Поради та рекомендації щодо використання цифрового мультиметра (DMM)

Цифровий мультиметр (DMM) – це, мабуть, найкорисніший інструмент у колекції техніка з приладів. Цей випробувальний прилад, якщо ним правильно користуватися, дає цінну інформацію про стан та роботу багатьох електричних та електронних систем. Мультиметр хорошої якості не тільки здатний точно показувати електричну напругу, струм і опір, але корисний для більш складних тестів. Тема цього розділу – як використовувати цифровий мультиметр для деяких із цих складних тестів. Для всіх цих тестів пропоную використовувати високоякісний польовий мультиметр. Я особисто великий шанувальник приладів марки Fluke, оскільки використав цю марку майже всю свою професійну кар'єру. Здатність цих мультиметрів точно вимірювати справжню середньоквадратичну амплітуду, розрізняти сигнали змінного і постійного струму, вимірювати сигнали змінного струму в широкому діапазоні частот і витримувати як механічний, так і електричний вплив, без перебільшення, видатної.

Реєстрація неконтрольованих вимірів

Багато сучасних мультиметрів мають функцію, яка реєструє найвищі та найнижчі вимірювання, виявлені під час тесту. На мультиметрах марки Fluke це називається функцією Min/Max. Ця функція є надзвичайно корисною при діагностиці періодичних проблем, коли відповідні напруги або струми, що вказують або викликають проблему, не є постійними, а швидше з'являються і зникають. Багато разів я використовував цю функцію для моніторингу сигналу з періодичним збоєм, поки я займався іншими завданнями.

Найбільша базова функція захоплення високого-низького рівня на мультиметрі повідомляє вам тільки найвищі і найнижчі вимірювані показання під час інтервалу тесту (і то лише протягом часу сканування вимірювача — дуже короткий перехідний сигнал може залишитися непоміченим вимірником, якщо його тривалість менша за час сканування вимірювача ). Більш просунуті мультиметри фактично реєструють час, коли відбувається подія, що, очевидно, є корисною функцією. Якщо ваш бюджет на інструмент дозволяє підтримувати цифровий мультиметр з можливістю реєстрації, витратите додаткові гроші і знайдіть час, щоб дізнатися, як працює ця функція!

Уникнення «фантомних» показань напруги

Моя перша «фішка» полягає не так особливо високоякісного цифрового мультиметра, а скільки у вирішенні поширеної проблеми, викликаної використанням цього високоякісного цифрового мультиметра.

Більшість цифрових мультиметрів демонструють дуже високий вхідний опір режимах вимірювання напруги. Це похвально, так як ідеальний вольтметр повинен мати нескінченний вхідний опір (щоб не «навантажувати» сигнал напруги, що ним вимірюється). Однак у промислових додатках цей високий вхідний опір може призвести до того, що вимірювач реєструватиме наявність напруги там, де його по праву не повинно бути.

Розглянемо випадок перевірки відсутності напруги змінного струму на ізольованому силовому провіднику, який випадково знаходиться поряд з іншими силовими провідниками змінного струму, що знаходяться під напругою, в межах довгого відрізка кабелепроводу:

При розімкнутому стані вимикача живлення, що живить провід 5, не повинно бути змінної напруги між проводом 5 і нейтраллю (L2), проте вольтметр реєструє трохи більше 10 вольт змінного струму. Ця «фантомна напруга» виникає через ємнісний зв'язок між дротом 5 і дротом 8 (все ще під напругою) по всій довжині їх загальних шляхів в кабелепроводі. Така фантомна напруга може бути дуже оманливою, якщо технік стикається з ними при усуненні несправностей несправної електричної системи. Фантомні напруги створюють враження з'єднання (або принаймні високоомного з'єднання), де насправді немає безперервності. Наведений приклад, де фантомна напруга становить 10,3 вольта в порівнянні зі значенням напруги джерела 120 вольт, насправді досить скромний. При збільшенні паразитної ємності між провідниками (довші дроти проходять у безпосередній близькості та/або більше одного «сусідного» дроту під напругою) величина фантомної напруги починає наближатися до величини напруги джерела.

Еквівалентна схема показана нижче, де цифровий мультиметр змодельований як опір 10 МОм:

Аналоговий вольтметр ніколи б не зареєстрував 10,3 вольта за тих же умов через його суттєво нижчий вхідний опір. Таким чином, показання «фантомної напруги» є продуктом сучасного випробувального обладнання більше, ніж будь-що.

Очевидним вирішенням цієї проблеми є використання іншого вольтметра - з набагато меншим вхідним опором. Але що робити техніку, якщо його єдиний вольтметр це високоомний цифровий мультиметр? Звичайно, підключіть невеликий опір паралельно вхідним клем мультиметра! Fluke, як виявилося, продає саме цей тип аксесуара, "адаптер паразитної напруги" SV225, з метою усунення паразитних показань напруги на високоомному цифровому мультиметрі:

При штучному зменшенні вхідного опору вольтметра за рахунок застосування цього аксесуара ємнісний зв'язок недостатній для створення суттєвого падіння напруги на вхідних клемах вольтметра, що виключає. Тепер технік може з упевненістю розпочати перевірку наявності керуючого сигналу змінного струму (або напруги живлення).

Безконтактне визначення змінної напруги

У той час як остання «фішка» мультиметра полягала в усуненні паразитного ефекту, цей трюк є моделюванням того ж ефекту: показання «фантомної напруги», отримані за допомогою ємнісного зв'язку високоомного вольтметра з провідником, на який подано змінну напругу (щодо землі). Ви можете використовувати високоомний вольтметр змінного струму для виконання якісних вимірювань змінної напруги живлення з прив'язкою до землі, встановивши вимірювач на максимально можливий чутливий діапазон змінного струму, заземлив один вимірювальний провід і просто торкнувшись іншим вимірювальним проводом до ізоляції провідника. Наявність напруги (зазвичай в діапазоні мілівольт змінного струму) в безпосередній близькості від провідника, що знаходиться під напругою, буде вказувати на збудження цього провідника. Цей трюк корисний для визначення того, чи знаходяться під напругою певні дроти змінного струму або керування в місці, де єдиний доступ до цих дротів це їх ізолюючі оболонки. Прикладом такої ситуації може бути ситуація, коли ви зняли кришку з коліна кабелепроводу або іншого фітинга, щоб отримати доступ до джгута проводів, і виявили, що ці проводи позначені для легкої ідентифікації, але проводи не закінчуються будь-якими відкритими металевими клемами, до яких можна було б торкнутися наконечниками щупів мультиметра. У цьому випадку ви можете надійно підключити один щуп до корпусу металевого фітинга кабелепроводу, одночасно торкаючись наконечником іншого щупа потрібних провідників (по одному за раз), спостерігаючи за показаннями лічильника в мілівольтах змінного струму.

Декілька істотних застережень обмежують корисність цієї «фішки»:

• Неможливість кількісного виміру
• Можливість «хибно-негативних» показань (неможливість виявлення присутньої напруги)
• Можливість «хибно-позитивних» показань (виявлення «фантомної напруги» від сусіднього провідника)
• Виняткова застосовність до змінної напруги значної величини (≥ 100 В змінного струму)

Будучи лише якісним тестом, показання мілівольт, що відображаються високоомним вольтметром, нічого не говорять вам про фактичну величину змінної напруги між провідником та землею. Хоча вхідний опір вимірювача досить постійно, паразитна ємність, утворена площею поверхні наконечника щупа та товщиною (і діелектричною проникністю) ізоляції провідника, досить мінлива. Однак в умовах, коли можна встановити достовірність вимірювання (наприклад, у випадках, коли ви можете доторкнутися наконечником щупа до провідника, який, як відомо, знаходиться під напругою, щоб встановити базовий сигнал мілівольта), цей метод корисний для швидкої перевірки стану збудження провідників, де омічний (метал-метал) контакт неможливий.

З тієї ж причини сильно мінливої ​​паразитної ємності цей метод ніколи не слід використовувати для встановлення знеструмлення провідника з метою безпеки. Єдиний випадок, коли ви повинні довіряти відсутності показань вольтметра щодо лінійної напруги, це коли той самий вимірювач перевіряється за відомим джерелом аналогічної напруги в безпосередній близькості, і коли тест виконується з прямим контактом металу з металом (наконечник щупа з проводом). Відсутній показання вольтметра може вказувати на відсутність небезпечної напруги або на нечутливий вимірювач.

Виявлення гармонік змінного струму

Наявність гармонійних напруг у системі живлення змінного струму може спричинити безліч невловимих проблем. Існують прилади для вимірювання якості електроенергії для вимірювання гармонійного вмісту в системі живлення, але напрочуд хорошу якісну перевірку гармонік можна виконати за допомогою мультиметра з функцією вимірювання частоти.

Налаштування мультиметра на зчитування змінної напруги (або змінного струму, якщо це цікава величина) і подальша активація функції вимірювання «частоти» повинні дати вимірювання точно 60,0 Гц у правильно функціонуючій системі живлення (50,0 Гц у Європі та деяких інших частинах світу) . Єдиний спосіб, яким лічильник повинен коли-небудь зчитувати щось, що істотно відрізняється від базової частоти, - це якщо в ланцюзі є значний гармонійний зміст. Наприклад, якщо ви налаштували мультиметр на вимірювання частоти змінної напруги, а потім отримали вимір 60 Гц, який періодично підскакувало до деякого вищого значення (наприклад, 78 Гц), а потім знову опускалося до 60 Гц, це означатиме, що ваш вимірник виявляє гармонійні напруги достатньої амплітуди, щоб утруднити вашому вимірнику "захоплення" основної частоти.

Дуже важливо відзначити, що це грубий тест гармонік системи живлення, і що виміри «твердої» базової частоти не гарантують відсутність гармонік. Звичайно, якщо ваш мультиметр видає нестабільні показання при налаштуванні на вимір частоти, це передбачає наявність сильних гармонік в ланцюзі. Однак відсутність такої нестабільності не обов'язково означає, що ланцюг вільний від гармонік. Іншими словами, стабільне показ частоти не є остаточним: ланцюг може бути вільний від гармонік, або гармоніки можуть бути настільки слабкими, що ваш мультиметр їх ігнорує і відображає тільки основну частоту ланцюга.

Виявлення шуму у шляхах проходження сигналу постійного струму

Погіршуючим джерелом проблем аналогових електронних схемах є наявність змінного «шумового» напруги, накладеного на сигнали постійного струму. Такий «шум» відразу стає помітним, коли сигнал відображається на екрані осцилографа, але скільки техніків носять із собою портативний осцилограф для усунення несправностей?

Високоякісний мультиметр, що демонструє хорошу дискримінацію між вимірюванням змінної та постійної напруги, дуже корисний як якісний прилад для виявлення шуму. Налаштування мультиметра на зчитування змінної напруги та підключення його до джерела сигналу, де очікується чиста (постійна) постійна напруга, має дати показання близько нуля мілівольт. Якщо на цей сигнал постійного струму накладається шум, він проявить себе як змінну напругу, яку відобразить вимірювач.

Здатність високоякісного (дискримінуючого) мультиметра вимірювати змінну напругу не тільки корисна для виявлення наявності шумового напруги, накладеного на аналогові сигнали постійного струму, але і може дати підказки щодо джерела шуму. Активувавши функцію вимірювання частоти мультиметра під час вимірювання змінної напруги (або мілівольта змінного струму), ви зможете відстежувати частоту шуму, щоб побачити її значення та стабільність.

Якось на роботі я діагностував проблему в аналоговій системі керування живленням, де пристрій керування поводився дивно. Підозрюючи, що причиною проблеми може бути шум на лінії вимірювального сигналу, я налаштував свій мультиметр Fluke на вимірювання змінної напруги і виміряв напругу шуму в кілька десятих вольт (накладений на сигнал постійного струму завбільшки в кілька вольт). Це сказало мені, що шум справді був значною проблемою. Натиснувши кнопку "Гц" на моєму мультиметрі, я виміряв частоту шуму 360 Гц, що є частотою "пульсації" шестиімпульсного (трифазного) випрямляча змінного струму в постійний, що працює на базовій частоті 60 Гц. Це підказало мені, де знаходиться можливе джерело шуму, що призвело мене до фізичного розташування проблеми (поганий екран на кабельній трасі поряд з вихідною проводкою випрямляча потужності).

Генерування тестових напруг

Сучасні цифрові мультиметри - це фантастично потужні вимірювальні прилади, але чи знаєте ви, що вони здатні генерувати прості тестові сигнали? Хоча це не є конструкційною метою функцій опору та перевірки діодів мультиметра, вимірювач видає низьку постійну напругу в кожній із цих налаштувань.

Це корисно при якісному тестуванні певних приладів, таких як електронні індикатори, реєстратори, контролери, модулі збору даних та реле сигналізації, всі з яких призначені для введення сигналу постійної напруги від резистора 250 Ом, що проводить електронний передавач сигналу 4-20 мА. Встановивши мультиметр на функцію перевірки опору (Ω) або діода, а потім підключивши вимірювальні дроти до вхідних клем приладу, можна помітити реакцію приладу.

Звичайно, це тільки якісний тест, оскільки мультиметри не призначені для виведення будь-якої точної величини напруги в режимі опору, ні в режимі перевірки діодів. Однак для тестування основного відгуку індикатора процесу, реєстратора, контролера, каналу збору даних, входу DCS або інших пристроїв, що приймають сигнал постійного струму, це зручно і корисно. У кожному мультиметрі, з яким я коли-небудь пробував це, функція перевірки діодів видає більше напруги ніж функція вимірювання опору. Це дає вам два рівні генерації тестового сигналу: низький рівень (опір) і високий рівень (перевірка діодів). Якщо ви зацікавлені у використанні вашого мультиметра для генерації тестових напруг, я рекомендую вам приділити час підключення вашого мультиметра до вольтметра з високим імпедансом (наприклад, іншого цифрового мультиметра, налаштованого на вимірювання постійної напруги) і записати, яку напругу видає вимірювач у кожному режимі. Знання цього дозволить вам проводити тести, які є скоріше кількісними, ніж якісними.

Використання мультиметра як тимчасова перемичка

Часто в процесі діагностики проблем в електричних та електронних системах виникає необхідність тимчасово з'єднати дві або більше точок у ланцюзі, щоб змусити їх відреагувати. Це називається «перемичкою», а дроти, які використовуються для створення таких тимчасових з'єднань, називаються проводами-перемичками.

Не раз я опинявся в ситуації, коли мені потрібно було тимчасово з'єднати дві точки в ланцюзі, але я не мав із собою проводів для такого з'єднання. У таких випадках я дізнався, що можна використовувати тестові дроти мультиметра, підключивши їх до струмовимірювальних гнізд приладу. Більшість цифрових мультиметрів мають окреме гніздо для червоного тестового дроту, внутрішньо з'єднаного з низькоомним шунтом, що веде до загального (чорного) гнізда тестового дроту. Коли червоний тестовий провід підключений до цього гнізда, обидва тестові проводи фактично є спільними і діють як один провід.

Дотик вимірювальних проводів вимірювача до двох точок у ланцюзі тепер «з'єднає» ці дві точки разом, будь-який струм, що протікає через шунтуючий опір мультиметра. За бажання вимірювач може бути включений для контролю того, скільки струму проходить через перемичку, якщо це має діагностичне значення.

Додатковою перевагою використання мультиметра в режимі вимірювання струму як тестова перемичка є те, що це налаштування зазвичай захищена від струму запобіжником всередині вимірювача. Застосування перемичок до ланцюга під напругою може мати деяку небезпеку, якщо між цими двома точками існує значний потенціал і можливість джерела струму: у той момент, коли перемичка з'єднує ці точки, усередині дроту може виникнути небезпечний струм. Використання мультиметра таким чином дає вам плавку перемичку: додатковий ступінь безпеки у діагностичній процедурі.

Магазин Gtest® пропонує широкий вибір мультиметрів на своїй сторінці: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/multimetry