Цифровые мультиметры vs Аналоговые

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

Информационный байт: разница между аналоговыми и цифровыми мультиметрами

Аналоговые и цифровые мультиметры пользуются популярностью в электрических системах разных поколений. В чем уникальность аналоговых приборов и в каких ситуациях они могут быть предпочтительнее своих цифровых собратьев?

Недавно видел обсуждение в интернете. Изображение аналогового мультиметра, все еще работающего после 50 лет верной службы. Обсуждение состояло из мнений о предпочтительных мультиметрах, причем некоторые люди ценили аналоговые версии намного выше современных цифровых аналогов. Поскольку оба прибора использовались во многих ситуациях с большой эффективностью, технические различия и личные мнения имеют большое значение, и определенно есть ситуации, в которых использование одной версии предпочтительнее другой.

Что такое входное сопротивление?

Существует огромное количество предвзятостей, возникающих из-за первичного знакомства с разного рода измерительными инструментами. Первая марка или модель, которую вы длительное время применяете или программное обеспечение, вероятно, будут шаблоном, который вы предпочтёте на всю оставшуюся жизнь. Если бы это было не так, то почему компании не стремились бы передать свою продукцию студентам по очень сниженным ценам?

«В конце концов, — могут сказать они, — если вы изучите наши инструменты, у вас будет больше желания купить их в будущем!»

Это относится и к мультиметрам. Если вам удобно, и вы хорошо знакомы с положением циферблата, батарейным отсеком, а также с внешним видом дисплея, вы будете обращаться к одному и тому же инструменту каждый раз, когда потребуется считывание показаний. Даже два прибора, которые выглядят практически одинаково, могут быть изготовлены из совершенно разных компонентов и, следовательно, иметь совершенно разные рабочие характеристики.

В этой статье мы сосредоточимся на разнице в показаниях напряжений, хотя аналогичные различия имеются и при измерении тока и сопротивления. Однако именно измерения напряжения, пожалуй, является наиболее востребованным. 

Рисунок 1. Мультиметры, несомненно, являются лучшим инструментом для поиска и устранения неисправностей в электрооборудовании. Используемое изображение предоставлено Fluke 

Измерения происходят путем пропускания небольшого количества тока через встроенный внутренний резистор или серию резисторов. Этот ток масштабируется по номиналу резистора (по закону Ома) и отображается на дисплее в виде напряжения.

Поскольку напряжение представляет собой разницу между потенциалами двух точек, выводы измерителя размещаются по одному с каждой стороны тестируемого устройства или участка цепи. Таким образом, небольшой ток проходит мимо места проверки и проходит через прибор. Величина протекающего тока является результатом разницы потенциалов между двумя тестируемыми точками, как маленькая батарейка.

Высокое входное сопротивление лучше?

Тесты напряжения обычно являются надежными измерениями, но существует небольшая погрешность, вызванная простым наличием самого измерителя.

Представьте себе последовательную цепь из двух одинаковых резисторов. Если измеритель измеряет напряжение на одном из этих резисторов, внезапно образуется параллельный резистор. Эквивалентное сопротивление этой параллели несколько понижено. Поскольку две последовательные нагрузки больше не равны, возникающее  напряжение не может быть таким же, каким оно было до появления прибора.

Если входное сопротивление (или импеданс) измерителя чрезвычайно велико по сравнению с тестовой цепью, то относительная величина тока, проходящего через контур тестирования, чрезвычайно мала и, вероятно, ее можно полностью игнорировать.

Однако, если сопротивление цепи уже чрезвычайно велико, любой измеритель повлияет на него более радикально. С другой стороны, если полное сопротивление измерителя относительно низкое, это в большей степени повлияет на испытательную схему.

Приложения для аналогового мультиметра

Большинство аналоговых мультиметров имеют внутреннее сопротивление, которое варьируется в зависимости от выбранного диапазона напряжения. Обычно оно отображается в виде количества Ом на вольт. Обычное значение может находиться где-то в диапазоне 20 000 Ом на вольт (см. серию Simpson 260). Это означает, что аналоговые приборы могут быть предпочтительным выбором, если испытательное напряжение очень высокое. Внутреннее сопротивление будет продолжать расти, пока его производительность даже не превысит показатели цифровых моделей. Однако это напряжение может находиться за пределами диапазона применения измерителя. Просто умножьте заданное значение Ом/В на диапазон напряжения, выбранный для измерения импеданса.

Благодаря переменному внутреннему сопротивлению можно утверждать, что аналоговый прибор будет работать наилучшим образом при следующих условиях цепи:

1. Испытуемая цепь имеет низкое сопротивление.

2. Измеряемая разница напряжений очень велика

Примером цепи с низким сопротивлением может служить поиск и устранение неисправностей в автомобиле. Почти все нагрузки (радиоприемники, фары, звуковые сигналы, электродвигатели стеклоочистителей и т. д.) имеют очень низкое сопротивление и потребляют большой ток. Аналоговый счетчик — отличный выбор для таких ситуаций. В примере с Simpson 260 подходящим диапазоном будет 50 В, что дает входное сопротивление 1 000 000 (1 мега) Ом. Конечно, прибор подходит для автомобильных цепей, но слабоват для некоторых других приложений.

В некоторых случаях аналоговые приборы могут иметь разные импедансы для испытаний постоянного и переменного тока. Не все аналоговые измерители различаются по сопротивлению, а некоторые могут иметь фиксированное сопротивление только для испытаний постоянного тока, как показано на рисунке 2 ниже. Диапазон импеданса переменного тока варьируется, но диапазон постоянного тока более сопоставим с диапазоном цифрового измерителя - это означает, что он (мультиметр) должен работать достаточно хорошо в большинстве ситуаций с напряжением постоянного тока. 

Рисунок 2. Модель аналогового мультиметра Micronta с фиксированным сопротивлением постоянного напряжения, но с переменным сопротивлением переменного напряжения (видно в левом нижнем углу). 

Еще одной особенностью аналоговых приборов, которую часто упускают из виду, является способность обнаруживать закономерности или аномалии, которые происходят слишком быстро, чтобы цифровые мультиметры могли бы своевременно  отобразить их. Если напряжение в цепи периодически падает, но только на мгновение, возможно, вам захочется узнать, регулярен ли этот феномен и являются ли эти изменения постоянными событиями? Регулярное наблюдение за падением иглы на циферблате даст вам больше информации, чем дисплей цифрового прибора, поскольку изменения величин происходят так быстро, что для такого анализа цифровой мультиметр окажется бесполезным.

Возможно, эта функция не совсем сопоставима с осциллографами по точности информации, но обладать таким распознаванием  скоротечных событий всего лишь в одном компактном инструменте может быть очень полезно для устранения неполадок.

Приложения для цифрового мультиметра (DMM)

Цифровые счетчики обычно имеют фиксированное внутреннее сопротивление из-за использования твердотельного аналого-цифрового преобразователя, которое намного выше, чем низковольтное входное сопротивление аналоговых моделей. Пример значения для этих счетчиков составляет около 10 000 000 (10 мегаом) ом (см. Fluke 80 series). Для предыдущего примера аналогового счетчика потребовался бы диапазон шкалы 500 вольт, чтобы соответствовать внутреннему сопротивлению этой цифровой модели.

Рисунок 3. Цифровой мультиметр (DMM), используемый для измерения промышленного источника питания на 24 В. 

В наше время при поиске неисправностей большое количество устройств питается от полупроводниковых элементов. Почему? Просто чтобы сократить потребление энергии. Если вы можете выполнить задачу, используя большое или небольшое количество электроэнергии, то последнее покажется логичным.

Использование небольшого количества электричества означает небольшое рабочее напряжение и малый ток (другими словами, высокое сопротивление). Возвращаясь к предыдущему разделу, можно сказать, что это именно та ситуация, в которой аналоговые приборы могут оказаться неэффективными.

Цифровой мультиметр может быть предпочтительным инструментом в следующих ситуациях:

• Тестируемая цепь обладает собой высоким сопротивлением с низким потреблением тока.

• Разница напряжений между контрольными точками низкая.

Обратите внимание, что зачастую испытательное напряжение не влияет на сопротивление цифрового измерителя, как это происходит с аналоговыми моделями. Однако, зная, что сопротивление цифрового мультиметра выше, он может быть предпочтительным выбором при низком напряжении в цепи.

Если техник устранял неполадки на печатной плате или выявлял неисправный фотоэлектрический датчик на основе транзистора, цифровой измеритель может быть предпочтительным инструментом. Но даже в этом последнем случае промышленный источник питания на 24 В обеспечит сопротивление около 500 кОм для аналоговой модели с использованием импеданса в нашем примере, и это, безусловно, предоставит достаточно точную информацию для устранения неисправности.

Заключение

Никогда не уместно говорить кому-то, прав он или нет, когда дело касается личных предпочтений в отношении инструментов. Если вы можете выполнить работу с помощью любого прибора и чувствуете, что знакомы с ним, значит, вы добились успеха. Однако знание того, где и когда предпочтительны те или иные инструменты, может дать вам конкурентное преимущество, позволяющее в следующий раз сделать это немного лучше!