Здавалося б, просто. Частина 3

Посилання на сторінку сайту Магазину Gtest(R) з номенклатурою мультиметрів, а також рекомендовані прилади та статті для подальшої самоосвіти - наприкінці цієї Розділу

Вимірювання напруги постійного струму

Зчитувати постійну напругу з більшості цифрових мультиметрів надзвичайно просто: поверніть шкалу до значка напруги постійного струму і помістіть вимірювальні дроти у дві відкриті точки контакту ланцюга, і на екрані з'явиться число. Але це просте читання - лише поверхове уявлення про функцію, яка покликана бути набагато ефективнішою, ніж просте зчитування.

На деяких лічильниках, особливо аналогових мультиметрах старої моделі, більшість показань необхідно вибирати те щоб вони зчитувалися в правильному діапазоні. Якщо ви хочете виміряти конкретну напругу, необхідно вибрати відповідний діапазон значень. Вони називаються мультиметрами з ручним діапазоном вимірювання, на відміну від звичайного типу з автоматичним діапазоном.

Ручний вибір діапазону

Щоб використовувати вимірювачі такого типу, необхідно спочатку визначити, яку напругу ви збираєтеся вимірювати або хоча б близька до цього. Якщо перед вами промислова система управління, ймовірним виміром буде 24 Вольти. Невелика комп'ютерна плата 3,3-5 вольт може бути придатнішою.

Якою б не була ця цільова напруга, вам потрібно буде вибрати діапазон зі значенням трохи вище цього числа. Іноді діапазони можуть включати 1, 10, 100 і 1000 вольт або, можливо, 2, 20, 200 та 2000 вольт. У цьому сценарії тестування 24-вольтової системи ви повинні вибрати діапазон 100 або 200 відповідно, оскільки діапазон 10 або 20 В занадто малий.

Ручний вимірювач діапазону показує вибір від 200 мВ до 600 В, а також діапазони струму і опору.

Якщо вибраний діапазон занадто малий, на мультиметрі буде відображатися «OL», що означає «перевищення межі». Деякі люди можуть сказати "перевантаження", що є точним описом, але має на увазі небезпечну ситуацію. Однак у цій ситуації це було неправдою і безпечно — просто діапазон вищий за межі.

На аналоговому лічильнику; однак стрілка миттєво переміститься в далеку частину дисплея. Це еквівалент відображення OL на екрані.

Якщо вибір діапазону занадто великий, наприклад, якщо ви очікуєте отримати сигнал напругою 5, але поміщаєте вимірювач в діапазон 1000 В, прилад може показувати просто 5. По суті, у вас немає ніякого способу дізнатися, чи дійсно це значення дорівнює 4,6 або може бути 5,3 вольта.

Занадто великий діапазон призведе до дуже неточних показань, оскільки більшість цифр дисплея призначена для відображення великих чисел. На аналоговому дисплеї, якщо повний діапазон становить 1000 Вольт, вимірювання в 5 Вольт навряд чи навіть зрушить з місця голку покажчика, і важко прийняти правильне рішення, коли цей покажчик ледве зрушив з місця.

Використання кнопки діапазону

Більшість ефективних мультиметрів мають або вручну вибір діапазону на циферблаті, або кнопку з написом «діапазон», але зазвичай і те й інше.

Ця кнопка може бути корисною для виявлення коротких замикань та усунення несправностей компонентів паралельного керування, хоча ця функція часто повністю ігнорується.

У наборі з кількох паралельних нормально відкритих кнопок одна з них може зламатися, закоротити або вийти з ладу пружина всередині, що призведе до постійного з'єднання. Цю ситуацію може бути складно усунути, оскільки напруга завжди дорівнюватиме 0, незалежно від того, яка кнопка вийшла з ладу. Вам доведеться видаляти їх одну за одною і щоразу перевіряти, щоб знайти той показник, який знову підвищує напругу до 24.

Натомість ви можете вибрати найнижчий діапазон або натискати кнопку «діапазон» на вимірнику, доки не буде обраний найнижчий діапазон. На деяких мультиметрах може бути функція мВ, яка також може працювати.

При вимірі падіння напруги на ланцюгу паралельних точок ви повинні побачити лише кілька мілівольт. Автоматичний діапазон завжди показуватиме 0 В, якщо ви не зміните цей діапазон вручну. Ці кілька мілівольт виникають через крихітний опір контактів перемикача. Невеликий, але не зовсім 0.

Коли ви натискаєте паралельні кнопки по одній, еквівалентний опір (і отже, напруга) зменшиться вдвічі, тому що тепер і несправний перемикач, і робітник замкнуті. Невелике показання в мілівольтах має стати ще меншим.

Як тільки ви нарешті протестуєте несправний компонент, показання не повинні змінитись — він уже був закритий, ви не зміните його, натиснувши на відповідну клавішу.

Тепер ви знайшли несправний паралельний перемикач, не від'єднуючи пробник.

Коротке замикання аналогічне: ви можете визначити різницю між падінням напруги кілька мілівольт на справному дроті і падінням напруги практично в 0 вольт при короткому замиканні.

Використання кнопки «Мін/Макс»

У більшості випадків існує можливість запису мінімальної або максимальної напруги, що на один крок краще, ніж просте миттєве показання, яке показує тільки «ось зараз».

Мультиметр може відображати миттєві значення напруги або мінімальне/максимальне значення для виявлення стрибків напруги або зникнення напруги.

Це виявлення може виміряти величину падіння напруги в джерелах живлення при включенні великого ємнісного пристрою або зворотний імпульс від індуктивного навантаження, яке було відключено.

Проте існує обмеження використання функції мін/макс. Мультиметр зчитує та зберігає напругу протягом певного періоду часу із певною затримкою між показаннями. Якщо сплеск занадто швидкий, його можна повністю пропустити. Якщо це відбудеться поза періодом часу зчитування, це зчитування також може бути пропущено. Якщо ви очікуєте, що стрибки або падіння відбуватимуться дуже регулярно, можливо, вам доведеться задіяти осцилограф. Існують спеціальні промислові осцилографи, що є портативними пристроями, які візуалізують зміну напруги.

Це може бути надзвичайно корисним, коли пристрої керування час від часу відключаються, і ви хочете з'ясувати причину. Помістивши вимірювач на лінію вхідної напруги та дозволивши йому записувати дані, ви можете знайти «винуватця». Якщо мінімальна напруга впаде всього на кілька вольт, цього може бути достатньо, щоб вимкнути контролер, але підозра, ймовірно, полягає у включенні великого пристрою. Якщо напруга впаде майже до нуля, ймовірно, сталося коротке замикання, і джерело живлення на мить відключилося з метою захисту.

Симптом у будь-якому випадку той самий (контролер ненадовго втрачає харчування), але додаткова інформація може допомогти покращити роботу, прийняти усвідомлене рішення і знайти причину.

Інше поширене використання цієї функції - виявлення несправностей, пов'язаних з перевантаженням струму вимикача. У таких ситуаціях кліщі можуть виміряти струм і записати найбільше значення саме тоді, коли спрацював вимикач. Навіть якщо вимикач не спрацював, але ви помітили, що струм на мить збільшився і став трохи нижче точки спрацьовування вимикача, можна провести більш точний аналіз усунення несправностей.

Мета мультиметра – не усувати проблеми, а надавати вам достатньо інформації для ухвалення правильного рішення.

Номінальне значення напруги постійного струму на мультиметр можна визначити досить просто. Додаткові знання про поєднання цього зчитування з ручним вибором діапазону та функціями мін/макс можуть принести більше інформації та точності у зчитуванні напруги та, зрештою, у вирішенні електричних несправностей.

Частота та робочий цикл

При вимірюваннях постійного та змінного струму циклічна частота, вказана на циферблаті як Гц, може визначати частоти синусоїдальних та прямокутних хвиль. Вони корисні для перевірки правильності частоти 50/60 Гц для домашньої напруги або вищих частот для тестування звуку та сигналів у аналогових природних формах сигналів. Частота постійного струму найчастіше використовується для прямокутних хвиль, таких як частота сигналу, що несе, з широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ).

Крім простої частоти, ці модульовані сигнали ШИМ мають відсоток часу ВИСОКИЙ і НИЗЬКИЙ. Це може безпосередньо корелювати зі швидкістю двигуна або яскравістю світла – обидва є звичайними застосуваннями сигналів ШІМ. Ця функція мультиметра часто використовується для перевірки роботи таких елементів керування ШІМ, коли швидкість двигуна регулюється вище або нижче.

Вимірювання напруги змінного струму

Щоб виміряти напругу постійного струму за допомогою мультиметра, просто помістіть виведення COM у контрольну точку, а виведення V у точку вимірювання. Показання повинні показувати постійне, постійне напруження у цій точці. Це може бути ідеально для ланцюгів, що живляться від батарей та джерел живлення змінного струму у постійний.

У кожному аспекті промислових та побутових електросистем існує ще один не менш важливий тип вимірювання напруги – напруга змінного струму. Просто виміряти напругу не так вже й складно, насправді вона мало чим відрізняється від постійного струму, але розуміння того, який вплив змінний струм чинить на ланцюг, може бути надзвичайно важливим.

Оскільки змінний струм означає змінний струм, це означає, що енергія подається шляхом застосування напруги в обох напрямках, змінюючи напрямок додаток багато разів на секунду. У США це 60 разів на секунду, у Великобританії та інших частинах світу — 60 разів на секунду, 50 разів на секунду, що, схоже, просто засноване на історичній стандартизації у певних частинах світу, а не через якусь наукову причину, що простежується. .

Частота чергування означає, що максимальна напруга досягатиме 60 разів на секунду (хоча і ненадовго), а потім така ж кількість разів падати до мінімальної напруги (знов-таки ненадовго). Напруга буде в позитивному і негативному стані однакову кількість часу, що може бути важливо розуміти при вимірі такого роду напруги.

Середньоквадратичне значення (RMS)

Загалом, може бути важливо, щоб існувало два різні способи зчитування напруги. Це пов'язано з тим, що на шкалі постійного струму ви можете бачити напругу тільки як знімок саме цього моменту. Якщо є якесь відхилення, воно буде відображатися як мінімум так швидко, як може оновлюватися РК-екран. Спроба використовувати цю ж шкалу для вимірювання змінної напруги була б надто швидкою, щоб її можна було побачити. Напруга змінюватиметься на сотні вольт 60 разів на секунду. Миттєва напруга змінюватиметься занадто швидко, щоб екран міг встигати за ним, і занадто швидко, щоб його можна було прочитати, навіть якби екран був здатний читати так швидко.

Вимірники справжніх середньоквадратичних значень завжди вимірюватимуть напругу змінного струму, що позначається лінією синусоїдальної над V.

У цих випадках мультиметр менше цікавить миттєве значення, а значення за тривалий період часу або те, скільки енергії ви дійсно можете отримати від прикладеної напруги. Це можна назвати "скільки напруги постійного струму вам потрібно буде подати, щоб отримати ту ж вихідну потужність". Існують математичні формули, що пов'язують мінімум і максимум із еквівалентним виходом постійного струму.

Для отримання цих значень використовують кілька стратегій. Оскільки математичні формули можуть здатися простим рішенням, вони не завжди використовуються, оскільки реальні ситуації не завжди вільні від помилок та аномалій.

Натомість є кілька інших методів:

1. Використовуйте реальну схему перетворення постійного струму, щоб перетворити змінну напругу на постійну та виміряти вихідний сигнал навантажувального резистора. Іноді це невеликий обігрівач та вимірюється температура. Це працює всім видів незвичайних змінних хвиль.

2. Перетворіть змінний струм на постійний, щоб отримати середнє значення, а потім масштабуйте це значення до правильного середньоквадратичного значення (RMS). Прості середні значення може бути непростими, оскільки середнє значення змінної хвилі дорівнює нулю. Незважаючи на те, що він здається простим і легким, він працює тільки для ідеальних хвиль, що не завжди можливо у реальному світі.

3. Деякий час вимірюйте та записуйте напруги, потім розраховуйте середньоквадратичне значення, яке має складну основу, але зводиться до індивідуальних розрахунків для кожної хвилі.

З цих трьох варіантів перший і останній варіант часто можуть призвести до кращих результатів, коли хвиля не дуже хороша і "ідеальна". Це називається True RMS, і його можна побачити надрукованим на більшості мультиметрів вищого рівня.

Необхідно також враховувати вплив змінної напруги на конденсатори та котушки індуктивності. Зокрема, реакція конденсаторів та котушок індуктивності на змінну напругу є функцією частоти прикладеної змінної напруги. Тому часто важливо враховувати прикладену частоту змінної напруги, а не тільки саму напругу.

У ланцюгах чистого постійного струму через конденсатори не протікає струм - вони забезпечують нескінченний опір постійному напрузі. Однак конденсатори пропускають струм при застосуванні змінної напруги. Струм через конденсатор збільшується зі збільшенням частоти. Цей струм через конденсатор може радикально змінити робочі властивості ланцюга, якщо струм тече тоді, коли цього не повинно бути. У разі ємнісного ланцюга змінний струм буде вищим за постійний струм. Якщо присутні обидва, конденсатор можна використовувати навіть для видалення сигналу постійного струму (так званий «з'єднувальний конденсатор»).

З іншого боку, індуктори не чинять опору постійному напрузі, але забезпечують додатковий опір при застосуванні змінної напруги. Коли напруга змінюється, опір збільшується, оскільки індуктор чинить опір зміні струму, а не самому струму. У цих індуктивних ланцюгах змінний струм буде меншим за постійний струм.

У багатьох випадках присутня як постійна, так і змінна частина напруги, яка не ідеально чергується з тими самими позитивними і змінними сторонами негативного рівня. Деякі лічильники здатні це виміряти; однак з одним лише мультиметром це може бути складно, тому осцилограф міг би бути кориснішим.

Процес виміру змінної напруги досить простий і майже ідентичний вимірам постійного струму. Просто помістіть два дроти мультиметра у відповідні точки схеми та виміряйте різницю напруги.

Майте на увазі, що важливо знати різницю між миттєвими значеннями постійного струму та еквівалентними середньоквадратичними значеннями змінного струму, щоб знати, яке з них (значень) краще вибрати залежно від конкретного випадку.

Вимірювання постійного струму

Вимірювання напруги є найбільш поширеною функцією мультиметра з поважних причин. Загалом, напруга – це потенційна можливість споживання енергії у ланцюзі. Однак наявність потенціалу не означає, що енергія використовується належним чином або використовується взагалі. Інша електрична властивість, струм, є тільки тоді, коли електрика знаходиться в русі. Розуміння струму може дати розуміння того, що саме собою напруга часто не може показати.

Як приклад того, де струм може бути корисною властивістю, уявіть тестування несправної котушки реле 24 В в ланцюгу. Якщо реле вийшло з ладу, велика ймовірність, що котушка розімкнена або має «нескінченний» опір. Один тільки вольтметр покаже 24 вольти на поперечній напрузі котушки, але ця напруга також буде існувати, навіть якщо котушка була в «ідеальному» робочому стані. Швидкий вимір струму покаже нуль ампер у несправному реле, але натомість у працюючому пристрої буде правильний струм, можливо, від 100 до 200 міліампер або більше.

Часто існують альтернативи виміру струму, багато з яких спеціально розроблені для цього застосування. Незважаючи на його використання, більшість технічних фахівців уникають вимірювання струму та намагаються отримати цю інформацію іншими методами, оскільки процедура вимірювання струму може бути складною і, якщо її виконати неправильно, може призвести до пошкодження мультиметра.

Як тестувати струм

Перш ніж почати, слід зробити одне важливе зауваження: у цьому розділі не розглядаються кліщові або вилкові вимірювачі струму. Хоча ці моделі виконують важливу функцію у промислових умовах, усуваючи багато проблем безпеки; на даний момент ми розглянемо лише стандартний метод вимірювання лінійного струму – у розділі вимірювання змінного струму ці методи будуть описані пізніше.

Вимірювальні пробники для вимірювання струму повинні бути підключені трохи інакше, ніж для вимірювання напруги. Точка COM продовжує залишатися спільним з'єднанням всіх вимірювань. Третя (а часто і четверта) точка буде зарезервована та позначена літерами мА та А відповідно, позначаючи з'єднання для перевірки струму в міліамперах та амперах. Порт мА буде обмежений лише кількома десятими ампера. Порт A витримує струм приблизно до 10 ампер, але обов'язково перевірте безпечні номінали для власного приладу.

Багато вимірювачів подають звуковий сигнал, якщо функціональний диск встановлений на перевірку підсилювача, а вимірювальний провід не вставлений у правильний порт чи навпаки. З'єднання та функції повинні збігатися. Якщо цей звуковий сигнал звучить, перевірте правильність проводів та набору функцій.

Для вимірювання струму ланцюг повинен бути відключений, щоб мультиметр фактично став частиною ланцюга. Струм - це швидкість електричного потоку, тому це схоже на вимірювання потоку рідини або газу за допомогою турбінного витратоміра - він повинен знаходитись безпосередньо на шляху потоку. Це дуже відрізняється від напруги, яка повинна стосуватися тільки двох відкритих металевих частин у ланцюзі, щоб отримати відносну напругу між ними.

При розімкнутому ланцюгу червоний позитивний провід вимірювача розміщується на відкритому з'єднанні ближче до + V ланцюга, а чорний COM-провід ближче до загальної землі. При вимірі змінного струму полярність немає значення, але розуміння чорний провід вважається джерелом, а біла нейтраль — загальним поверненням.

Вимірювання з позитивним знаком вказуватиме на те, що струм тече правильно від + до – через вимірювальний прилад. Якщо число від'ємне, струм тече у зворотному напрямку, або, можливо, мультиметр був підключений неправильно, або є проблема в конструкції ланцюга, через яку струм тече у зворотному напрямку через цю конкретну точку.

Запобіжні заходи при вимірюванні струму

Оскільки мультиметр повинен витримувати весь потік ланцюга, його необхідно захистити від небезпечних рівнів струму. Безліч запобіжників захищає тендітні внутрішні схеми приладу.

Доступ до запобіжників зазвичай можна знайти поряд із акумуляторним відсіком. У двох випробувальних діапазонах струму використовуються два запобіжники – обов'язково використовуйте правильний діапазон!

Зазвичай порт мА захищений приблизно 400 мА, а порт А витримує струм приблизно до 10 А (хоча точні значення зазвичай надруковані кожному приладі). Якщо цей струм буде перевищено, запобіжник вийде з ладу та розімкнеться.

Ця ситуація може бути небезпечною, оскільки струм більше не тектиме в мультиметрі, що дає техніку хибне почуття безпеки, коли здається, що струму немає, але насправді схема тільки чекає, поки цей прилад буде відключений, і струм буде миттєво текти знову. Оскільки на РК-екрані зазвичай немає індикації, що вказує на несправний запобіжник, неможливо точно дізнатися, коли станеться ця подія.

Інша проблема безпеки виникає через те, що тепер користувач повинен розірвати ланцюг та створити нову точку відмови. Користувач знаходиться прямо на шляху потоку і повинен виявляти особливу обережність, щоб не допустити, щоб інший провід вимірювача торкнувся чогось, крім відповідних точок. Справа не лише у поганих вимірах, це може навіть призвести до катастроф.

Ось чому цього уникають, коли це можливо.

Якщо вам необхідно виміряти струм за допомогою вбудованого вимірювача, завжди використовуйте вилку підсилювача більшої потужності. Якщо він показує значення нижче межі мА, то використання цієї вилки також є безпечним. Перевірте мультиметр у справному ланцюзі (один з варіантів - світлодіод і резистор на 9-вольтовій батарейці). Це гарантує цілісність запобіжників. Потім ви можете вимкнути живлення, щоб виконати з'єднання використовуючи клемні колодки або інші сполучні клеми - загалом, намагайтеся не просто перерізати дроти. Після цього повторно подайте харчування, проведіть тест, а потім відключіть живлення, щоб відновити ланцюг.

В цілому вимірювання струму може зайняти більше часу, і необхідно дотримуватись правил техніки безпеки; однак це може призвести до отримання інформації, яку випробування напруги неможливо провести без додаткової роботи.

Далі буде

Магазин Gtest® - авторизований постачальник мультиметрів до України: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/multimetry