.JPG/1280px-YX360TRF(Sanwa).JPG)
Мультиметр (также известный как вольт-ом-миллиамперметр , вольт-омметр или ВОМ ) — это измерительный прибор , который может измерять несколько электрических свойств. Типичный мультиметр может измерять напряжение , сопротивление и ток , и в этом случае его можно использовать в качестве вольтметра , амперметра и омметра . Некоторые из них позволяют измерять дополнительные свойства, такие как температура и емкость .
В аналоговых мультиметрах для отображения показаний используется микроамперметр с движущейся стрелкой. Цифровые мультиметры (DMM) имеют числовые дисплеи и сделали аналоговые мультиметры практически устаревшими, поскольку они дешевле, точнее и физически надежнее аналоговых мультиметров. Измерители обычно включают в себя датчики, которые временно подключают прибор к тестируемому устройству или цепи, а также предлагают некоторые функции внутренней безопасности для защиты оператора, если прибор подключен к высокому напряжению, превышающему его измерительные возможности.
Мультиметры различаются по размеру, функциям и цене. Это могут быть портативные портативные устройства или высокоточные настольные приборы. Дешевые мультиметры могут стоить менее 10 долларов США , а модели лабораторного класса с сертифицированной калибровкой могут стоить более 5000 долларов США .
Мультиметры используются в диагностических операциях для проверки правильности работы схемы или для проверки пассивных компонентов на соответствие значений их характеристик.
Первое засвидетельствованное использование слова «мультиметр», указанное в Оксфордском словаре английского языка, относится к 1907 году. [1]
Первым устройством для определения тока с подвижной стрелкой был гальванометр 1820 года. Они использовались для измерения сопротивления и напряжения с помощью моста Уитстона и сравнения неизвестной величины с эталонным напряжением или сопротивлением. Хотя эти устройства были полезны в лаборатории, они были очень медленными и непрактичными в полевых условиях. Эти гальванометры были громоздкими и хрупкими.
В механизме счетчика Д'Арсонваля -Уэстона используется подвижная катушка, которая несет указатель и вращается на шарнирах или натянутой ленточной связке. Катушка вращается в постоянном магнитном поле и удерживается тонкими спиральными пружинами, которые также служат для подачи тока в подвижную катушку. Он обеспечивает пропорциональное измерение, а не просто обнаружение, а отклонение не зависит от ориентации измерителя. Вместо балансировки моста значения можно было напрямую считывать со шкалы прибора, что делало измерения быстрыми и легкими.
Базовый измеритель с подвижной катушкой подходит только для измерения постоянного тока, обычно в диапазоне от 10 мкА до 100 мА. Его легко адаптировать для считывания более сильных токов с помощью шунтов (сопротивлений параллельно основному движению) или для считывания напряжения с помощью последовательных сопротивлений, известных как умножители. Для считывания переменных токов или напряжений необходим выпрямитель. Одним из первых подходящих выпрямителей был выпрямитель из оксида меди, разработанный и произведенный компанией Union Switch & Signal Company, Свиссвейл, Пенсильвания, позже ставшей частью Westinghouse Brake and Signal Company, с 1927 года. [2]
Изобретение первого мультиметра приписывают инженеру британского почтового отделения Дональду Макади, который был недоволен необходимостью носить с собой множество отдельных приборов, необходимых для обслуживания телекоммуникационных цепей. [3] Макади изобрел прибор, который мог измерять амперы (амперы), вольты и омы , поэтому многофункциональный измерительный прибор тогда назывался Авометр . [4] Измеритель состоял из измерителя с подвижной катушкой, напряжения и прецизионных резисторов, а также переключателей и розеток для выбора диапазона.
Первый авометр имел чувствительность 60 Ом/В, три диапазона постоянного тока (12 мА, 1,2 А и 12 А), три диапазона постоянного напряжения (12, 120 и 600 В или опционально 1200 В) и сопротивление 10 000 Ом. диапазон сопротивления. В улучшенной версии 1927 года это число было увеличено до 13 диапазонов и движения 166,6 Ом/В (6 мА). «Универсальная» версия, имеющая дополнительные диапазоны переменного тока и переменного напряжения, предлагалась с 1933 года, а в 1936 году модель Avometer 7 с двойной чувствительностью предлагала 500 и 100 Ом/В. [5] С середины 1930-х по 1950-е годы 1000 Ом/В стало фактическим стандартом чувствительности для радиосвязи, и эта цифра часто упоминалась в сервисных листах. Однако некоторые производители, такие как Simpson, Triplett и Weston, все в США, перед Второй мировой войной производили VOM с сопротивлением 20 000 Ом/В, и некоторые из них были экспортированы. После 1945–46 годов сопротивление 20 000 Ом/В стало ожидаемым стандартом для электроники, но некоторые производители предлагали еще более чувствительные инструменты. Для промышленного и другого применения «сильных токов» продолжали производиться мультиметры с низкой чувствительностью, которые считались более надежными, чем более чувствительные типы.
Компания по автоматическому намотке катушек и электрооборудованию (ACWEECO), основанная в 1923 году, была создана для производства авометра и машины для намотки катушек, также разработанной и запатентованной MacAdie. Хотя г-н Макади был акционером ACWEECO, он продолжал работать в почтовом отделении до выхода на пенсию в 1933 году. Его сын, Хью С. Макади, присоединился к ACWEECO в 1927 году и стал техническим директором. [6] [7] [4] Первый AVO поступил в продажу в 1923 году, и многие его характеристики остались почти неизменными до последней модели 8.
Счетчики в стиле карманных часов широко использовались в 1920-х годах. Металлический корпус обычно подключался к отрицательному контакту, что приводило к многочисленным поражениям электрическим током. Технические характеристики этих устройств часто были грубыми, например, показанное устройство имеет сопротивление всего 25 Ом/В, нелинейную шкалу и отсутствие регулировки нуля в обоих диапазонах.
Ламповые вольтметры или ламповые вольтметры (ВТВМ, ВВМ) использовались для измерения напряжения в электронных схемах, где было необходимо высокое входное сопротивление . VTVM имел фиксированное входное сопротивление обычно 1 МОм или более, обычно за счет использования входной цепи катодного повторителя , и, таким образом, не нагружал существенно тестируемую схему. VTVM использовались до появления электронных высокоомных аналоговых транзисторов и вольтметров на полевых транзисторах (FETVOM). Современные цифровые счетчики (DVM) и некоторые современные аналоговые счетчики также используют электронную входную схему для достижения высокого входного сопротивления — их диапазоны напряжения функционально эквивалентны VTVM. Входное сопротивление некоторых плохо спроектированных цифровых виртуальных машин (особенно некоторых ранних моделей) будет меняться в течение цикла внутренних измерений выборки и хранения , вызывая помехи в некоторых чувствительных тестируемых схемах.
Первый цифровой мультиметр был произведен в 1955 году компанией Non Linear Systems. [8] [9]
Утверждается, что первый портативный цифровой мультиметр был разработан Фрэнком Бишопом из Intron Electronics в 1977 году [10], что на тот момент стало крупным прорывом в области обслуживания и поиска неисправностей в полевых условиях.
Любой измеритель в некоторой степени нагружает тестируемую цепь. Например, мультиметр, использующий движение подвижной катушки с током полного отклонения 50 микроампер (мкА), что является самой высокой общедоступной чувствительностью, должен потреблять не менее 50 мкА из тестируемой цепи, чтобы мультиметр достиг верхнего предела своего диапазона. шкала. Это может настолько сильно нагрузить цепь с высоким импедансом, что повлияет на нее, в результате чего будут получены низкие показания. Полномасштабный ток отклонения также может быть выражен в единицах «Ом на вольт» (Ом/В). Показатель «Ом на вольт» часто называют «чувствительностью» прибора. Таким образом, счетчик с движением 50 мкА будет иметь «чувствительность» 20 000 Ом/В. «На вольт» относится к тому факту, что импеданс, который измерительный прибор представляет для тестируемой цепи, будет равен 20 000 Ом, умноженному на полное напряжение шкалы, на которое настроен измерительный прибор. Например, если для счетчика установлен диапазон полной шкалы 300 В, полное сопротивление счетчика составит 6 МОм. 20 000 Ом/В — это лучшая (самая высокая) чувствительность, доступная для типичных аналоговых мультиметров, в которых отсутствуют внутренние усилители. Для измерителей, имеющих внутренние усилители (VTVM, FETVM и т. д.), входное сопротивление фиксируется схемой усилителя.
Во многие мультиметры включены дополнительные шкалы, такие как децибелы , и функции измерения, такие как емкость , коэффициент усиления транзистора , частота , рабочий цикл , удержание дисплея и непрерывность, которая подает звуковой сигнал , когда измеренное сопротивление мало. Хотя мультиметры могут быть дополнены более специализированным оборудованием в наборе инструментов технического специалиста, некоторые мультиметры включают дополнительные функции для специализированных приложений (температура с помощью термопарного датчика , индуктивность , подключение к компьютеру , произнесение измеренного значения и т. д.).
Современные мультиметры могут измерять множество величин. Наиболее распространенными являются:
Кроме того, некоторые мультиметры также измеряют:
Цифровые мультиметры также могут включать схемы для:
К мультиметрам можно подключить (или включить в них) различные датчики для проведения таких измерений, как:
Аналоговый мультиметр без усилителя сочетает в себе измерительный механизм, резисторы диапазона и переключатели; VTVM представляют собой аналоговые счетчики с усилением и содержат активную схему. При движении аналогового счетчика напряжение постоянного тока измеряется с помощью последовательного резистора, включенного между механизмом счетчика и проверяемой цепью. Переключатель (обычно поворотный) позволяет включать большее сопротивление последовательно с движением счетчика для считывания более высоких напряжений. Произведение основного полномасштабного тока отклонения механизма и суммы последовательного сопротивления и собственного сопротивления механизма дает максимальное напряжение диапазона. Например, движение измерителя, которому для полного отклонения требуется ток 1 мА, с внутренним сопротивлением 500 Ом, в диапазоне мультиметра 10 В будет иметь последовательное сопротивление 9500 Ом. [11] Для аналоговых диапазонов тока согласованные шунты с низким сопротивлением подключаются параллельно механизму счетчика, чтобы отводить большую часть тока вокруг катушки. Опять же, для случая гипотетического движения 1 мА, 500 Ом в диапазоне 1 А сопротивление шунта будет чуть более 0,5 Ом.
Приборы с подвижной катушкой могут реагировать только на среднее значение тока, проходящего через них. Для измерения переменного тока, который неоднократно изменяется вверх и вниз, в цепь включают выпрямитель так, чтобы каждый отрицательный полупериод инвертировался; в результате получается переменное и ненулевое напряжение постоянного тока, максимальное значение которого будет составлять половину размаха напряжения переменного тока, при условии симметричной формы сигнала. Поскольку выпрямленное среднее значение и среднеквадратичное значение (RMS) сигнала одинаковы только для прямоугольного сигнала, простые схемы выпрямительного типа можно калибровать только для синусоидальных сигналов. Для других форм волн требуется другой калибровочный коэффициент для связи среднеквадратического значения и среднего значения. Этот тип схемы обычно имеет довольно ограниченный частотный диапазон. Поскольку практические выпрямители имеют ненулевое падение напряжения, точность и чувствительность при низких значениях переменного напряжения являются низкими. [12]
Для измерения сопротивления переключатели размещают внутри прибора небольшую батарею, пропускающую ток через тестируемое устройство и катушку измерителя. Поскольку доступный ток зависит от состояния заряда батареи, которое меняется со временем, мультиметр обычно имеет регулировку шкалы сопротивления для обнуления. В обычных схемах аналоговых мультиметров отклонение измерителя обратно пропорционально сопротивлению, поэтому полная шкала будет равна 0 Ом, а более высокое сопротивление будет соответствовать меньшим отклонениям. Шкала Ом сжата, поэтому разрешение лучше при меньших значениях сопротивления.
Приборы с усилителями упрощают проектирование цепей последовательных и шунтирующих резисторов. Внутреннее сопротивление катушки не зависит от выбора последовательных и шунтирующих резисторов; Таким образом, последовательная сеть становится делителем напряжения . Если требуются измерения переменного тока, выпрямитель можно разместить после усилительного каскада, что повышает точность измерения в низком диапазоне.
Движение счетчика в аналоговом мультиметре с подвижной стрелкой практически всегда представляет собой гальванометр с подвижной катушкой типа Дарсонваля , в котором для поддержки подвижной катушки используются либо украшенные драгоценными камнями шарниры, либо натянутые ленты. В базовом аналоговом мультиметре ток для отклонения катушки и указателя берется из измеряемой цепи; Обычно преимуществом является минимизация тока, потребляемого из цепи, что подразумевает использование деликатных механизмов. Чувствительность аналогового мультиметра выражается в единицах Ом на вольт. Например, очень дешевый мультиметр с чувствительностью 1000 Ом/В будет потреблять ток 1 мА от цепи при полном отклонении. [13] Более дорогие (и механически более тонкие) мультиметры обычно имеют чувствительность 20 000 Ом на вольт, а иногда и выше, при этом 50 000 Ом на вольт (потребление 20 микроампер при полной шкале) является примерно верхним пределом для портативного универсального мультиметра. аналоговый мультиметр без усиления.
Чтобы избежать нагрузки измеряемой цепи током, потребляемым движением счетчика, в некоторых аналоговых мультиметрах используется усилитель, включаемый между измеряемой цепью и механизмом счетчика. Хотя это увеличивает стоимость и сложность счетчика, за счет использования электронных ламп или полевых транзисторов входное сопротивление можно сделать очень высоким и независимым от тока, необходимого для работы катушки движения счетчика. Такие мультиметры с усилителем называются ВТВМ (ламповые вольтметры), [14] ТВМ (транзисторные вольтметры), FET-ВОМ и аналогичные названия.
Аналоговые счетчики интуитивно понятны там, где тенденция измерения более важна, чем точное значение, полученное в определенный момент. Изменение угла или пропорции легче интерпретировать, чем изменение значения цифрового показания. По этой причине некоторые цифровые мультиметры дополнительно имеют гистограмму в качестве второго дисплея, обычно с более высокой частотой дискретизации, чем для основного считывания. Эти гистограммы с высокой частотой дискретизации имеют лучший отклик, чем физический указатель аналоговых счетчиков, что вытесняет старую технологию. При быстро меняющемся постоянном, переменном или их сочетании современные цифровые измерители способны отслеживать и отображать колебания лучше, чем аналоговые измерители, а также иметь возможность разделять и одновременно отображать компоненты постоянного и переменного тока. [15]
Из-за отсутствия усиления обычный аналоговый мультиметр обычно менее восприимчив к радиочастотным помехам и поэтому продолжает занимать видное место в некоторых областях даже в мире более точных и гибких электронных мультиметров. [16]
Механизмы аналоговых счетчиков по своей природе более хрупкие физически и электрически, чем цифровые счетчики. Многие аналоговые мультиметры имеют положение переключателя диапазонов, помеченное как «выключено», чтобы защитить движение счетчика во время транспортировки, что создает низкое сопротивление движению счетчика, что приводит к динамическому торможению . Движение счетчика как отдельных компонентов можно защитить таким же образом, подключив закорачивающий провод или перемычку между клеммами, когда они не используются. Счетчики, которые имеют шунт поперек обмотки, например амперметр, могут не требовать дополнительного сопротивления для предотвращения неконтролируемых движений стрелки счетчика из-за низкого сопротивления шунта.
Высококачественные аналоговые мультиметры по-прежнему производятся несколькими производителями, в том числе Chauvin Arnoux (Франция), Gossen Metrawatt (Германия), Simpson and Triplett (США). [ нужна цитата ]
Цифровые приборы, которые обязательно включают в себя усилители, используют для измерения сопротивления те же принципы, что и аналоговые приборы. Для измерения сопротивления обычно через тестируемое устройство пропускают небольшой постоянный ток, и цифровой мультиметр считывает результирующее падение напряжения; это устраняет сжатие шкалы, свойственное аналоговым счетчикам, но требует источника точного тока. Цифровой мультиметр с автоматическим выбором диапазона может автоматически настраивать схему масштабирования, чтобы измерительные схемы использовали полную точность аналого-цифрового преобразователя.
В цифровом мультиметре тестируемый сигнал преобразуется в напряжение, а усилитель с усилением с электронной регулировкой преобразует сигнал. Цифровой мультиметр отображает измеренную величину в виде числа, что исключает ошибки параллакса .
Современные цифровые мультиметры могут иметь встроенный компьютер , который обеспечивает множество удобных функций. Доступные улучшения измерений включают в себя:
Современные счетчики могут быть связаны с персональным компьютером посредством ИК-порта , соединения RS-232 , USB или приборной шины, такой как IEEE-488 . Интерфейс позволяет компьютеру записывать измерения по мере их выполнения. Некоторые цифровые мультиметры могут сохранять измерения и загружать их на компьютер. [22]
Мультиметр может использовать множество различных тестовых щупов для подключения к тестируемой цепи или устройству. Зажимы типа «крокодил» , выдвижные зажимы-крючки и заостренные щупы — три наиболее распространенных типа. Щупы-пинцеты используются для близко расположенных контрольных точек, например, для устройств поверхностного монтажа . Разъемы подключаются к гибким, хорошо изолированным проводам, заканчивающимся разъемами, подходящими для счетчика. Зонды подключаются к портативным измерителям обычно с помощью закрытых или утопленных разъемов типа «банан» , тогда как настольные счетчики могут использовать разъемы типа «банан» или разъемы BNC . Иногда также использовались дюбели и клеммы диаметром 2 мм , но сегодня они используются реже. Действительно, рейтинги безопасности теперь требуют закрытых банановых домкратов.
Банановые разъемы обычно размещаются со стандартным межцентровым расстоянием 3 ⁄ 4 дюйма (19 мм), что позволяет подключать стандартные адаптеры или устройства, такие как умножитель напряжения или датчики термопары.
Измерительные клещи зажимают проводник, по которому течет ток, для измерения без необходимости подключать измеритель последовательно с цепью или вообще создавать металлический контакт. Для измерения переменного тока используется принцип трансформатора; клещи для измерения малого тока или постоянного тока требуют более экзотических датчиков, таких как; системы, основанные на эффекте Холла, которые измеряют неизменяющееся магнитное поле для определения тока.
Аналоговые измерители могут измерять напряжение и ток, используя питание от испытательной схемы, но для проверки сопротивления требуется дополнительный внутренний источник напряжения, в то время как электронным измерителям всегда требуется внутренний источник питания для работы их внутренних схем. В ручных счетчиках используются батареи, а в настольных счетчиках обычно используется питание от сети; любое расположение позволяет счетчику тестировать устройства. При тестировании часто требуется, чтобы испытуемый компонент был изолирован от цепи, в которой он установлен, поскольку в противном случае пути паразитного тока или тока утечки могут исказить измерения. В некоторых случаях напряжение мультиметра может включить активные устройства, исказив измерения, а в крайних случаях даже повредить элемент исследуемой цепи.
Большинство мультиметров оснащены предохранителем или двумя предохранителями, которые иногда предотвращают повреждение мультиметра из-за перегрузки по току в максимальном диапазоне токов. (Для дополнительной безопасности доступны измерительные провода со встроенными предохранителями.) Распространенной ошибкой при работе с мультиметром является установка мультиметра на измерение сопротивления или тока, а затем подключение его непосредственно к источнику напряжения с низким импедансом. Непредохраненные счетчики часто быстро выходят из строя из-за таких ошибок; Сплавленные счетчики часто выживают. Предохранители, используемые в счетчиках, должны выдерживать максимальный измерительный ток прибора, но предназначены для отключения, если ошибка оператора приведет к повреждению счетчика с низким импедансом. Счетчики с неадекватным или небезопасным предохранителем не были редкостью; эта ситуация привела к созданию категорий IEC61010 для оценки безопасности и надежности счетчиков.
Цифровые счетчики подразделяются на четыре категории в зависимости от их предполагаемого применения, как это установлено стандартом IEC 61010-1 [23] и подтверждено национальными и региональными группами стандартов, такими как стандарт CEN EN61010. [24]
Для каждой категории также указаны максимальные безопасные переходные напряжения для выбранных диапазонов измерения счетчика. [25] [26] Счетчики соответствующей категории также имеют защиту от перегрузки по току. [27] В счетчиках, которые позволяют взаимодействовать с компьютерами, может использоваться оптическая изоляция для защиты подключенного оборудования от высокого напряжения в измеряемой цепи.
Мультиметры хорошего качества, соответствующие стандартам категории II и выше, включают в себя керамические предохранители с высокой разрывной способностью (HRC), обычно рассчитанные на ток более 20 А; у них гораздо меньше шансов выйти из строя в результате взрыва, чем у более распространенных стеклянных предохранителей. Они также будут включать защиту от перенапряжения высокой энергии MOV (металлооксидный варистор ) и защиту от перегрузки по току в виде полипереключателя . [ нужна цитата ]
Для счетчиков, предназначенных для испытаний в опасных зонах или для использования во взрывоопасных цепях , может потребоваться использование батареи, указанной производителем, для поддержания их класса безопасности. [ нужна цитата ]
Разрешение мультиметра — это наименьшая отображаемая часть шкалы, которая зависит от масштаба. На некоторых цифровых мультиметрах его можно настроить, при этом измерения с более высоким разрешением занимают больше времени. Например, мультиметр с разрешением 1 мВ по шкале 10 В может показывать изменения измерений с шагом 1 мВ. Абсолютная точность — это погрешность измерения по сравнению с идеальным измерением. Относительная точность — это погрешность измерения по сравнению с устройством, используемым для калибровки мультиметра. Большинство спецификаций мультиметров обеспечивают относительную точность. Чтобы вычислить абсолютную точность на основе относительной точности мультиметра, добавьте абсолютную точность устройства, используемого для калибровки мультиметра, к относительной точности мультиметра. [28]
Разрешение мультиметра часто указывается в количестве разрешенных и отображаемых десятичных цифр . Если самая значащая цифра не может принимать все значения от 0 до 9, ее обычно (что сбивает с толку) называют дробной цифрой. Например, говорят, что мультиметр, который может показывать до 19999 (плюс встроенная десятичная точка), показывает 4 .+1 ⁄ 2 цифры. По соглашению, если самая значащая цифра может быть 0 или 1, ее называют полуцифрой; если он может принимать более высокие значения, не достигая 9 (часто 3 или 5), его можно назвать тремя четвертями цифры. 5 _+1 / 2 -значный мультиметр будет отображать одну «половинную цифру», которая может отображать только 0 или 1, за которой следуют пять цифр, принимающих все значения от 0 до 9. [29] Такой счетчик может показывать положительные или отрицательные значения от 0 до 199999. А 3+3 / 4 -разрядный счетчик может отображать количество от 0 до 3999 или 5999, в зависимости от производителя. Хотя разрешение цифрового дисплея можно легко расширить, дополнительные цифры не будут иметь никакой ценности, если не сопровождаться тщательной разработкой и калибровкой аналоговых частей мультиметра. Значимые (т. е. высокоточные) измерения требуют хорошего понимания технических характеристик прибора, хорошего контроля условий измерения и прослеживаемости калибровки прибора. Однако, даже если его разрешение превышает точность , измеритель может быть полезен для сравнения измерений. Например, счетчик показывает 5.+1/2 устойчивых цифры могут указывать на то, что один резистор номиналом 100 кОм примерно на 7 Ом больше другого, хотя погрешность каждого измерения составляет 0,2% от показания плюс 0,05% от полного значения шкалы . Указание «количества дисплеев» — это еще один способ указать разрешение. Показания на дисплее дают наибольшее число или наибольшее число плюс один (включая отображение всех нулей), которое может отобразить дисплей мультиметра, игнорируя десятичный разделитель . Например, 5+1 / 2 -разрядный мультиметр также может быть указан как мультиметр со счетчиком 199999 или 200000. Часто в характеристиках мультиметра счетчик дисплея называется просто «счетчиком». Точность цифрового мультиметра можно выразить в двухчленной форме, например «±1% от показания +2 отсчета», что отражает различные источники погрешностей прибора. [30]
Аналоговые счетчики представляют собой более старые конструкции, но, несмотря на то, что они технически превосходят цифровые счетчики с гистограммами, они все еще могут быть предпочтительными [ по мнению кого? ] инженерами [ какими? ] и средства устранения неполадок. [ оригинальное исследование? ] Одна из причин заключается в том, что аналоговые счетчики более чувствительны (или реагируют) на изменения в измеряемой цепи. [ нужна ссылка ] Цифровой мультиметр измеряет измеряемую величину с течением времени, а затем отображает ее. Аналоговые мультиметры непрерывно считывают тестовое значение. Если есть небольшие изменения в показаниях, стрелка аналогового мультиметра попытается отследить это, в отличие от цифрового измерителя, который должен ждать до следующей выборки, что приводит к задержкам между каждым прерывистым показанием (плюс цифровому счетчику может дополнительно потребоваться время стабилизации). сходиться по значению). Значение цифрового дисплея, в отличие от аналогового дисплея, субъективно труднее читать. Эта функция непрерывного отслеживания становится важной, например, при тестировании конденсаторов или катушек. Правильно функционирующий конденсатор должен пропускать ток при подаче напряжения, затем ток медленно уменьшается до нуля, и эту «подпись» легко увидеть на аналоговом мультиметре, но не на цифровом мультиметре. Это похоже на тестирование катушки, за исключением того, что ток начинается с низкого уровня и затем увеличивается. В частности, измерения сопротивления аналоговым измерителем могут иметь низкую точность из-за типичной схемы измерения сопротивления, которая сильно сжимает шкалу при более высоких значениях сопротивления. Недорогие аналоговые измерители могут иметь только одну шкалу сопротивления, что серьезно ограничивает диапазон точных измерений. Обычно аналоговый счетчик имеет панель регулировки для установки калибровки счетчика с нулевым сопротивлением, чтобы компенсировать изменяющееся напряжение батареи счетчика и сопротивление измерительных проводов счетчика.
Цифровые мультиметры обычно выполняют измерения с точностью , превосходящей их аналоговые аналоги. Стандартные аналоговые мультиметры измеряют с точностью ±3% [31] , хотя изготавливаются приборы и с более высокой точностью. Стандартные портативные цифровые мультиметры имеют точность обычно ±0,5% в диапазонах напряжения постоянного тока. Доступны обычные настольные мультиметры с заданной точностью лучше ±0,01%. Приборы лабораторного класса могут иметь точность до нескольких частей на миллион . [32]
Цифры точности следует интерпретировать с осторожностью. Точность аналогового прибора обычно относится к полномасштабному отклонению; измерение 30 В по шкале 100 В 3%-метра допускает погрешность 3 В, 10% показания. Цифровые счетчики обычно указывают точность в процентах от показаний плюс процент от полной шкалы, иногда выражаемый в единицах, а не в процентах.
Указанная точность указана как точность нижнего диапазона милливольт (мВ) постоянного тока и известна как показатель «базовой точности в вольтах постоянного тока». Более высокие диапазоны напряжения постоянного тока, тока, сопротивления, переменного тока и другие диапазоны обычно имеют более низкую точность, чем базовые значения напряжения постоянного тока. Измерения переменного тока обеспечивают заданную точность только в пределах указанного диапазона частот .
Производители могут предоставлять услуги по калибровке , чтобы новые счетчики можно было приобрести с сертификатом калибровки, подтверждающим, что счетчик был настроен в соответствии со стандартами, отслеживаемыми, например, Национальным институтом стандартов и технологий США (NIST) или другой национальной организацией по стандартизации .
Испытательное оборудование имеет тенденцию со временем отходить от калибровки, и на указанную точность нельзя полагаться бесконечно. Для более дорогого оборудования производители и третьи стороны предоставляют услуги по калибровке, чтобы старое оборудование можно было откалибровать и повторно сертифицировать. Стоимость таких услуг несоразмерна недорогому оборудованию; однако для большинства рутинных испытаний исключительная точность не требуется. Мультиметры, используемые для критически важных измерений, могут быть частью метрологической программы для обеспечения калибровки.
Можно предположить, что мультиметр «реагирует в среднем» на сигналы переменного тока, если только не указано, что он относится к типу «истинное среднеквадратичное значение». Мультиметр со средним откликом будет соответствовать заданной точности только при измерении напряжения и силы переменного тока для чисто синусоидальных сигналов. С другой стороны, мультиметр, реагирующий на истинное среднеквадратичное значение, будет соответствовать заданной точности при измерении напряжения и тока переменного тока с любым типом формы сигнала до указанного пик-фактора ; Среднеквадратические характеристики иногда заявляются для счетчиков, которые сообщают точные среднеквадратичные показания только на определенных частотах (обычно низких) и с определенными формами сигналов (по сути, всегда синусоидальными).
Точность переменного напряжения и тока измерителя может иметь разные характеристики на разных частотах.
При использовании для измерения напряжения входное сопротивление мультиметра должно быть очень высоким по сравнению с сопротивлением измеряемой цепи; в противном случае работа схемы может быть нарушена, и показания будут неточными. Счетчики с электронными усилителями (все цифровые мультиметры и некоторые аналоговые измерители) имеют фиксированное входное сопротивление, достаточно высокое, чтобы не нарушать работу большинства цепей. Часто это один или десять МОм ; стандартизация входного сопротивления позволяет использовать внешние высокоомные пробники , которые образуют делитель напряжения с входным сопротивлением , расширяя диапазон напряжений до десятков тысяч вольт. Высококачественные мультиметры обычно обеспечивают входное сопротивление более 10 ГОм для диапазонов меньше или равных 10 В. Некоторые высококачественные мультиметры обеспечивают сопротивление> 10 гигаом в диапазонах более 10 В. [28] Большинство аналоговых мультиметров подвижного типа. Тип указателя не имеет буфера и потребляет ток из тестируемой цепи, чтобы отклонить указатель счетчика. Импеданс измерителя варьируется в зависимости от базовой чувствительности движения измерителя и выбранного диапазона . Например, измеритель с типичной чувствительностью 20 000 Ом/В будет иметь входное сопротивление 2 МОм в диапазоне 100 В (100 В × 20 000 Ом/В = 2 000 000 Ом). В каждом диапазоне при максимальном напряжении диапазона полный ток, необходимый для отклонения движения счетчика, берется из испытуемой цепи. Движения измерителя с меньшей чувствительностью допустимы для испытаний в цепях, где импеданс источника мал по сравнению с импедансом измерителя, например, в силовых цепях; эти счетчики более прочны механически. Некоторые измерения в сигнальных цепях требуют более чувствительных движений, чтобы не нагружать проверяемую цепь сопротивлением измерителя. [33] [34]
Чувствительность не следует путать с разрешением измерителя, которое определяется как минимальное изменение сигнала (напряжения, тока, сопротивления и т. д.), которое может изменить наблюдаемые показания. [34]
Для цифровых мультиметров общего назначения самый низкий диапазон напряжения обычно составляет несколько сотен милливольт переменного или постоянного тока, но самый низкий диапазон тока может составлять несколько сотен микроампер, хотя доступны приборы с большей чувствительностью к току. Мультиметры, предназначенные для (сетевого) «электрического» использования, а не для общего использования в электронной технике, обычно не имеют диапазонов тока в микроамперах. Измерение низкого сопротивления требует вычитания сопротивления провода (измеренного путем соприкосновения тестовых щупов) для обеспечения максимальной точности. Это можно сделать с помощью функции «дельта», «ноль» или «ноль» многих цифровых мультиметров. Контактное давление на испытуемое устройство и чистота поверхностей могут повлиять на измерения очень низких сопротивлений. Некоторые счетчики предлагают четырехпроводное тестирование, при котором два щупа подают напряжение источника, а остальные проводят измерения. Использование очень высокого импеданса позволяет добиться очень низкого падения напряжения на пробниках, при этом сопротивление исходных пробников игнорируется, что приводит к очень точным результатам. Верхний предел диапазонов измерений мультиметра значительно варьируется; измерения с напряжением более 600 вольт, 10 ампер или 100 МОм могут потребовать специального испытательного прибора.
Каждый линейный последовательно включенный амперметр, включая мультиметр в диапазоне токов, имеет определенное сопротивление. Большинство мультиметров по своей сути измеряют напряжение и пропускают измеряемый ток через шунтирующее сопротивление , измеряя возникающее на нем напряжение. Падение напряжения известно как напряжение нагрузки и выражается в вольтах на ампер. Значение может меняться в зависимости от диапазона, установленного счетчиком, поскольку в разных диапазонах обычно используются разные шунтирующие резисторы. [35] Напряжение нагрузки может быть значительным в зонах цепей с очень низким напряжением. Для проверки его влияния на точность и работу внешней цепи счетчик можно переключать на разные диапазоны; показания тока должны быть такими же, и работа схемы не должна быть нарушена, если напряжение нагрузки не является проблемой. Если это напряжение значительное, его можно уменьшить (также снижая собственную точность и точность измерения), используя более высокий диапазон тока.
Поскольку базовая система индикаторов как в аналоговом, так и в цифровом счетчике реагирует только на постоянный ток, мультиметр включает в себя схему преобразования переменного тока в постоянный для проведения измерений переменного тока. В базовых счетчиках используется схема выпрямителя для измерения среднего или пикового абсолютного значения напряжения, но они калибруются для отображения расчетного среднеквадратического значения (RMS) для синусоидального сигнала ; это даст правильные показания переменного тока, используемого в распределении электроэнергии. В руководствах пользователя для некоторых таких измерителей указаны поправочные коэффициенты для некоторых простых несинусоидальных сигналов , позволяющие рассчитать правильное среднеквадратичное эквивалентное значение (RMS). Более дорогие мультиметры включают в себя преобразователь переменного тока в постоянный, который измеряет истинное среднеквадратичное значение формы сигнала в определенных пределах; в руководстве пользователя измерителя могут быть указаны пределы пик- фактора и частоты, для которых калибровка измерителя действительна. Измерение среднеквадратичного значения необходимо для измерений несинусоидальных периодических сигналов, например, встречающихся в аудиосигналах и преобразователях частоты .
Качественный цифровой мультиметр для электроники общего назначения обычно считается достаточным для измерений при уровнях сигнала более 1 мВ или 1 мкА или ниже примерно 100 МОм; эти значения далеки от теоретических пределов чувствительности и представляют значительный интерес в некоторых ситуациях проектирования схем. Другие приборы, по сути аналогичные, но с более высокой чувствительностью, используются для точных измерений очень малых или очень больших величин. К ним относятся нановольтметры, электрометры (для очень малых токов и напряжений с очень высоким сопротивлением источника, например 1 ТОм) и пикоамперметры . Аксессуары для более типичных мультиметров также позволяют выполнять некоторые из этих измерений. Такие измерения ограничены доступной технологией и, в конечном итоге, собственным тепловым шумом .
СМИ, связанные с мультиметрами, на Викискладе?