.JPG/1280px-YX360TRF(Sanwa).JPG)
Мультиметр (также известный как вольт-ом-миллиамперметр , вольт-омметр или ВОМ ) [1] — это измерительный прибор , который может измерять несколько электрических свойств. [2] [3] Типичный мультиметр может измерять напряжение , сопротивление и ток , [ 4] в этом случае его можно использовать как вольтметр , омметр и амперметр . Некоторые из них позволяют измерять дополнительные свойства, такие как температура и емкость .
Аналоговые мультиметры используют микроамперметр с движущейся стрелкой для отображения показаний. [5] Цифровые мультиметры (DMM) имеют цифровые дисплеи и, как следствие, более точны, чем аналоговые мультиметры. Измерители обычно включают в себя зонды, которые временно подключают прибор к проверяемому устройству или цепи, и предлагают некоторые внутренние функции безопасности для защиты оператора, если прибор подключен к высоким напряжениям, которые превышают его измерительные возможности.
Мультиметры различаются по размеру, функциям и цене. [6] Они могут быть портативными ручными устройствами или высокоточными настольными приборами. [7]
Мультиметры используются в диагностических операциях для проверки правильности работы схемы или для тестирования пассивных компонентов на соответствие значений допускам, указанным в их технических характеристиках.
Первое засвидетельствованное использование слова «мультиметр» в Оксфордском словаре английского языка датируется 1907 годом. [8]
Первым устройством для измерения тока с подвижной стрелкой был гальванометр в 1820 году. Они использовались для измерения сопротивления и напряжения с помощью моста Уитстона и сравнения неизвестной величины с опорным 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.
Механизм счетчика Д'Арсонваля-Уэстона использует подвижную катушку, которая несет указатель и вращается на шарнирах или натянутой связке. Катушка вращается в постоянном магнитном поле и удерживается тонкими спиральными пружинами, которые также служат для переноса тока в подвижную катушку. Он обеспечивает пропорциональное измерение, а не просто обнаружение, и отклонение не зависит от ориентации счетчика. Вместо балансировки моста значения можно было напрямую считывать со шкалы прибора, что делало измерение быстрым и простым.
Базовый измеритель с подвижной катушкой подходит только для измерений постоянного тока, обычно в диапазоне от 10 мкА до 100 мА. Его легко адаптировать для считывания более сильных токов с помощью шунтов (сопротивлений, параллельных базовому движению) или для считывания напряжения с помощью последовательных сопротивлений, известных как множители. Для считывания переменных токов или напряжений необходим выпрямитель. Одним из самых ранних подходящих выпрямителей был выпрямитель из оксида меди, разработанный и произведенный компанией Union Switch & Signal Company, Swissvale, Pennsylvania, позднее ставшей частью Westinghouse Brake and Signal Company, с 1927 года. [9]
Изобретение первого мультиметра приписывается инженеру британской почты Дональду Макади, который был недоволен необходимостью носить с собой множество отдельных приборов, необходимых для обслуживания телекоммуникационных цепей . [10] Макади изобрел прибор, который мог измерять амперы (ампер), вольты и омы , поэтому многофункциональный измерительный прибор был назван Avometer . [11] Счетчик состоял из подвижной катушки, напряжения и прецизионных резисторов, а также переключателей и розеток для выбора диапазона.
Первый Avometer 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 диапазон сопротивления 10 000 Ом. Улучшенная версия 1927 года увеличила это до 13 диапазонов и 166,6 Ом/В (6 мА) движения. «Универсальная» версия с дополнительными диапазонами переменного тока и переменного напряжения предлагалась с 1933 года, а в 1936 году Avometer Model 7 с двойной чувствительностью предлагал 500 и 100 Ом/В. [12] В период с середины 1930-х до 1950-х годов 1000 Ом/В стало фактическим стандартом чувствительности для радиоработ, и эта цифра часто указывалась в сервисных листах. Однако некоторые производители, такие как Simpson, Triplett и Weston, все в США, производили VOM 20 000 Ω/V до Второй мировой войны, и некоторые из них экспортировались. После 1945–46 годов 20 000 Ω/V стали ожидаемым стандартом для электроники, но некоторые производители предлагали даже более чувствительные приборы. Для промышленного и другого «сильноточного» использования продолжали выпускаться мультиметры с низкой чувствительностью, и они считались более надежными, чем более чувствительные типы.
Компания Automatic Coil Winder and Electrical Equipment Company (ACWEECO), основанная в 1923 году, была создана для производства Avometer и машины для намотки катушек, также разработанной и запатентованной MacAdie. Хотя г-н МакАди был акционером ACWEECO, он продолжал работать в почтовом отделении до своего выхода на пенсию в 1933 году. Его сын, Хью С. МакАди, присоединился к ACWEECO в 1927 году и стал техническим директором. [13] [14] [11] Первый AVO был выставлен на продажу в 1923 году, и многие его характеристики оставались практически неизменными вплоть до последней модели 8.
Счетчики в стиле карманных часов были широко распространены в 1920-х годах. Металлический корпус обычно подключался к отрицательному соединению, что вызывало многочисленные поражения электрическим током. Технические характеристики этих устройств часто были грубыми, например, показанный на рисунке прибор имеет сопротивление всего 25 Ом/В, нелинейную шкалу и отсутствие регулировки нуля на обоих диапазонах.
Вакуумные ламповые вольтметры или ламповые вольтметры (VTVM, VVM) использовались для измерения напряжения в электронных схемах, где требовалось 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 тестируемую схему. VTVM использовались до появления электронных высокоомных аналоговых транзисторных и полевых транзисторных вольтметров (FETVOM). Современные цифровые счетчики (DVM) и некоторые современные аналоговые счетчики также используют электронную входную схему для достижения высокого входного сопротивления — их диапазоны напряжений функционально эквивалентны VTVM. Входное сопротивление некоторых плохо спроектированных DVM (особенно некоторых ранних конструкций) изменялось в течение цикла внутреннего измерения выборки и хранения , вызывая помехи в некоторых чувствительных тестируемых схемах.
Первый цифровой мультиметр был произведен в 1955 году компанией Non Linear Systems. [15] [16]
Утверждается, что первый портативный цифровой мультиметр был разработан Фрэнком Бишопом из Intron Electronics в 1977 году [17], что в то время представляло собой крупный прорыв в обслуживании и поиске неисправностей в полевых условиях.
Любой измеритель в некоторой степени нагружает проверяемую цепь. Например, мультиметр, использующий движение подвижной катушки с током отклонения полной шкалы 50 микроампер (мкА), самой высокой чувствительностью, доступной обычно, должен потреблять не менее 50 мкА от проверяемой цепи, чтобы измеритель достиг верхнего предела своей шкалы. Это может нагрузить цепь с высоким импедансом настолько, что повлияет на цепь, тем самым дав низкие показания. Ток отклонения полной шкалы также может быть выражен в терминах «Ом на вольт» (Ω/V). Значение Ом на вольт часто называют «чувствительностью» прибора. Таким образом, измеритель с движением 50 мкА будет иметь «чувствительность» 20 000 Ω/V. «На вольт» относится к тому факту, что сопротивление, которое измеритель представляет для проверяемой цепи, будет равно 20 000 Ω, умноженному на напряжение полной шкалы, на которое установлен измеритель. Например, если измеритель настроен на диапазон полной шкалы 300 В, его импеданс составит 6 МОм. 20 000 Ом/В — это наилучшая (самая высокая) чувствительность, доступная для типичных аналоговых мультиметров, в которых отсутствуют внутренние усилители. Для измерителей, в которых есть внутренние усилители (VTVM, FETVM и т. д.), входной импеданс фиксируется схемой усилителя.
Дополнительные шкалы, такие как децибелы , и функции измерения, такие как емкость , коэффициент усиления транзистора , частота , рабочий цикл , удержание дисплея и непрерывность, которая издает звуковой сигнал , когда измеряемое сопротивление мало, были включены во многие мультиметры. Хотя мультиметры могут быть дополнены более специализированным оборудованием в наборе инструментов техника, некоторые мультиметры включают дополнительные функции для специализированных приложений (температура с помощью термопарного зонда, индуктивность , подключение к компьютеру , озвучивание измеренного значения и т. д.).
Современные мультиметры могут измерять множество величин. [18] [19] Наиболее распространенными являются:
Кроме того, некоторые мультиметры также измеряют:
Цифровые мультиметры могут также включать в себя схемы для:
К мультиметрам можно подключать (или включать в них) различные датчики для проведения следующих измерений:
Неусиленный аналоговый мультиметр объединяет измерительный механизм, резисторы диапазона и переключатели; VTVM являются усиленными аналоговыми счетчиками и содержат активную схему. Для аналогового измерительного механизма постоянное напряжение измеряется с помощью последовательного резистора, подключенного между измерительным механизмом и тестируемой цепью. Переключатель (обычно поворотный) позволяет вставлять большее сопротивление последовательно с измерительным механизмом для считывания более высоких напряжений. Произведение основного тока отклонения полной шкалы движения и суммы последовательного сопротивления и собственного сопротивления движения дает полное напряжение диапазона. Например, измерительный механизм, которому требуется 1 мА для отклонения полной шкалы, с внутренним сопротивлением 500 Ом, будет, на диапазоне 10 В мультиметра, иметь 9500 Ом последовательного сопротивления. [20] Для аналоговых диапазонов тока согласованные шунты с низким сопротивлением подключаются параллельно измерительному механизму, чтобы отвести 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.
Инструменты с подвижной катушкой могут реагировать только на среднее значение тока через них. Для измерения переменного тока, который многократно изменяется вверх и вниз, в цепь вставляется выпрямитель так, чтобы каждый отрицательный полупериод инвертировался; результатом является изменяющееся и ненулевое постоянное напряжение, максимальное значение которого будет составлять половину пикового напряжения переменного тока, предполагая симметричную форму волны. Поскольку выпрямленное среднее значение и среднеквадратичное ( RMS) значение формы волны одинаковы только для прямоугольной волны, простые схемы выпрямительного типа можно калибровать только для синусоидальных форм волн. Другие формы волн требуют другого калибровочного коэффициента для связи RMS и среднего значения. Этот тип схемы обычно имеет довольно ограниченный частотный диапазон. Поскольку практические выпрямители имеют ненулевое падение напряжения, точность и чувствительность плохие при низких значениях переменного напряжения. [21]
Для измерения сопротивления переключатели устанавливают небольшую батарею внутри прибора, чтобы пропускать ток через тестируемое устройство и катушку измерителя. Поскольку доступный ток зависит от состояния заряда батареи, которое меняется со временем, мультиметр обычно имеет регулировку шкалы омов для ее обнуления. В обычных схемах, встречающихся в аналоговых мультиметрах, отклонение измерителя обратно пропорционально сопротивлению, поэтому полная шкала будет 0 Ω, а большее сопротивление будет соответствовать меньшим отклонениям. Шкала омов сжата, поэтому разрешение лучше при более низких значениях сопротивления.
Усиленные приборы упрощают конструкцию последовательных и шунтирующих резисторных цепей. Внутреннее сопротивление катушки развязано с выбором последовательных и шунтирующих резисторов; таким образом, последовательная цепь становится делителем напряжения . Там, где требуются измерения переменного тока, выпрямитель можно разместить после каскада усилителя, что повышает точность в нижнем диапазоне.
Движение счетчика в аналоговом мультиметре с подвижной стрелкой практически всегда представляет собой гальванометр с подвижной катушкой типа д'Арсонваля , использующий либо драгоценные стержни, либо натянутые ленты для поддержки подвижной катушки. В базовом аналоговом мультиметре ток для отклонения катушки и указателя берется из измеряемой цепи; обычно преимуществом является минимизация тока, потребляемого из цепи, что подразумевает тонкие механизмы. Чувствительность аналогового мультиметра указывается в единицах Ом на вольт. Например, очень дешевый мультиметр с чувствительностью 1000 Ом/В будет потреблять 1 мА из цепи при отклонении на полную шкалу. [22] Более дорогие (и механически более хрупкие) мультиметры обычно имеют чувствительность 20 000 Ом на вольт, а иногда и выше, при этом 50 000 Ом на вольт (потребление 20 микроампер на полной шкале) являются верхним пределом для портативного, универсального, аналогового мультиметра без усилителя.
Чтобы избежать нагрузки на измеряемую цепь током, потребляемым движением счетчика, некоторые аналоговые мультиметры используют усилитель, вставленный между измеряемой цепью и движением счетчика. Хотя это увеличивает стоимость и сложность счетчика, с помощью вакуумных ламп или полевых транзисторов входное сопротивление может быть сделано очень высоким и независимым от тока, необходимого для работы катушки движения счетчика. Такие мультиметры с усилением называются VTVM (вакуумные ламповые вольтметры), [23] TVM (транзисторные вольтметры), FET-VOM и тому подобные названия.
Аналоговые счетчики интуитивно понятны, когда тенденция измерения важнее точного значения, полученного в определенный момент. Изменение угла или пропорции легче интерпретировать, чем изменение значения цифрового показания. По этой причине некоторые цифровые мультиметры дополнительно имеют столбчатую диаграмму в качестве второго дисплея, как правило, с более высокой частотой дискретизации, чем используемая для основного показания. Эти столбчатые диаграммы с высокой частотой дискретизации имеют превосходный отклик, чем физический указатель аналоговых счетчиков, что делает устаревшей технологию. При быстро меняющемся постоянном токе, переменном токе или их комбинации современные цифровые счетчики способны отслеживать и отображать колебания лучше, чем аналоговые счетчики, а также иметь возможность разделять и одновременно отображать компоненты постоянного и переменного тока. [24]
Из-за отсутствия усиления обычные аналоговые мультиметры, как правило, менее восприимчивы к радиочастотным помехам и поэтому продолжают занимать видное место в некоторых областях даже в мире более точных и гибких электронных мультиметров. [25]
Аналоговые измерительные механизмы по своей природе более хрупкие физически и электрически, чем цифровые. Многие аналоговые мультиметры имеют положение переключателя диапазонов, обозначенное как «выкл.», для защиты измерительного механизма во время транспортировки, что создает низкое сопротивление на измерительном механизме, что приводит к динамическому торможению . Измерительные механизмы как отдельные компоненты могут быть защищены таким же образом путем подсоединения закорачивающего или перемычечного провода между клеммами, когда они не используются. Измерительные приборы, которые имеют шунт через обмотку, такие как амперметр, могут не требовать дополнительного сопротивления для остановки неконтролируемых движений стрелки из-за низкого сопротивления шунта.
Высококачественные аналоговые мультиметры продолжают выпускаться несколькими производителями, включая Chauvin Arnoux (Франция), Gossen Metrawatt (Германия) и Simpson and Triplett (США). [ необходима цитата ]
Цифровые приборы, которые обязательно включают усилители, используют те же принципы, что и аналоговые приборы для показаний сопротивления. Для измерений сопротивления обычно небольшой постоянный ток пропускается через тестируемое устройство, а цифровой мультиметр считывает результирующее падение напряжения; это устраняет сжатие шкалы, присущее аналоговым счетчикам, но требует источника точного тока. Автоматически выбирающий диапазон цифровой мультиметр может автоматически настраивать масштабирующую сеть, чтобы измерительные схемы использовали полную точность АЦП.
В цифровом мультиметре тестируемый сигнал преобразуется в напряжение, а усилитель с электронным управлением усилением предварительно обуславливает 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:
Современные счетчики могут быть подключены к персональному компьютеру через IrDA- соединения, RS-232- соединения, USB или шину инструментов, такую как IEEE-488 . Интерфейс позволяет компьютеру записывать измерения по мере их выполнения. Некоторые цифровые мультиметры могут сохранять измерения и загружать их на компьютер. [31]
Мультиметр может использовать множество различных тестовых щупов для подключения к проверяемой схеме или устройству. Зажимы типа «крокодил» , выдвижные крючковые зажимы и заостренные щупы являются тремя наиболее распространенными типами. Пинцетные щупы используются для близко расположенных тестовых точек, например, для устройств поверхностного монтажа . Разъемы присоединяются к гибким, хорошо изолированным проводам, заканчивающимся разъемами, подходящими для измерителя. Щупы подключаются к портативным измерителям, как правило, с помощью закрытых или утопленных разъемов типа «банан» , в то время как настольные измерители могут использовать разъемы типа «банан» или разъемы BNC . Иногда также использовались 2-миллиметровые штекеры и винтовые клеммы , но сегодня они используются реже. Действительно, рейтинги безопасности теперь требуют закрытых разъемов типа «банан».
Разъемы типа «банан» обычно размещаются со стандартным межцентровым расстоянием 3 ⁄ 4 дюйма (19 мм), что позволяет подключать стандартные адаптеры или устройства, такие как умножители напряжения или термопарные датчики.
Токоизмерительные клещи зажимаются вокруг проводника, по которому проходит ток, для измерения без необходимости последовательного подключения счетчика к цепи или вообще создания металлического контакта. Те, которые предназначены для измерения переменного тока, используют принцип трансформатора; токоизмерительные клещи для измерения малого тока или постоянного тока требуют более экзотических датчиков, таких как; системы на основе эффекта Холла, которые измеряют неизменяющееся магнитное поле для определения тока.
Аналоговые счетчики могут измерять напряжение и ток, используя питание от испытательной схемы, но требуют дополнительного внутреннего источника напряжения для проверки сопротивления, в то время как электронные счетчики всегда требуют внутреннего источника питания для работы своих внутренних цепей. Ручные счетчики используют батареи, в то время как настольные счетчики обычно используют сетевое питание; любая схема позволяет счетчику тестировать устройства. Тестирование часто требует, чтобы тестируемый компонент был изолирован от схемы, в которой он установлен, так как в противном случае пути блуждающего тока или тока утечки могут исказить измерения. В некоторых случаях напряжение от мультиметра может включить активные устройства, искажая измерение, или в крайних случаях даже повредить элемент в исследуемой схеме.
Большинство мультиметров включают предохранитель или два предохранителя, которые иногда предотвращают повреждение мультиметра от перегрузки по току в диапазоне максимального тока. (Для дополнительной безопасности доступны измерительные провода со встроенными предохранителями.) Распространенной ошибкой при работе с мультиметром является настройка счетчика на измерение сопротивления или тока, а затем подключение его напрямую к источнику напряжения с низким импедансом. Непредохраненные счетчики часто быстро выходят из строя из-за таких ошибок; предохранительные счетчики часто выживают. Предохранители, используемые в счетчиках, должны выдерживать максимальный измерительный ток прибора, но предназначены для отключения, если ошибка оператора подвергает счетчик неисправности низкого импеданса. Счетчики с ненадлежащим или небезопасным предохранителем были не редкостью; эта ситуация привела к созданию категорий IEC61010 для оценки безопасности и надежности счетчиков.
Цифровые счетчики классифицируются по четырем категориям в зависимости от их предполагаемого применения, как установлено стандартом IEC 61010-1 [32] и подтверждено национальными и региональными группами по стандартизации, такими как стандарт CEN EN61010. [33]
Каждая категория рейтинга также определяет максимально безопасные переходные напряжения для выбранных диапазонов измерения в счетчике. [34] [35] Счетчики, классифицированные по категориям, также имеют защиту от перегрузки по току. [36] На счетчиках, которые позволяют взаимодействовать с компьютерами, может использоваться оптическая изоляция для защиты подключенного оборудования от высокого напряжения в измеряемой цепи.
Мультиметры хорошего качества, разработанные для соответствия стандартам категории II и выше, включают в себя керамические предохранители с высокой разрывной способностью (HRC), обычно рассчитанные на ток более 20 А; они гораздо менее склонны к взрывному выходу из строя, чем более распространенные стеклянные предохранители. Они также будут включать в себя защиту от перенапряжения высокой энергии MOV (металлооксидный варистор ) и защиту от перегрузки по току в виде полипереключателя . [ требуется цитата ]
Для счетчиков, предназначенных для тестирования в опасных зонах или для использования во взрывных схемах, может потребоваться использование батареи, указанной производителем, для поддержания их класса безопасности. [ необходима ссылка ]
Разрешение мультиметра — это наименьшая часть шкалы, которая может быть отображена, что зависит от масштаба. На некоторых цифровых мультиметрах его можно настроить, при этом измерения с более высоким разрешением будут занимать больше времени. Например, мультиметр с разрешением 1 мВ на шкале 10 В может показывать изменения в измерениях 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 технических описаний мультиметров указывают относительную точность. Чтобы вычислить абсолютную точность из относительной точности мультиметра, добавьте абсолютную точность устройства, используемого для калибровки мультиметра, к относительной точности мультиметра. [37]
Разрешение мультиметра часто указывается в количестве десятичных цифр, разрешенных и отображаемых. Если самая значимая цифра не может принимать все значения от 0 до 9, ее обычно называют дробной цифрой, что сбивает с толку. Например, мультиметр, который может считывать до 19999 (плюс встроенная десятичная точка), считается считывающим 4+1 ⁄ 2 цифры. По соглашению, если самая значимая цифра может быть 0 или 1, она называется полуцифрой; если она может принимать более высокие значения, не достигая 9 (часто 3 или 5), ее можно назвать тремя четвертями цифры. 5+1 ⁄ 2 -разрядный мультиметр будет отображать одну «половину цифры», которая может отображать только 0 или 1, за которой следуют пять цифр, принимающих все значения от 0 до 9. [38] Такой измеритель может показывать положительные или отрицательные значения от 0 до 199999. 3+3 ⁄ 4- разрядный измеритель может отображать количество от 0 до 3999 или 5999, в зависимости от производителя. Хотя цифровой дисплей можно легко расширить в разрешении , дополнительные цифры не имеют никакой ценности, если не сопровождаются тщательностью в проектировании и калибровке аналоговых частей мультиметра. Значимые (т. е. высокоточные) измерения требуют хорошего понимания спецификаций прибора, хорошего контроля условий измерения и прослеживаемости калибровки прибора. Однако, даже если его разрешение превышает точность , измеритель может быть полезен для сравнения измерений. Например, показание счетчика 5+1 ⁄ 2 стабильных цифр могут указывать на то, что один номинально 100 кОм резистор примерно на 7 Ом больше другого, хотя погрешность каждого измерения составляет 0,2% от показаний плюс 0,05% от полной шкалы. Указание «числа отображения» — это еще один способ указать разрешение. Число отображения дает наибольшее число или наибольшее число плюс один (чтобы включить отображение всех нулей), которое может отобразить дисплей мультиметра, игнорируя десятичный разделитель . Например, 5+1 ⁄ 2 -значный мультиметр также может быть определен как мультиметр с 199999 отсчетами дисплея или 200000 отсчетами дисплея. Часто отсчет дисплея просто называется «отсчетом» в спецификациях мультиметра. Точность цифрового мультиметра может быть указана в двухчленной форме, например, «±1% от показаний +2 отсчета», отражая различные источники ошибок в приборе. [39]
Аналоговые счетчики имеют более старые конструкции, но, несмотря на то, что их технически превосходят цифровые счетчики со столбчатыми диаграммами, они все еще могут быть предпочтительны [ по мнению кого? ] инженерами [ какие? ] и специалистами по устранению неполадок. [ оригинальное исследование? ] Одной из причин является то, что аналоговые счетчики более чувствительны (или отзывчивы) к изменениям в измеряемой цепи. [ необходима цитата ] Цифровой мультиметр отбирает 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 их, в отличие от цифрового счетчика, которому приходится ждать следующего образца, давая задержки между каждым прерывистым показанием (плюс цифровому счетчику может дополнительно потребоваться время стабилизации, чтобы сойтись на значении). Значение цифрового дисплея в отличие от аналогового дисплея субъективно сложнее считывать. Эта функция непрерывного отслеживания становится важной, например, при тестировании конденсаторов или катушек. Правильно работающий конденсатор должен позволять току течь при подаче напряжения, затем ток медленно уменьшается до нуля, и эту «сигнатуру» легко увидеть на аналоговом мультиметре, но не на цифровом мультиметре. Это похоже на тестирование катушки, за исключением того, что ток начинается с низкого значения и увеличивается. Измерения сопротивления на аналоговом измерителе, в частности, 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 измеритель имеет панель регулировки для установки калибровки нулевого сопротивления измерителя, чтобы компенсировать изменяющееся напряжение батареи измерителя и сопротивление тестовых проводов измерителя.
Цифровые мультиметры обычно выполняют измерения с точностью , превосходящей их аналоговые аналоги. Стандартные аналоговые мультиметры обычно измеряют с точностью ±3%, [40] хотя производятся приборы с более высокой точностью. Стандартные портативные цифровые мультиметры имеют точность, как правило, ±0,5% в диапазонах постоянного напряжения. Основные настольные мультиметры доступны с указанной точностью лучше, чем ±0,01%. Лабораторные приборы могут иметь точность в несколько частей на миллион . [41]
Показатели точности следует интерпретировать с осторожностью. Точность аналогового прибора обычно относится к отклонению полной шкалы; измерение 30 В на шкале 100 В 3%-ного измерителя подвержено ошибке в 3 В, 10% от показания. Цифровые измерители обычно указывают точность как процент от показания плюс процент от значения полной шкалы, иногда выражаемый в единицах, а не в процентах.
Указанная точность указана как точность нижнего диапазона милливольт (мВ) постоянного тока и известна как «базовая точность постоянного напряжения». Более высокие диапазоны постоянного напряжения, тока, сопротивления, переменного тока и другие диапазоны обычно имеют более низкую точность, чем базовая цифра постоянного напряжения. Измерения переменного тока соответствуют указанной точности только в пределах указанного диапазона частот .
Производители могут предоставлять услуги калибровки , благодаря чему новые счетчики можно будет приобрести с сертификатом калибровки, подтверждающим, что счетчик был настроен в соответствии со стандартами, прослеживаемыми, например, до стандартов Национального института стандартов и технологий США (NIST) или другой национальной организации по стандартизации .
Тестовое оборудование имеет тенденцию с течением времени выходить из калибровки, и на указанную точность нельзя полагаться бесконечно. Для более дорогого оборудования производители и третьи стороны предоставляют услуги калибровки, чтобы старое оборудование можно было перекалибровать и повторно сертифицировать. Стоимость таких услуг несоразмерна недорогому оборудованию; однако для большинства обычных испытаний экстремальная точность не требуется. Мультиметры, используемые для критических измерений, могут быть частью метрологической программы для обеспечения калибровки.
Мультиметр можно считать «средне реагирующим» на формы волн переменного тока, если не указано, что он относится к типу «истинно среднеквадратичного значения». Средне реагирующий мультиметр будет соответствовать своей указанной точности только для переменного тока в вольтах и амперах для чисто синусоидальных форм волн. С другой стороны, мультиметр с истинным среднеквадратическим значением будет соответствовать своей указанной точности для переменного тока в вольтах и тока с любым типом формы волны до указанного пик-фактора ; производительность среднеквадратичного значения иногда заявляется для счетчиков, которые сообщают точные среднеквадратические показания только на определенных частотах (обычно низких) и с определенными формами волн (по сути, всегда синусоидальными волнами).
Точность измерения переменного напряжения и тока счетчика 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 цепи может быть нарушена, а показания будут неточными. Счетчики с электронными усилителями (все цифровые мультиметры и некоторые аналоговые счетчики) имеют фиксированное входное сопротивление, которое достаточно высоко, чтобы не нарушать работу большинства цепей. Это часто один или десять МОм ; стандартизация входного сопротивления позволяет использовать внешние высокоомные зонды , которые образуют делитель напряжения с входным сопротивлением для расширения диапазона напряжения до десятков тысяч вольт. Высококлассные мультиметры обычно обеспечивают входное сопротивление более 10 ГОм для диапазонов, меньших или равных 10 В. Некоторые высококлассные мультиметры обеспечивают сопротивление >10 ГИГАОМ для диапазонов, превышающих 10 В. [37] Большинство аналоговых мультиметров с подвижной стрелкой не имеют буфера и потребляют ток из проверяемой цепи для отклонения стрелки счетчика. Импеданс счетчика варьируется в зависимости от базовой чувствительности движения счетчика и выбранного диапазона. Например, счетчик 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 напряжении полной шкалы диапазона полный ток, необходимый для отклонения движения счетчика, берется из тестируемой цепи. Менее чувствительные движения счетчика приемлемы для тестирования в цепях, где импедансы источника низки по сравнению с импедансом счетчика, например, силовые цепи; эти счетчики более прочны механически. Некоторые измерения в сигнальных цепях требуют более высоких чувствительности движений, чтобы не нагружать тестируемую цепь импедансом счетчика. [42] [43]
Чувствительность не следует путать с разрешением измерителя, которое определяется как наименьшее изменение сигнала (напряжения, тока, сопротивления и т. д.), которое может изменить наблюдаемые показания. [43]
Для универсальных цифровых мультиметров минимальный диапазон напряжения обычно составляет несколько сотен милливольт переменного или постоянного тока, но минимальный диапазон тока может составлять несколько сотен микроампер, хотя доступны приборы с большей чувствительностью к току. Мультиметры, предназначенные для (сетевого) «электрического» использования вместо общего использования в электронной технике, как правило, отказываются от диапазонов тока в микроамперах. Измерение низкого сопротивления требует вычитания сопротивления выводов (измеренного путем соприкосновения тестовых щупов) для лучшей точности. Это можно сделать с помощью функций «дельта», «ноль» или «нуль» многих цифровых мультиметров. Контактное давление на тестируемое устройство и чистота поверхностей могут повлиять на измерения очень низких сопротивлений. Некоторые измерители предлагают четырехпроводной тест, при котором два щупа подают напряжение источника, а другие выполняют измерение. Использование очень высокого импеданса обеспечивает очень низкое падение напряжения в щупах, а сопротивление исходных щупов игнорируется, что приводит к очень точным результатам. Верхний предел диапазонов измерений мультиметра значительно варьируется; Для измерений свыше 600 вольт, 10 ампер или 100 мегаом может потребоваться специализированный испытательный прибор.
Каждый амперметр с последовательным соединением, включая мультиметр в диапазоне тока, имеет определенное сопротивление. Большинство мультиметров по своей сути измеряют напряжение и пропускают измеряемый ток через шунтирующее сопротивление , измеряя напряжение, возникающее на нем. Падение напряжения известно как напряжение нагрузки, указываемое в вольтах на ампер. Значение может меняться в зависимости от диапазона, установленного счетчиком, поскольку в разных диапазонах обычно используются разные шунтирующие резисторы. [44] Напряжение нагрузки может быть значительным в зонах цепей с очень низким напряжением. Чтобы проверить его влияние на точность и работу внешней цепи, счетчик можно переключить на разные диапазоны; показания тока должны быть одинаковыми, и работа цепи не должна быть затронута, если напряжение нагрузки не является проблемой. Если это напряжение значительно, его можно уменьшить (также уменьшая присущую точность и достоверность измерения), используя более высокий диапазон тока.
Поскольку базовая система индикации в аналоговом или цифровом счетчике реагирует только на постоянный ток, мультиметр включает в себя схему преобразования переменного тока в постоянный для выполнения измерений переменного тока. Базовые счетчики используют схему выпрямителя для измерения среднего или пикового абсолютного значения напряжения, но калибруются для отображения расчетного значения среднеквадратичного значения (RMS) для синусоидальной формы волны ; это даст правильные показания для переменного тока, используемого в распределении электроэнергии. Руководства пользователя для некоторых таких счетчиков дают поправочные коэффициенты для некоторых простых несинусоидальных форм волны , чтобы можно было рассчитать правильное эквивалентное значение среднеквадратичного значения (RMS). Более дорогие мультиметры включают в себя преобразователь переменного тока в постоянный, который измеряет истинное среднеквадратичное значение формы волны в определенных пределах; руководство пользователя для счетчика может указывать пределы коэффициента амплитуды и частоты, для которых действительна калибровка счетчика. Измерение RMS необходимо для измерений несинусоидальных периодических форм волны, таких как аудиосигналы и частотно-регулируемые приводы .
Качественный универсальный электронный цифровой мультиметр обычно считается подходящим для измерений на 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 счете, присущим тепловым шумом .
Медиа, связанные с мультиметрами на Wikimedia Commons