Що таке цифровий мультиметр

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

Мультиметри пройшли довгий шлях після винаходу гальванометрів, аналогового дисплея зі стрілкою, що вимірював напругу та опір у 1820-х роках. Цифрові мультиметри (DMM) почали замінювати аналогові мультиметри у 1950-х роках завдяки їх точності та додатковим функціям, таким як автоматичне визначення діапазону, реєстрація даних тощо.

Що таке цифровий мультиметр?

Мультиметр — це вимірювальний прилад, який виконує кілька типів вимірювань, таких як напруга змінного (AC) або постійного (DC) струму, струм змінного або постійного струму, опір, температура, ємність та інші параметри. Сучасний цифровий мультиметр (DMM) використовує цифрову та логічну технологію для мініатюризації та включення багатьох функцій у своїй внутрішній системі. Завдяки цифровим технологіям мультиметри забезпечують графічні дисплеї, здійснюють реєстрацію даних та можливості оцифрування сигналів, пропонують програмування та зв'язуються із зовнішніми пристроями.

Як користуватися цифровим мультиметром

Сучасні цифрові мультиметри мають високу універсальність і можуть виконувати різні типи вимірювань та надавати графічні вихідні відображення, такі як тенденції та статистичні діаграми. DMM є програмованими та можуть зв'язуватися із зовнішніми комп'ютерами для роботи після аналізу. Примітно, що вони містять багато функцій у невеликій настільній коробці, як правило, розміром не більше книжки. Портативні портативні цифрові мультиметри ще менші, легші та працюють від батарейок.

Блок-схема на малюнку 2 показує типовий цифровий мультиметр, де вхідний сигнал змінної або постійної напруги, змінного або постійного струму, опору, температури або будь-яких інших параметрів перетворюється на постійне напругу в межах внутрішнього аналого-цифрового діапазону. перетворювач (АЦП). Потім АЦП перетворює попередньо масштабовану напругу постійного струму в еквівалентні цифрові числа, які будуть відображатися на дисплеї.

Блок цифрового контролера реалізований за допомогою мікроконтролера або мікропроцесора, який керує потоком інформації всередині приладу. Блок координуватиме всі внутрішні функції та передаватиме інформацію на зовнішні пристрої, такі як принтери, портативні комп'ютери чи інші тестові прилади. У разі деяких портативних мультиметрів деякі з цих блоків можуть бути реалізовані у схемі НВІС, де АЦП та драйвер дисплея з'являються в одній інтегральній схемі.

Незважаючи на те, що АЦП є ключовим елементом у приладі, щоб повністю зрозуміти, як працює цифровий мультиметр, потрібно розглянути деякі інші функції АЦП. На малюнку 3 показано спрощений потік операцій процесу збору зразків АЦП у цифровому мультиметрі.

Незважаючи на те, що АЦП бере багато зразків, загальний цифровий мультиметр не буде відображати та не повертати кожен взятий зразок. АЦП використовує стратегію буферизації та усереднення зразків для досягнення високої точності та роздільної здатності. Ця стратегія допомагає подолати вплив незначних колівань, таких як шум лінії електропередач та інший шум навколишнього середовища.
Продуктивність вашого цифрового мультиметра залежить від того, наскільки добре він справляється з шумом від сторонніх факторів і усуває їх із справжнього вимірювання — важливого елемента для досягнення найвищого рівня точності.
Цифрові мультиметри здатні проводити різні види вимірювань. Нижче наведено кілька типових прикладів того, як досліджувати та ефективно вимірювати різні типи сигналів.

1. Виміряйте напругу

Вимірювання напруги є одним із найпростіших вимірювань за допомогою цифрового мультиметра. Розмістіть щупи у двох точках, де ви хочете виміряти напругу.

Практично всі цифрові мультиметри мають функцію автоматичної полярності, тому зазвичай не потрібно турбуватися про те, як підключаються щупи. Однак найкраще підключати загальне (COM) з'єднання, зазвичай мінусове з'єднання, до нижчого напруги, шасі або лінії без напруги.

2. Вимірювання струму

За допомогою цифрового мультиметра легко виміряти напругу, але використовувати його для вимірювання струму трохи складніше. Вимірюючи струм за допомогою цифрового мультиметра, розмістіть його з ланцюгом, щоб струм проходив через цифровий мультиметр.

Цифрові мультиметри мають вбудований шунтуючий резистор для вимірювання струму. Однак, якщо струм надто високий для DMM, вам знадобиться інше налаштування. Рішення полягає в тому, щоб встановити цифровий мультиметр паралельно з точним зовнішнім шунтуючим резистором, який може працювати з необхідною потужністю. Ви можете виміряти напругу на зовнішньому шунтуючому резисторі, а потім використовувати закон Ома для обчислення струму.

3. Виміряйте опір

Цифрові мультиметри пропонують як двопровідні, так і чотирипровідні можливості вимірювання опору. Однак ці два методи вимірювання опору не однаково добре підходять для всіх застосувань вимірювання опору.
Конфігурацію двопровідного вимірювання опору показано на малюнку 6. Цифрові мультиметри зазвичай використовують метод постійного струму для вимірювання опору, який подає постійний струм (Itest) на тестове пристрій (DUT) та вимірює напругу (Vm). Потім ви можете обчислити опір, використовуючи відомий струм і виміряну напругу.

Опір, який ви хочете виміряти, відображається як невідомий резистор, позначений R на малюнку 6. Перевагою цього методу є просте підключення кабелю — він використовує лише два дроти.
Усі DMM вимірюють опір шляхом пропускання постійного струму через невідомий опір. У двопровідному вимірюванні джерело струму внутрішньо підключається до проводів джерела на цифровому мультиметрі. Будь-який опір у тестових проводах відображається як помилка зчитування. Коли подається струм, вимірюється напруга, що генерується на зразку, а потім використовується для обчислення R за допомогою закону Ома, R = V/I. Вимірювання невідомого резистора R матиме помилку, якщо ви не усунете помилки опору кабелю.

Якщо ви використовуєте «математичний нуль» у точці вимірювання, ви зможете зменшити помилки опору кабелю, Rlead, під час вимірювання.

На малюнку 7 показано чотирипровідні дроти, що виходять з випробувального приладу. Чотирипровідні дроти складаються з пари дротів джерела струму та пари дротів вимірювання напруги паралельно — вони з'єднуються з R або DUT. Подібно до двопровідного методу вимірювання, дроти джерела струму створюють падіння напруги на R вздовж проводів HI та LO. Однак інша пара проводів, відокремлена від проводів джерела струму, утворює прямий контур напруги, який вимірює падіння напруги на R. Інша пара проводів вимірювання напруги – це HIsense та LOsense. Оскільки опір цифрового мультиметра дуже високий, порядку 10 МОм, опір проводового дроту мало впливає на вимірювання. Оскільки Rlead є незначним і не залежить від потокового джерела, Itest, ви маєте:

де VR — напруга на резисторі R або DUT, а вимірювальний прилад вимірює напругу як Vm:

Так ви зможете визначити значення опору набагато точніше, ніж за допомогою двопровідного методу вимірювання.

4. Виміряйте ємність

Цифрові мультиметри вимірюють ємність шляхом застосування відомого струму для заряджання конденсатора та використання резистора для його розрядки. Ємність вимірюється шляхом вимірювання зміни напруги (DC) у різних точках кривої залежності напруги від часу під час циклу заряду/розряду та використання алгоритму для обчислення ємності.

Щоб підвищити точність вимірювання конденсаторів малого номіналу, натисніть кнопку «Null» при відкритих тестових проводах, щоб відняти залишкову ємність мультиметра та проводів.

5. Виміряйте температуру

Сучасні цифрові мультиметри можуть бути реєстраторами температури. Наприклад, багато DMM можуть приймати датчики температури опору (RTD), термістори або датчики термопар.
Для кращої точності використовуйте RTD або терморезисторні датчики. Щоб виміряти більш екстремальний діапазон температур, використовуйте датчики з термопарами, оскільки вони мають ширший діапазон температур.

6. Вимірювальний діод

Цифровий мультиметр зазвичай створює струм 1 мА та вимірює падіння напруги на діоді.

Використовуйте цю функцію перевірки для перевірки діодів, транзисторів, кремнієвих випрямлячів (SCR) та інших напівпровідникових пристроїв. Хороший діод пропускає струм лише в одному напрямку. Цей тест посилає струм через напівпровідникове з'єднання, а потім вимірює падіння напруги на з'єднанні. Типове падіння на з'єднанні становить від 0,3 до 0,8 В.

7. Виконайте перевірку безперервності

Перевірка неперервності за допомогою цифрового мультиметра допоможе виявити коротке замикання у ланцюзі чи компоненті. Перевірка неперервності вимірює опір у двох точках вхідних датчиків. Як правило, у вас коротке електричне замикання, якщо виміряне значення опору менше або дорівнює 10 Ом. Цифровий мультиметр подає неперервний звуковий сигнал, доки в ланцюзі, яку ви вимірюваєте, не буде зникне коротке замикання. Іноді цифровий мультиметр може видавати періодичні звукові сигнали під час перевірки неперервності, що означає періодичне коротке замикання.

8. Виміряйте частоту або період колільного сигналу

Сучасні цифрові мультиметри також мають функцію вимірювання частоти або періоду. Ця функція зазвичай вимірює частоту сигналу змінного струму чи будь-якого типу періодичного сигналу. Зазвичай він вимірює швидкість обертання двигуна, де частота, яку ви вимірюєте, стає обертами за хвилину (RPM).

Які типові характеристики цифрового мультиметра?

Типовий цифровий мультиметр має багато типів специфікацій. Але найважливішими специфікаціями, які вам потрібно враховувати, є точність, чутливість та роздільна здатність.

Точність

Точність є невизначеністю даного вимірювання, оскільки показання цифрового мультиметра можуть відрізнятися від фактичного значення сигналу. Точність – це показник того, наскільки ці цифри достовірні чи наскільки ви можете їм довіряти. Нижче наведено деякі загальні вирази, які можна взяти з більшості таблиць даних DMM :
± (% зчитування + % діапазону)
± (ppm зчитування + ppm з діапазону), де ppm – це частка на мільйон

Чутливість

Чутливість – це найменша одиниця заданого параметра функції вимірювання, яку прилад може виявити та мати значення для кінцевого користувача.

роздільна здатність

Роздільна здатність — це рівень деталізації, який можна виміряти, або кількість значущих цифр на цифровому мультиметрі. Роздільна здатність може бути виражена у бітах, цифрах або абсолютних одиницях, які можуть бути пов'язані між собою.

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