Казалось бы, всё просто. Часть 3

Ссылка на страничку сайта Магазина Gtest(R) с номенклатурой мультиметров, а также рекомендуемые приборы и статьи для дальнейшего самообразования - в самом конце этого Раздела

Измерение напряжения постоянного тока

Считывать постоянное напряжение с большинства цифровых мультиметров чрезвычайно просто: поверните шкалу к значку напряжения постоянного тока и поместите измерительные провода в две открытые точки контакта цепи, и на экране появится число. Но это простое чтение — лишь поверхностное представление о функции, которая призвана быть гораздо более эффективной, чем простое считывание.

На некоторых счетчиках, особенно на аналоговых мультиметрах старой модели, большинство показаний необходимо выбирать так, чтобы они считывались в правильном диапазоне. Если вы хотите измерить конкретное напряжение, необходимо выбрать соответствующий диапазон значений. Они называются мультиметрами с ручным диапазоном измерения в отличие от обычного типа с автоматическим диапазоном.

Ручной выбор диапазона

Чтобы использовать измерители такого типа, необходимо сначала определить, какое напряжение вы собираетесь измерять или хотя бы близкое к этому. Если перед вами промышленная система управления, вероятным измерением будет 24 Вольта. Небольшая компьютерная плата 3,3–5 вольт может быть более пригодной.

Каким бы ни было это целевое напряжение, вам нужно будет выбрать диапазон со значением чуть выше этого числа. Иногда диапазоны могут включать 1, 10, 100 и 1000 вольт или, возможно, 2, 20, 200 и 2000 вольт. В этом сценарии тестирования 24-вольтовой системы вы должны выбрать диапазон 100 или 200 В соответственно, поскольку диапазон 10 или 20 В слишком мал.

Ручной измеритель диапазона, показывающий выбор от 200 мВ до 600 В, а также диапазоны тока и сопротивления.

Если выбранный диапазон слишком мал, на мультиметре будет отображаться «OL», что означает «превышение предела». Некоторые люди могут сказать «перегрузка», что является точным описанием, но подразумевает опасную ситуацию. Однако в данной ситуации это было неправдой и не опасно — просто диапазон выше предела.

На аналоговом счетчике; однако стрелка мгновенно переместится в дальнюю часть дисплея. Это эквивалент отображения «OL» на экране.

Если выбор диапазона слишком велик, например, если вы ожидаете получить сигнал напряжением 5 В, но помещаете измеритель в диапазон 1000 В, прибор может показывать просто 5. По сути, у вас нет никакого способа узнать, действительно ли это значение равно 4,6 или, может быть, 5,3 вольта. 

Слишком большой диапазон приведет к очень неточным показаниям, поскольку большая часть цифр дисплея предназначена для отображения больших чисел. На аналоговом дисплее, если полный диапазон составляет 1000 Вольт, измерение в 5 Вольт вряд ли даже сдвинется с места иглу указателя, и трудно принять правильное решение, когда этот самый указатель едва сдвинулся с места.

Использование кнопки диапазона

Большинство эффективных мультиметров имеют либо ручной выбор диапазона на циферблате, либо кнопку с надписью «диапазон», но обычно и то и другое.

Эта кнопка может быть полезна для обнаружения коротких замыканий и устранения неисправностей компонентов параллельного управления, хотя эта функция часто полностью игнорируется.

В наборе из нескольких параллельных нормально открытых кнопок одна из них может сломаться, закоротиться или выйти из строя пружина внутри, что приведет к постоянному соединению. Эту ситуацию может быть сложно устранить, поскольку напряжение всегда будет равно 0, независимо от того, какая кнопка вышла из строя. Вам придется удалять их одну за другой и каждый раз проверять, чтобы найти тот, показатель, который снова повышает напряжение до 24.

Вместо этого вы можете выбрать самый низкий диапазон или нажимать кнопку «диапазон» на измерителе, пока не будет выбран самый низкий диапазон. На некоторых мультиметрах может быть функция «мВ», которая также может работать.

При измерении падения напряжения на цепи параллельных точек вы должны увидеть всего несколько милливольт. Автоматический диапазон всегда будет показывать 0 В, если вы не измените этот диапазон вручную. Эти несколько милливольт возникают из-за крошечного сопротивления контактов переключателя. Маленький, но не совсем 0.

Когда вы нажимаете параллельные кнопки по одной, эквивалентное сопротивление (и, следовательно, напряжение) уменьшится вдвое, потому что теперь и неисправный переключатель, и рабочий замкнуты. Небольшое показание в милливольтах должно стать еще меньше.

Как только вы наконец протестируете неисправный компонент, показания не должны измениться — он уже был закрыт, вы не измените его, нажав на соответствующую клавишу.

Теперь вы нашли неисправный параллельный переключатель, не отсоединяя пробник.

Короткое замыкание аналогично: вы можете определить разницу между падением напряжения в несколько милливольт на исправном проводе и падением напряжения практически в 0 вольт при коротком замыкании.

Использование кнопки «Мин/Макс»

В большинстве случаев существует возможность записи минимального или максимального напряжения, что на один шаг лучше, чем простое мгновенное показание, которое показывает только «вот прямо сейчас».

Мультиметр может отображать мгновенные значения напряжения или минимальное/максимальное значение для обнаружения скачков напряжения или пропадания напряжения.

Это обнаружение может измерить величину падения напряжения в источниках питания при включении большого емкостного устройства или обратный импульс от индуктивной нагрузки, которая была отключена.

Однако существует ограничение на использование функции мин/макс. Мультиметр считывает и сохраняет напряжение в течение определенного периода времени с определенной задержкой между показаниями. Если всплеск слишком быстрый, вы можете его полностью пропустить. Если это произойдет вне периода времени считывания, то это считывание также может быть пропущено. Если вы ожидаете, что скачки или падения будут происходить очень регулярно, возможно, вам придется задействовать осциллограф. Существуют специальные промышленные осциллографы, представляющие собой портативные устройства, которые визуализируют изменение напряжения.

Это показание может быть чрезвычайно полезным, когда устройства управления время от времени отключаются, и вы хотите выяснить причину. Поместив измеритель на линию входного напряжения и позволив ему записывать данные, вы можете найти «виновника». Если минимальное напряжение упадет всего на несколько вольт, этого может быть достаточно, чтобы выключить контроллер, но подозрение, вероятно, заключается в включении большого устройства. Если напряжение упадет почти до нуля, вероятно, произошло короткое замыкание, и источник питания на мгновение отключился в целях защиты.

Симптом в любом случае один и тот же (контроллер ненадолго теряет питание), но дополнительная информация может помочь улучшить работу, принять осознанное решение и найти причину.

Другое распространенное использование этой функции — обнаружение неисправностей, связанных с перегрузкой по току выключателя. В таких ситуациях клещи могут измерить ток и записать наибольшее значение именно в тот момент, когда сработал выключатель. Даже если выключатель не сработал, но вы заметили, что ток все равно на мгновение увеличился и стал чуть ниже точки срабатывания выключателя, можно провести более точный анализ устранения неполадок.

Цель мультиметра – не устранять проблемы, а предоставлять вам достаточно информации для принятия правильного решения.

Номинальное значение напряжения постоянного тока на мультиметре можно определить довольно просто. Дополнительные знания о сочетании этого считывания с ручным выбором диапазона и функциями мин/макс могут принести больше информации и точности в считывание напряжения и, в конечном итоге, в решение электрических неисправностей.

Частота и рабочий цикл

При измерениях постоянного и переменного тока циклическая частота, указанная на циферблате как Гц, может определять частоты синусоидальных и прямоугольных волн. Они полезны для проверки правильности частоты 50/60 Гц для домашнего напряжения или более высоких частот для тестирования звука и сигналов в естественных аналоговых формах сигналов. Частота постоянного тока чаще всего используется для прямоугольных волн, таких как несущая частота сигнала с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

В дополнение к простой частоте, эти модулируемые сигналы ШИМ имеют процент времени ВЫСОКИЙ и НИЗКИЙ. Это может напрямую коррелировать со скоростью двигателя или яркостью света — оба являются обычными применениями сигналов ШИМ. Эта функция мультиметра часто используется для проверки работы таких элементов управления ШИМ, когда скорость двигателя регулируется выше или ниже.

Измерение напряжения переменного тока

Чтобы измерить напряжение постоянного тока с помощью мультиметра, просто поместите вывод COM в контрольную точку, а вывод V в точку измерения. Показания должны показывать постоянное, неизменное напряжение в этой точке. Это может быть идеально для цепей, питающихся от батарей и источников питания переменного тока в постоянный.

В каждом аспекте промышленных и бытовых электросистем существует еще один не менее важный тип измерения напряжения — напряжение переменного тока. Просто измерить напряжение не так уж и сложно, на самом деле оно мало чем отличается от постоянного тока, но понимание того, какое влияние переменный ток оказывает на цепь, может быть чрезвычайно важным.

Поскольку переменный ток означает переменный ток, это означает, что энергия подается путем приложения напряжения в обоих направлениях, меняя направление приложение много раз в секунду. В США это 60 раз в секунду, в Великобритании и других частях мира — 60 раз в секунду, 50 раз в секунду, что, похоже, просто основано на исторической стандартизации в определенных частях мира, а не из-за какой-то прослеживаемой научной причины.

Частота чередования означает, что максимальное напряжение будет достигать 60 раз в секунду (хотя и ненадолго), а затем такое же количество раз падать до минимального напряжения (опять же ненадолго). Напряжение будет находиться в положительном и отрицательном состоянии одинаковое количество времени, что может быть важно понимать при измерении такого рода напряжения.

Среднеквадратичное значение (RMS)

В общем, может быть важно, чтобы существовало два разных способа считывания напряжения. Это связано с тем, что на шкале измерения постоянного тока вы можете видеть напряжение только как снимок именно этого момента. Если есть какое-либо отклонение, оно будет отображаться как минимум так быстро, как может обновляться ЖК-экран. Попытка использовать эту же шкалу для измерения переменного напряжения была бы слишком быстрой, чтобы ее можно было увидеть. Напряжение будет меняться на сотни вольт 60 раз в секунду. Мгновенное напряжение будет меняться слишком быстро, чтобы экран мог успевать за ним, и слишком быстро, чтобы его можно было прочитать, даже если бы экран был способен читать так быстро.

Измерители истинных среднеквадратичных значений всегда будут измерять напряжение переменного тока, что обозначается синусоидальной линией над V.

В этих чередующихся случаях мультиметр меньше интересует мгновенное значение, а значение за длительный период времени или то, сколько энергии вы действительно можете получить от приложенного напряжения. Это можно назвать «сколько напряжения постоянного тока вам нужно будет подать, чтобы получить ту же выходную мощность». Существуют математические формулы, связывающие минимум и максимум с эквивалентным выходом постоянного тока.

Для получения этих значений используется несколько стратегий. Поскольку математические формулы могут показаться простым решением, они не всегда используются, поскольку реальные ситуации не всегда свободны от ошибок и аномалий.

Вместо этого есть несколько других методов:

1. Используйте реальную схему преобразования постоянного тока, чтобы превратить переменное напряжение в постоянное и измерить выходной сигнал нагрузочного резистора. Иногда это небольшой обогреватель и измеряется температура. Это работает для всех видов необычных переменных волн.

2. Преобразуйте переменный ток в постоянный, чтобы получить среднее значение, а затем масштабируйте это значение до правильного среднеквадратического значения (RMS). Простые средние значения могут быть непростыми, поскольку среднее значение переменной волны равно нулю. Несмотря на то, что он кажется простым и легким, он работает только для идеальных волн, что не всегда возможно в реальном мире.

3. Некоторое время измеряйте и записывайте напряжения, затем рассчитывайте среднеквадратичное значение, которое имеет сложную основу, но сводится к индивидуальным расчетам для каждой волны.

Из этих трех вариантов первый вариант и последний вариант часто могут привести к лучшим результатам, когда волна не очень хорошая и “идеальная”. Это называется «True RMS», и его можно увидеть напечатанным на большинстве мультиметров более высокого уровня.

Необходимо также учитывать влияние переменного напряжения на конденсаторы и катушки индуктивности. В частности, реакция конденсаторов и катушек индуктивности на переменное напряжение является функцией частоты приложенного переменного напряжения. Поэтому часто важно учитывать приложенную частоту переменного напряжения, а не только само напряжение.

В цепях чистого постоянного тока через конденсаторы не протекает ток — они обеспечивают бесконечное сопротивление постоянному напряжению. Однако конденсаторы пропускают ток при приложении переменного напряжения. Ток через конденсатор увеличивается с увеличением частоты. Этот ток через конденсатор может радикально изменить рабочие свойства цепи, если ток течет тогда, когда этого быть не должно. В случае емкостной цепи переменный ток будет выше постоянного тока. Если присутствуют оба, конденсатор можно даже использовать для удаления сигнала постоянного тока (так называемый «соединительный конденсатор»).

С другой стороны, индукторы не оказывают сопротивления постоянному напряжению, но обеспечивают дополнительное сопротивление при приложении переменного напряжения. Когда напряжение меняется, сопротивление увеличивается, поскольку индуктор сопротивляется изменению тока, а не самому току. В этих индуктивных цепях переменный ток будет меньше постоянного тока.

Во многих случаях присутствует как постоянная, так и переменная часть напряжения, которая не идеально чередуется с одними и теми же положительными и переменными сторонами отрицательного уровня. Некоторые счетчики способны это измерить; однако с одним только мультиметром это может быть сложно, поэтому осциллограф мог бы быть более полезным.

Процесс измерения переменного напряжения довольно прост и почти идентичен измерениям постоянного тока. Просто поместите два провода мультиметра в соответствующие точки схемы и измерьте разницу напряжений. 

Имейте в виду, что важно знать разницу между мгновенными значениями постоянного тока и эквивалентными среднеквадратичными значениями переменного тока, чтобы знать, какое из них (значений) лучше выбрать в зависимости от конкретного случая.

Измерение постоянного тока

Измерение напряжения является наиболее распространенной функцией мультиметра по уважительной причине. В общем, напряжение — это потенциальная возможность потребления энергии в цепи. Однако наличие потенциала не означает, что энергия используется должным образом или используется вообще. Другое электрическое свойство, ток, присутствует только тогда, когда электричество находится в движении. Понимание тока может дать понимание того, что само по себе напряжение часто не может показать.

В качестве примера того, где ток может быть полезным свойством, представьте себе тестирование неисправной катушки реле 24 В в цепи. Если реле вышло из строя, велика вероятность, что катушка разомкнута или имеет «бесконечное» сопротивление. Один только вольтметр покажет 24 вольта на поперечном напряжении катушки, но это напряжение также будет существовать, даже если катушка была в «идеальном» рабочем состоянии. Быстрое измерение тока покажет ноль ампер в неисправном реле, но вместо этого в работающем устройстве будет правильный ток, возможно, от 100 до 200 миллиампер или более.

Часто существуют альтернативы измерению тока, многие из которых специально разработаны для этого применения. Несмотря на его использование, большинство технических специалистов избегают измерения тока и пытаются получить эту информацию другими методами, поскольку процедура измерения тока может быть сложной и, если ее выполнить неправильно, может привести к повреждению мультиметра.

Как тестировать ток

Прежде чем начать, следует сделать одно важное замечание: в этом разделе не рассматриваются клещевые или вилочные измерители тока. Хотя эти модели выполняют важную функцию в промышленных условиях, устраняя многие проблемы безопасности; на данный момент мы рассмотрим только стандартный метод измерения линейного тока — в разделе измерения переменного тока эти методы будут описаны позже.

Измерительные пробники для измерения тока должны быть подключены немного иначе, чем для измерения напряжения. Точка COM продолжает оставаться общим соединением для всех измерений. Третья (а часто и четвертая) точка будет зарезервирована и отмечена буквами мА и А соответственно, обозначая соединения для проверки тока в миллиамперах и амперах. Порт мА будет ограничен всего несколькими десятыми ампера. Порт A выдерживает ток примерно до 10 ампер, но обязательно проверьте безопасные номиналы для вашего собственного прибора.

Многие измерители подадут звуковой сигнал, если функциональный диск установлен на проверку усилителя, а измерительный провод не вставлен в правильный порт или наоборот. Соединения и функции должны совпадать. Если звучит этот звуковой сигнал, проверьте правильность проводов и набора функций.

Для измерения тока цепь должна быть отключена, чтобы мультиметр фактически стал частью цепи. Ток — это скорость электрического потока, поэтому это похоже на измерение потока жидкости или газа с помощью турбинного расходомера — он должен находиться непосредственно на пути потока. Это сильно отличается от напряжения, которое должно касаться только двух открытых металлических частей в цепи, чтобы получить относительное напряжение между ними.

При разомкнутой цепи красный положительный провод измерителя размещается на открытом соединении ближе к стороне +V цепи, а черный COM-провод ближе к общей земле. При измерении переменного тока полярность не имеет значения, но для понимания черный провод считается источником, а белая нейтраль — общим возвратом.

Измерение с положительным знаком будет указывать на то, что ток течет правильно от + к – через измерительный прибор. Если число отрицательное, ток течет в обратном направлении, или, возможно, мультиметр был подключен неправильно, или существует проблема в конструкции цепи, из-за которой ток течет в обратном направлении через эту конкретную точку.

Меры предосторожности при измерении тока

Поскольку мультиметр должен выдерживать весь поток в цепи, его необходимо защитить от опасных уровней тока. Множество предохранителей защищает хрупкие внутренние схемы прибора.

Доступ к предохранителям обычно можно найти рядом с аккумуляторным отсеком. В двух испытательных диапазонах тока используются два предохранителя – обязательно используйте правильный диапазон!

Обычно порт мА защищен примерно на 400 мА, а порт А выдерживает ток примерно до 10 А (хотя точные значения обычно напечатаны на каждом приборе). Если этот ток будет превышен, предохранитель выйдет из строя и разомкнется.

Эта ситуация может быть опасной, поскольку ток больше не будет течь в мультиметре, что дает технику ложное чувство безопасности, когда кажется, что тока нет, но на самом деле схема только ждет, пока этот прибор будет отключен, и ток будет мгновенно течь снова. Поскольку на ЖК-экране обычно нет индикации, указывающей на неисправный предохранитель, невозможно точно узнать, когда произойдет это событие.

Другая проблема безопасности возникает из-за того, что теперь пользователь должен разорвать цепь и создать новую точку отказа. Пользователь находится прямо на пути потока и должен проявлять особую осторожность, чтобы не допустить, чтобы другой провод измерителя коснулся чего-либо, кроме соответствующих точек. Дело не только в плохих измерениях, это может даже привести к катастрофам. 

Вот почему этого избегают, когда это возможно.

Если вам необходимо измерить ток с помощью встроенного измерителя, всегда сначала используйте вилку усилителя большей мощности. Если он показывает значение ниже предела мА, то использование этой вилки также безопасно. Проверьте мультиметр в заведомо исправной цепи (один из вариантов — светодиод и резистор на 9-вольтовой батарейке). Это гарантирует целостность предохранителей. Затем вы можете отключить питание, чтобы выполнить соединения используя клеммные колодки или другие соединительные клеммы — в общем, старайтесь не просто перерезать провода. После этого повторно подайте питание, проведите тест, затем отключите питание, чтобы восстановить цепь.

В целом измерение тока может занять больше времени, и необходимо соблюдать правила техники безопасности; однако это может привести к получению информации, которая испытания напряжения невозможно провести без большой дополнительной работы.

Продолжение следует

Магазин Gtest® - авторизованный поставщик мультиметров в Украину: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/multimetry