мультиметром можно измерять отдельно постоянное и переменное напряжение, ток тоже. Следовательно, одного блока будет достаточно для измерения тока в бытовых розетках (AC) и автомобильных аккумуляторах (DC).

СВЯЗАННЫЙ: Как проверить напряжение с помощью мультиметра

Для проверки любого параметра подключите тестовые щупы к разъемам мультиметра, а другие концы присоедините к проверяемой цепи. Прежде чем что-либо проверять, убедитесь, что круглая ручка мультиметра направлена ​​на правильный параметр.

После измерения параметра мультиметр будет отображать свои выходные данные как аналоговые или цифровые показания в зависимости от того, какой тип мультиметра вы используете.

Если вы никогда раньше не пользовались мультиметром, сначала ознакомьтесь с символами мультиметра. Они являются стандартными и будут точно такими же на любом мультиметре любой марки.

Типы мультиметров

В зависимости от отображения на выходе мультиметры подразделяются на два типа: цифровые мультиметры и аналоговые мультиметры. Давайте кратко обсудим каждый.

1. Аналоговые мультиметры: Как следует из названия, аналоговые мультиметры — это устаревшие приборы, отображающие измеренное значение с помощью стрелки на аналоговой шкале.
2. Цифровые мультиметры: Цифровые мультиметры преобразуют аналоговый вход в цифровой и отображают измеренное значение в цифровом виде.

С цифровыми мультиметрами проще снимать быстрые показания. Кроме того, данные измерения цифровым мультиметром более точны, чем аналоговыми. Поэтому вам следует использовать цифровой мультиметр, если вы только начинаете.

Опции цифрового мультиметра

С цифровым мультиметром у вас есть еще два варианта: вы можете выбрать портативный мультиметр или настольный мультиметр большего размера. Кроме того, вам нужно решить, должен ли мультиметр автоматически выбирать диапазон или нет.

• Мультиметры с автоматическим выбором диапазона: Современные мультиметры обычно имеют автоматический выбор диапазона, что означает, что они могут автоматически переключать свои диапазоны в зависимости от измеряемого значения.
• Мультиметры с ручным диапазоном: С ними вам придется самостоятельно настроить диапазон в соответствии с тем, что вы измеряете. Это снижает точность и увеличивает нагрузку.

Токоизмерительные клещи

Для проверки небольших цепей отлично подойдет стандартный портативный или настольный мультиметр. Однако, если ток через ваши приборы достаточно высок, чтобы его можно было измерить с помощью мультиметра, лучше всего использовать токоизмерительные клещи.

Обнаружение магнитного поля вокруг одного провода позволяет токоизмерительным клещам выполнять правильные измерения. На самом деле, провода под напряжением также можно проверить с помощью токоизмерительных клещей. Токоизмерительные клещи отличаются от мультиметра тем, что между цепью и мультиметром нет прямой связи.

Применение мультиметров

Изображение предоставлено: Pixabay

Вот краткий обзор различных применений мультиметров.

1. Автомобильный техосмотр: Автосервис – одно из основных применений мультиметров. С помощью мультиметра вы можете измерить заряд батареи, проверить ее крышку на наличие утечек, проверить генератор и проверить автомобильный гудок или любую другую электрическую цепь в вашей системе. Многие высококачественные устройства, такие как Power Probe IV, способны тестировать топливные форсунки, драйверы PCM/ECM и отслеживать сигналы. Это незаменимый гаджет для автомехаников.
2. Бытовое применение: В каждом доме должен быть мультиметр. Это устройство упрощает проверку неисправных розеток, проверку непрерывности, проверку бытовой техники и проверку остальных цепей в доме. Несмотря на то, что ни один бренд не разрабатывает мультиметры специально для домашнего использования, подойдет любой мультиметр, способный измерять основные параметры.
3. Промышленное применение: Мультиметры могут использоваться во множестве промышленных приложений. Несколько инженерных задач требуют использования мультиметров, таких как измерение температуры приборов, проведение тестов непрерывности, оценка протекания тока или анализ цепей с помощью инфракрасного изображения. Некоторые современные мультиметры даже способны передавать данные в режиме реального времени по беспроводной сети.
4. Области применения в домашних условиях: Любители электронных проектов, занимающихся своими руками, также широко используют мультиметры. Мультиметр облегчает им проведение экспериментов дома. Базовые мультиметры больше всего подходят для применения в проектах «сделай сам», так как не требуется высококлассное тестирование. В результате они относительно дешевы по сравнению с другими приложениями.

СВЯЗАННЫЕ С: Фантастические проекты DIY, сделанные из старых телефонов

Советы по безопасности при использовании мультиметра

Изображение предоставлено: Pixabay

Вот несколько советов, которым вы должны следовать при использовании мультиметра:

1. Всегда выбирайте правильный расходомер для работы.
2. Держите мультиметр за изолированные рукоятки.
3. Избегайте источников измерения, которые находятся за пределами диапазона вашего измерителя.
4. При использовании мультиметра с ручным управлением тщательно отрегулируйте диапазон.
5. Всегда надевайте защитные перчатки.
6. Не используйте мультиметр, если перегорел предохранитель.
7. Проверьте рейтинг CAT вашего мультиметра.
8. Осмотрите мультиметр и его датчики физически.
9. Регулярно калибруйте измеритель.
10. Никогда не используйте мультиметр на открытых цепях.
11. Избегайте тестирования цепей во влажной среде.
12. Храните мультиметр в защитном футляре.

Внутренняя безопасность мультиметра: Мультиметры известных производителей обычно включают предохранители, которые защищают их внутренние цепи, когда ток превышает их максимальную мощность. Эти предохранители перегорают при сильном скачке тока. Вместо покупки нового мультиметра вам нужно будет только заменить предохранитель.

Стоимость мультиметра

Стоимость мультиметров

варьируется от 50 до тысяч долларов.