Чому цифровий мультиметр точніше за осцилограф? За яких умов. Дискусія серед професіоналів. Частина 1
Graham Stephens
Керівник радіомовлення (з 2018 р. до теперішнього часу)
Цифрові мультиметри використовують для вимірювання різних параметрів.
Цифровий мультиметр призначений для вимірювання постійного струму або незмінних параметрів змінних сигналів, таких як середньоквадратичне значення, середнє значення, розмах та коефіцієнт заповнення. Ці параметри мають бути відносно стабільними у часі.
Осцилограф дозволяє вимірювати всі ці параметри, але з додаванням параметрів, що сильно змінюються в часі (але повторюються). Хорошим прикладом є цифровий джиттер.
Високоякісні цифрові мультиметри і осцилограф мають практично однакову базову точність, але осцилограф покладається на візуальну інтерпретацію сигналу на ЕПТ, тому людський фактор може вносити помилки, особливо в присутності шуму. Цифровий мультиметр видає числові показання і може бути обмежений смугою пропускання для фільтрації шуму.
Воістину, надійні робочі конячки.
Міке
Бакалавр наук в галузі електротехніки та комп'ютерних наук, Університет Ватерлоо (закінчив у 1987 році)
Смуга пропускання сигналу та точність вимірювання обернено пропорційні. Мета вимірювача - вимірювати сигнали та видавати єдиний результат із заданою точністю. Для досягнення цієї точності допустима значна фільтрація або усереднення, але це по суті обмежує смугу пропускання. Основна мета осцилографа – фіксувати сигнал у часі, щоб побачити його динамічну поведінку. Точність не така важлива, але смуга пропускання приладу дуже важлива для візуалізації найшвидших змін сигналу, тому фільтрація може бути мінімальною або взагалі не застосовуватись.
ПОДРОБИЦІ:
Мультиметр має декілька фіксованих діапазонів. Кожен діапазон прецизійно відкалібрований для компенсації багатьох факторів, таких як температура. Дисплей мультиметра призначений для зчитування показань із різною точністю. Це справедливо як аналогових, так цифрових мультиметрів. У той час, як точність ручних мультиметрів обмежена 3-4 розрядами, настільні мультиметри зазвичай пропонують точність від 5,5 до 6 розрядів, але за більш високу ціну можна знайти мультиметри з точністю 7-9 розрядів.
Осцилограф має кілька діапазонів і дозволяє настроювати їх для кращого перегляду. Як правило, регульовані діапазони мають нижчу точність, оскільки складніше розробити регульований діапазон, який також матиме дуже високу точність. Точність відображення низька: зазвичай 10 основних поділів з 5 (іноді 10) додаткових поділів на один основний поділ. Це обмеження унеможливлює зчитування показань осцилографа з точністю більше двох розрядів. Осцилограф призначений для вимірювання та відображення динамічних сигналів. Це означає, що кожна точка може вимірюватися протягом короткого часу. Навіть у разі використання усереднення на осцилографі величина усереднення невелика, щоб забезпечити досить часте оновлення даних на дисплеї. Мультиметр (в основному) призначений для відображення фіксованого значення, тому може використовувати більш тривале усереднення. Це важливо, оскільки дозволяє вимірювачеві краще справлятися з придушенням шумів від ланцюгів вимірювача, так і шумів у сигналі.
Багато сучасних цифрових осцилографів оснащені окремим цифровим дисплеєм сигналу. Дозвіл цього дисплея зазвичай приблизно такий самий, як у ручного мультиметра. Багато настільних вимірювачів дозволяють проводити серію вимірювань і зберігати їх у пам'яті. Ці значення можна зчитувати на комп'ютер і відображати у вигляді графіка, що забезпечує функцію високоточного осцилографа, хоча з дуже вузькою смугою пропускання.
Таким чином, у сучасних приладах (Мультиметри, Осцилографи) їх функції частково збігаються, але продуктивність, як і раніше, принципово обмежена фізичними законами.
Neil Barnett
Колишній учитель хімії та фізики, інженер, програміст. На пенсії/фрілансер (1994–2025)
Цифровий мультиметр зазвичай точний, тобто стабільно видає значення, близьке до реального, у той час як свідчення осцилографа залежать від його калібрування та вашого сприйняття. Покази цифрового мультиметра можуть бути чотиризначними, і вони можуть бути стабільними, але враховуючи, що будь-який вимірювач може мати вбудовану похибку через виробничі допуски використовуваних компонентів, вони можуть бути стабільно невірними.
Наскільки я розумію, точність осцилографа може становити до 1%, хоча сучасні прилади можуть вимірювати напругу певної точки і видавати точне значення.
Головна перевага осцилографа, звичайно ж, це відображення коливань і форми сигналу. Він необхідний задля вимірювання напруги, а демонстрації зображення.
Hugh Leyton
Колишній та нинішній інженер (1960–2025)
Привіт, . . . Вони всі точні та неточні. Все залежить від того, яку ви шукаєте. . . У багатьох випадках я віддаю перевагу старому магнітометру, вони не брешуть, як цифрові мультиметри. . . . Але осцилограф дає повнішу картину того, що відбувається. . . . . Багато років тому, ще на початку розвитку цифрових мультиметрів, до нас приходив представник виробника цифрових мультиметрів, і я на практиці довів, що їх прилади видають дуже велику помилку. Їм довелося повернутися і змінити програмне забезпечення.
Навіть сучасні недорогі цифрові мультиметри можуть давати дуже неправильні, неточні свідчення. . . . Ось чому я віддаю перевагу цифровим мультиметрам з т.зв «Істинним Середньоквадратичним Значенням», але навіть у цьому випадку DMM можуть генерувати інформацію, що вводить в оману. ...
Assistant
Цифрові мультиметри (DMM/ЦММ) і осцилографи служать різним цілям і мають різну точність вимірювань. Ось кілька причин, з яких у певних ситуаціях ЦММ може вважатися більш точним, ніж осцилограф:
1. Технологія вимірів:
• DMM: Зазвичай напруга, струм і опір вимірюються за допомогою високоточних аналого-цифрових перетворювачів (АЦП) та внутрішніх калібрувальних стандартів. Для підвищення точності часто застосовується метод усереднення результатів кількох вимірів.
• Oscilloscopes: Вимірювання напруги з часом та візуальне відображення сигналів. На їх точність можуть впливати такі фактори, як обмеження смуги пропускання, частота дискретизації та якість використовуваних датчиків.
2. Калібрування:
• DMM: Часто калібруються за відомими стандартами, що робить їх дуже надійними для точних вимірів. У технічних характеристиках часто вказується вищий рівень точності (наприклад, ±0,01%).
• Oscilloscopes: Хоча їх також можна калібрувати, цей процес складніший через необхідність підтримання точності в широкому діапазоні частот і типів сигналів.
3. Тип сигналу:
• DMMs: Оптимізовані для вимірювання в стаціонарному режимі і можуть забезпечувати дуже точні показання сигналів постійного струму або низькочастотних сигналів змінного струму.
• Oscilloscopes: Найкраще підходять для аналізу динамічних сигналів та перехідних процесів, але їхня точність може знижуватися на високих частотах або при швидких змінах сигналу.
4. Шум та інтерференція:
• DMMs: Зазвичай вони краще пригнічують шуми та менш сприйнятливі до перешкод, що може підвищити точність вимірювань, особливо в шумній обстановці.
• Oscilloscopes: Можливий вплив шуму на сигнал, особливо якщо сигнал слабкий або має високу частоту.
5. Дозвіл:
• DMMs: Часто мають більшу роздільну здатність для певних вимірювань, що дозволяє отримувати більш точні показання (наприклад, 6,5-значні та вище).
• Oscilloscopes: Вертикальна роздільна здатність обмежена кількістю біт в АЦП, і хоча висококласні осцилографи можуть мати значну роздільну здатність, вони можуть не досягати точності цифрового мультиметра при статичних вимірах.
Висновки
Хоча цифрові мультиметри можуть бути більш точними для певних типів вимірювань, осцилографи чудові у візуалізації та аналізі сигналів, що змінюються в часі. Вибір між ними залежить від конкретних вимог розв'язуваної вимірювальної задачі.
Bob Lewis
Працює в Google Waymo (2017-тепер)
Це зовсім не так. Відповідь залежить від калібрування приладу, його точності та від того, наскільки чітко та точно ви можете отримати сигнал. У деяких випадках осцилографи оснащені вбудованими цифровими мультиметрами та можуть виконувати обидві функції одночасно. Щоб якось прояснити ситуацію, можна навести наступний приклад: існують вимірювачі, які також можна віднести до осцилографів, хоча цього осцилограф не такий точний, як повноцінний осцилограф. Тому спроба порівняти яблука з апельсинами тут недоречна.
Isaac Wingfield
Вийшов на пенсію після довгої кар'єри в галузі досліджень та розробок у галузі електроніки
Реальна форма сигналу, що відображається на осцилографі, може бути набагато точніше показань цифрового мультиметра, але, дивлячись на форму сигналу на осцилографі, можна відрізнити сигнал з піковим значенням 2000 вольт від сигналу з піковим значенням 2001 вольт? А ось за допомогою цифрового мультиметр це можливо.
Rakesh Tripathi
Мешкає в Калькутті, Західна Бенгалія, Індія (з 2022 р. по теперішній час).
Цифровий мультиметр – дуже універсальний прилад, здатний вимірювати напругу, струм, опір, а деякі навіть перевіряти працездатність діодів та транзисторів. Осцилограф вимірює тільки напруга, але з набагато більшою деталізацією.
Цифровий мультиметр може відображати лише середній рівень напруги, тому ви не зможете провести його (напруження) детальну перевірку.
Ray Bennett
Цифровий мультиметр (DMM) – зовсім інший прилад. Він ефективно усереднює показання протягом тривалого часу, відображаючи ефективне середнє значення вимірюваної напруги. Осцилограф повинен відображати напругу/сигнал миттєво. Осцилограф відображає набагато більше інформації, ніж цифровий мультиметр, але ця інформація відображається візуально на екрані з обмеженою роздільною здатністю. Цифровий мультиметр може похвалитися дуже точним цифровим дисплеєм.
Subodh Kumar Gupta
Дискретність цифрового мультиметра становить 3,5 (1999) десяткових знаків, тоді як у осцилографа — 20 десяткових поділів.
Ми можемо досягти точності лише 1/40, в той час, як точність цифрового мультиметра становить 1/2000.
Bilal Patel
Ступінь бакалавра наук (з відзнакою) в галузі електротехніки та електроніки, Університет Шеффілд Халлам (випуск 2015 р.)
Які основні відмінності між осцилографом та цифровим мультиметром?
Доповню відповіді. Осцилографи мають набагато більш високу точність, ніж цифрові мультиметри. Цифрові мультиметри дуже зручні для швидких вимірювань, але мають свої обмеження, наприклад, при роботі на високих частотах часто не можуть дати точні показання. У цифрових мультиметрів є функції, яких немає у осцилографів, такі як перевірка діодів/продзвонювання ланцюга, вимірювання опору, струму і т. д. Осцилографи розроблені як наукові прилади для виконання обчислень, що виходять за рамки простого вимірювання напруги, що не завжди дає повну картину при діагностиці несправностей системи або оцінки.
Я працюю інженером з т.зв. «підтримці та застосуванню» в компанії одного з провідних виробників осцилографів. Нещодавно я спілкувався з клієнтом, який, можливо, допоможе мені зрозуміти, чому осцилографи такі важливі:
Клієнт написав мені, що використав один з наших осцилографів та портативний вимірювач для вимірювання напруги запалювання автомобілів. Фахівці автосервісу були переконані, що осцилограф показує неправильні свідчення – 25 кВ, а ось мультиметр у свою чергу – 40 кВ.
Я провів звичайні перевірки, такі як підключення проводів, щупів і т.д., і разом із фахівцями перевірив налаштування приладів, але не зміг зрозуміти чому така різниця. Я попросив клієнта надіслати мені керівництво користувача портативного приладу, який використовував клієнт.
З першого погляду я помітив, що портативний прилад, що використовується, відображає напругу 40 кВ світлодіодами (по одному світлодіоду на кожен кВ), що відразу насторожило: точність цього приладу становила максимум 5-6 біт, і його доводилося округляти у більшу або меншу сторону, якщо у показаннях зустрічалися в десятки значень. біт, що означало, що він має бути точнішим. Я надав цю інформацію та підкріпив її розрахунками. Клієнтка, начебто, зрозуміла, але тим не менш, не могла збагнути, чому різні прилади показують різні значення.
Мені це також було незрозуміло. У чому була проблема? Пізніше я ще раз переглянув керівництво і помітив, що там сказано, що портативний прилад не підтримує свічки запалювання з частотою запалення вище 15 Гц і даватиме помилки у показаннях, якщо частота свічки запалення буде вищою за цю.
Я повернувся до графіка, наданого замовником, і виявив, що частота іскри справді становила 25 Гц.
Вся ця історія є важливою для розуміння належного використання різних вимірювальних приладів. Всі прилади мають свої обмеження, тому необхідно вибрати саме той, що найбільше підходить для вашого завдання, а також використовувати різні методи для підтвердження своїх припущень.
Loring Chien
Інженер-електрик з 45-річним стажем та старший довічний член IEEE
У чому різниця між цифровим мультиметром та осцилографом, коли слід використовувати кожен з них і який з них точніший при вимірах у ланцюгах змінного струму?
Буду стислим і по суті. Якщо ви ставите це питання, у вас, мабуть, мало реального досвіду.
Цифровий мультиметр це прилад, який видає одне скалярне показання - одну точку. На дисплеї буде три- чи чотиризначне число. Так, все вірно, воно оновлюється кілька разів на секунду. Але щоб значення однієї точки мало хоч якийсь сенс, вам потрібно заздалегідь більш-менш знати, який тип сигналу ви дивитеся – змінний, постійний чи змішаний змінно-постійний. Якщо ви точно знаєте, що це змінний або постійний струм, мультиметр дасть вам дуже точне показання. Більшість цифрових мультиметрів здатні видавати показання з роздільною здатністю 3.xxx або краще, що означає роздільну здатність 1 до 4000, або близько 0,02%.
Осцилограф - це прилад для вимірювання напруги в часі, здатний реєструвати форми напруги сигналів з дуже високою швидкістю. Роздільна здатність по напругі може становити швидше 1%, ніж 0,02%, як у цифрового мультиметра, але ви можете отримати від тисяч до багатьох мільйонів точок даних на декількох каналах. Тимчасові інтервали можуть змінюватись від наносекунд на точку до десятків секунд на точку, забезпечуючи безпрецедентне уявлення про процеси, що відбуваються в часі. На екрані осцилографа відображається графік залежності напруги від часу, який можна масштабувати або зменшувати при необхідності для детального аналізу.
Осцилограф може аналізувати те, що відбувається в сигналі, що корисно для вивчення взаємозв'язків подій сигналу, форми сигналу, короткочасних аномалій, імпульсів, глітків, а також подій, що окремо мають місце, і подій, що повторюються. Осцилограф можна запускати для точної фіксації конкретних подій у певний момент часу, навіть залишаючи прилад без нагляду.
Тим не менш, заради справедливості варто відзначити, що хороший осцилограф коштує в 100 разів дорожче за хороший цифровий мультиметр.
Patrick Hayes-Foley
Електронна та електротехнічна інженерія
Які основні відмінності між осцилографом та цифровим мультиметром?
«Ключові відмінності» тут є експлуатаційними поняттями, оскільки існують спеціалізовані осцилографи, цифрові мультиметри (ЦММ) та гібридні осцилографи (осцилографи-метри).
Цифрові мультиметри (ЦММ) відображають значення струму, напруги чи опору у цифровому форматі. Більшість ЦММ також мають додаткові функції, такі як вимірювання частоти, перевірка діодів та вимірювання ємності, але все це – другорядні функції. Більш якісні ЦММ можуть вимірювати справжнє середньоквадратичне значення напруги, амплітуду дуже коротких (швидких) імпульсів, а також мінімальні та максимальні значення.
Осцилографи представляють графічне відображення форми сигналу напруги у часовій області. Усі події відображатимуться за умови достатньої смуги пропускання осцилографа. Всі осцилографи, які я коли-небудь використовував, дозволяють проводити два незалежні вимірювання напруги; для ЦММ це нетипово.
Перевага осцилографа полягає у можливості детального вивчення форми сигналу. Він чудово підходить для візуалізації. Можна виявити аномалії. Частоту, коефіцієнт заповнення, мінімальні та максимальні значення можна визначити графічно, якщо виміри не відображаються. Можна порівнювати два сигнали та виконувати з ними базові математичні операції (сума, різницю). Сигнали можна синхронізувати із внутрішнім або зовнішнім тригером.
Цифрові мультиметри (DMM) в основному використовуються в польових та ремонтних роботах. Вони менші за розміром і, як правило, надійніші, ніж осцилограф. У цих випадках осцилограф використовується лише за необхідності. Осцилографи краще підходять для досліджень, розробок та проектування.
Якщо вам потрібно регулярно використовувати цифровий мультиметр, купіть якісний, з додатковими функціями, що відповідають вашій спеціалізації. Додаткові гроші того варті. Надійний, точний, із справжнім середньоквадратичним значенням. Ви швидко знайдете інформацію про надійні марки, запитавши у відповідних колах і погугливши. Осцилограф— это отдельный вопрос. Высококлассные модели с высокой пропускной способностью стоят $$$$. Подберите модель в соответствии с вашими требованиями.
У своїй практиці я використав декілька моделей середнього та низького діапазону, і вони функціонують адекватно.
Mark B. Bakker
Інженер з польових застосувань у галузі якості електроенергії у компанії Fluke
Які основні відмінності між осцилографом та цифровим мультиметром?
Найбільшу різницю між цифровими мультиметрами та осцилографами можна пояснити за допомогою наступного малюнка:
Малюнок 1
• На лівому малюнку показано цифровий мультиметр з одним числом виміряного сигналу.
• На правому малюнку показано осцилограф, що відображає форму виміряного сигналу.
Перевага відображення форми сигналу полягає в тому, що наявність проблем у системі, що вимірюється, стає видимою, при цьому залишаючись прихованим для цифрового мультиметра.
Крім того, осцилографи можуть вимірювати до чотирьох каналів одночасно для швидкого порівняння та розрахунку потужності, фазового зсуву та коефіцієнта потужності.
Малюнок 2
20 років тому компанія Fluke представила ScopeMeter, що є синтезом портативного осцилографа і цифрового мультиметра (див. малюнок 2). Цей пристрій відображає як виміряне значення у верхньому рядку дисплея, так і форму сигналу на основному дисплеї. У цьому випадку відображається чотириканальний вимір.
Далі буде
