Як максимально ефективно використовувати мультиметр

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

За межами цифрового мультиметра: компоненти та схеми для вимірювання струму та напруги

 Дізнайтеся про пристрої та методи, які використовуються для внутрішньосхемного контролю струмів та напруг.

Цифровий мультиметр зазвичай є кращим інструментом для вимірювання струмів та напруг на етапі розробок прототипів електротехнічного обладнання, але цифровий мультиметр може виявитися далеко не дуже зручним, коли ви вже приступили до роботи із зібраними друкованими платами або упакованими модулями. Крім того, на деяких схемах необхідно відстежувати та, можливо, аналізувати струми та напруги під час роботи. Таким чином, важливо розуміти, як задіяти у вашому проекті функції моніторингу напруги та струму.

Рекомендований рівень: для початківців

Напруга vs. Струм

Фундаментальним моментом тут є те, що виміряти напругу простіше, ніж виміряти струм. Напругу можна отримати, просто сформувавши електричне з'єднання з відповідним вузлом, і поки ваша вимірювальна схема має дуже високий імпеданс (що легко досягається за допомогою операційного підсилювача), на решту схеми це не вплине. З іншого боку, вимірювання струму часто незручніші, оскільки на шляху струму є невеликий опір. Отже, якщо ви маєте вибір вимірювання струму або напруги, виберіть напругу. Наприклад, якщо вам потрібно виміряти струм, який вже протікає через резистор із точно відомою величиною, просто виміряйте напругу на цьому резисторі та використовуйте закон Ома для розрахунку величини струму.

Напруга

Основна мета будь-якої системи вимірювання - звести до мінімуму ступінь впливу процесу вимірювання на величину, що вимірюється. При вимірі напруги це означає, що вимірювальна схема повинна мати дуже високий вхідний опір. Подумайте про це так: якби вимірювальна схема була відсутня, ізоляційний матеріал навколо дроту чи доріжки друкованої плати забезпечував би надзвичайно високий опір. Таким чином, у міру збільшення вхідного опору вимірювального ланцюга вона поводиться швидше як простий розімкнутий ланцюг, і, таким чином, її вплив на вимірювану напругу стає менш значним.

Як було зазначено, високого вхідного імпедансу можна домогтися з допомогою простий схеми операційного підсилювача, що називається повторювачем напруги. Він також забезпечує низький вихідний імпеданс, що допомагає гарантувати, що показання не будуть змінені наступними компонентами вимірювальної схеми.

Однак пам'ятайте, що реальні операційні підсилювачі мають невелику напругу зміщення і шуму, тому, якщо вам потрібні високоточні вимірювання, виберіть операційний підсилювач малошумний з малим зміщенням.

Якщо ви вимірюєте напругу, яка надто велика для вхідного діапазону операційного підсилювача, ви можете використовувати резистивний дільник напруги в поєднанні з повторювачем напруги:

За наявності цих резисторів у схемі ви не зможете скористатися перевагами високого вхідного опору операційного підсилювача. Для забезпечення точності вимірювань загальний опір R1 і R2 має бути значно більшим, ніж вихідний опір вимірюваного ланцюга. Однак це вимагає компромісу, оскільки більш високий опір призводить до зниження точності вимірювання: більший опір означає більший тепловий шум і більшу напругу зміщення, що створюється вхідним струмом зміщення операційного підсилювача. Як приклад припустимо, що R1 = R2 (це означає, що напруга, що вимірюється, зменшується вдвічі) і що вихідний опір вимірюваної ланцюга становить 100 Ом. На цьому графіку показана різниця між істинною напругою та виміряною напругою (іншими словами, похибка вимірювання) при зміні резисторів R1 та R2 від 1 кОм до 1 МОм.

У цьому прикладі добрим компромісом буде R1 = R2 = 100 кОм, оскільки збільшення опору за межами цієї точки мало впливає на похибку вимірювання.

Ток

Більшість вимірювань внутрішньосхемного струму поділяються на дві основні категорії: резистивні та магнітні. При резистивному підході ланцюг ланцюга вставляється невеликий резистор, а диференціальний підсилювач вимірює падіння напруги на резисторі. Для вимірювання магнітного струму використовується чутливий пристрій, що генерує напругу, коли струм, що проходить через пристрій, піддається впливу магнітного поля. Обидві стратегії мають переваги та недоліки.

Резистивні вимірювання, як правило, точніші і можуть використовуватися в широкому діапазоні амплітуд і частот струму, а необхідні компоненти недорогі та легко доступні. Основною перевагою магнітних вимірювань є ізоляція: між датчиком і струмовим ланцюгом немає електричного з'єднання, і ланцюг не додається опір датчика струму. Звідси випливає, що магнітні датчики краще для дуже високих струмів, які можуть призвести до надмірного розсіювання потужності при вимірюванні за допомогою резистора.

Застосування закону Ома практично

Базова конфігурація резистивного датчика струму включає прецизійний резистор і диференціальний підсилювач:

Диференціальне посилення може бути досягнуто за допомогою інструментального підсилювача або навіть схеми на основі стандартних операційних підсилювачів, але спочатку слід пошукати відповідну деталь серед струмовимірювальних підсилювачів, які, як випливає з назви, спеціально розроблені для посилення напруги. через струмовимірювальні резистори.

Фундаментальним компромісом тут є номінал резистора. Резистор меншого розміру буде розсіювати меншу потужність і надавати менший вплив на вимірюваний струм, але нижчий опір також генерує більш низьку напругу, яка більш схильна до помилок, викликаних шумом і напругою зміщення.

Як змусити працювати ефект Холла

Датчики магнітного струму, зазвичай називають датчиками Холла, використовують прикладене магнітне поле для генерації напруги, пропорційного струму, що проходить через пристрій.

Напруги, створювані ефектом Холла, дуже малі, тому практичні пристрої включають схеми формування та посилення сигналу. Датчики Холла вважаються не інтрузивними, оскільки єдиний опір, що вноситься у шлях струму, - це опір первинного провідника пристрою - наприклад, всього 1,1 мОм в Allegro ACS709. Взаємозв'язок між вихідною напругою та виміряним струмом для цього конкретного пристрою ілюструється наступним графіком:

Замикання циклу

схеми і пристрої, Що Обговорюються досі, просто перетворять напругу або струм в буферизований масштабований сигнал напруги - нам все одно потрібно фактично використовувати цю виміряну величину. Якщо єдиною вимогою є виявлення стану несправності та ініціювання реакції, ви можете використовувати просту схему компаратора, яка активується, коли виміряний сигнал виходить за межі або нижче заздалегідь визначеного порога. Однак часто вам захочеться зробити більше зі своїми вимірами: зберігати дані, аналізувати тенденції, виявляти різкі збільшення чи зменшення, відправляти виміри на ПК тощо. У цьому випадку мікроконтролер із вбудованим АЦП є потужним та ефективним інструментом. універсальне рішення, що дозволяє зручно оцифровувати сигнали, аналізувати оцифровані дані та виконувати найрізноманітніші коригувальні заходи.

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