Мультиметры. Виды и работа. Применение и измерение. Прецизионный цифровой мультиметр Mastech MS8218 (Hardware)

Прецизионный (высокоточный) цифровой мультиметр Mastech MS8218 с автоматическим выбором пределов измерения и функцией TrueRMS.

Небольшой фото обзор, комплект поставки, основные функции и работа с прибором.

Мультиметр MS8218 позволяет производить измерения среднеквадратичные значения (TrueRMS) величин силы постоянного и переменного тока, постоянного и переменного напряжения, сопротивления, емкости конденсаторов, частоты сигнала и скважность импульсов.

Комплект поставки:

• мультиметр Mastech MS8218,
• комплект щупов,
• кабель для подключения к персональному компьютеру,
• программное обеспечение на CD,
• комплект батарей питания,
• инструкция,
• сумка-чехол с ремнём,
• упаковка.

Упаковка. Коробка из плотного картона с цветной полиграфией:

Сумка-чехол прибора и её содержимое. Сумка выполнена добротно, в ней имеются отделения для кабелей, мультиметра и инструкции с компакт диском. Закрывается она при помощи застёжки молнии, для удобства транспортировки предусмотрен ремень. При использовании дополнительных щупов с прибором, есть возможность хранить всё в одном месте, сумка это позволяет:

Мультиметр MS8218 имеет ударопрочное исполнение, корпус его обрезинен:

Мультиметр на подставке:

Питание мультиметра осуществляется от шести батарей типа ААА. Также под крышкой находятся два предохранителя, которые обеспечивают защиту по току. В режиме измерения µA, mA (гнёзда µA, mA – COM) максимальный входной сигнал DC или AC 500мА. Предохранитель 0,63А/250В. В режиме измерения A (гнёзда A – COM) максимальный входной сигнал DC или AC 10А. Предохранитель 12,5А/500В. Батарейный отсек, крышка и винтики:

Щупы мультиметра (CATIII 1000V 10A). Щупы комплектуются защитными колпачками и пробками. Защитные колпачки имеют небольшие прорези на конусе. При надетом колпачке на щуп можно замерять параметры схемы под напряжением, таким образом, сводится к минимуму вероятность что-то замкнуть:

Оптический прот RS232C и кабель передачи данных:

Физические параметры:

• Прорезиненный корпус 200x100x40mm
• Вес прибора 600гр.
• Дисплей: ЖК, размер 44х77мм, пяти разрядный с индикацией максимального значения величины измерения 50000, с графической пятидесяти сегментной шкалой для мнемонического отображения значений измерений и с отображением единицы измерения. Имеется возможность включения подсветки в условиях недостаточной видимости.
• Многопозиционный поворотный переключатель режимов работы прибора,
• Клавиши выбора функций и включения питания,
• Разъемы: четыре, штекерного типа.

Органы управления индикация разъёмы:

1. Гнездо для измерения dBm , Hz , V , mV , ёмкости, сопротивления, прозвонка цепей и диодов;
   
2. Гнездо общего вывода COM ;
   
3. Гнездо для измерения токов µA , mA ;
   
4. Гнездо для измерения токов A ;
   
5. Поворотный переключатель;
   
6. Клавиша выключения питания;
   
7. Клавиша RANGE (Нажмите кнопку RANGE для включения режима ручного выбора диапазона измерения, символ AUTO на дисплее исчезнет. Для ручного переключения диапазона нажимайте кнопку RANGE. Для возврата в режим автоматического выбора диапазона нажмите кнопку RANGE на время более 1сек. Надпись AUTO появится снова на дисплее.)
   
8. Клавиша SELEСT (При нажатии кнопки SELECT переключаются режимы измерения);
9. Клавиша WAKE (в случае ухода прибора в спящий режим и при этом существует необходимость продолжить измерения, нажатие на клавишу пробуждает прибор);
   
10. Клавиша MAX/MIN ;
    
11. Клавиша REL ∆ (Режим относительных измерений позволяет пользователю проводить измерения входных величин относительно определенного фиксированного значения, называемого эталонным. Практически любое значение входного сигнала, отображаемое на дисплее может быть принято за эталонное, включая сигналы в режимах MAX/MIN. Для включения/выключения режима относительных измерений нажмите кнопку REL ∆ .);
    
12. Клавиша DATA HOLD (Удержание показаний на дисплее. При нажатии кнопки HOLD показания на дисплее застывают и не изменяются при изменении входного сигнала. На дисплее появляется символ. Для продолжения измерений нажмите кнопку HOLD еще раз, при этом символ исчезнет);
    
13. Клавиша LIGHT (Включение подсветки дисплея прибора на пять секунд.);
    
14. Клавиша ~ Hz (Измерение частоты синусоидальных сигналов, при установки переключателя режимов измерения в одно из положений mV , V , μA , mA или A . Повторное нажатие клавиши выключает режим измерения частоты.);
    
15. Дисплей.

Сегменты индикации на дисплее:

Дисплей: ЖК, размер 44х77мм, пяти разрядный с индикацией максимального значения величины измерения 50000, с графической пятидесяти сегментной шкалой для мнемонического отображения значений измерений и с отображением единицы измерения.

1. а). Индикатор измерения ёмкости µF или nF ;
   б). Индикатор измерения силы тока µA , mA или A ;
   в). Индикатор измерения dBm (единица измерения мощности по отношению к уровню 1 мВт, удобный способ представления в компактном виде и очень больших и очень малых значений мощностей, dBm привязан к ватту и не зависит от импеданса (impedance), служит для измерения абсолютной мощности) или напряжения в mV или V;
   г). Индикатор измерения сопротивления MΩ , kΩ и Ω или измерения частоты MHz , kHz и Hz ;
2. Индикатор измерения частоты логических сигналов или измерения относительной скважности импульсов;
3. Индикация режимов максимума, минимума и разница измерений;
4. Индикатор автоматического выбора диапазона измерения;
5. Индикатор ручного выбора диапазона измерения;
6. Индикатор диапазона ручного измерения 5 , 50 , 500 , 1000 и 5000 ;
7. Индикатор низкого заряда батареи;
8. Индикатор относительных измерений;
9. Индикатор прозвонки соединений;
10. Индикатор переменного напряжения и тока;
11. Индикатор отрицательной полярности;
12. Индикатор постоянного напряжения и тока;
13. Индикатор HOLD ;
14. Индикатор ожидания (сообщение «Please Wait …» высвечивается при измерении ёмкости в пределах от 50 до 5000 µF причины данного явления низкая скорость измерения емкостей больших величин);
15. Аналоговая шкала измерений. Аналоговая шкала обеспечивает визуальную индикацию измерений, подобно аналоговому прибору ;
16. Индикатор активности оптического порта для передачи данных по интерфейсу RS-232C на ПК;
17. Основной цифровой набор сегментов.

Работа с прибором.

При включении щупов в разъемы для измерения тока в то время, когда поворотный переключатель установлен в режим, отличный от режима измерения тока, раздается сигнал зуммера и дисплей гаснет.

Режим среднеквадратичных измерений (True RMS).

При среднеквадратичных измерениях входного сигнала прибор вычисляет эффективное значение входного сигнала, определяющее его мощность, и таким образом обеспечивает более точное измерение сигналов, нежели простое усреднение детектированного сигнала. Данный режим вычисляет как переменную, так и постоянную компоненты входного сигнала, вычисления производятся по формуле: v(DC2+AC2) , в результате производятся точные измерения.

Измерение ACV/dBm. Максимальная величина входного напряжения: 1000В переменного напряжения!

Область применения:

• ACV Измерение сетевого напряжения синусоидальной формы в диапазоне от 5,0000В до 1000В,
• dBm Измерение в децибелах диапазоны измерения от -11,76dBm до 54,25dBm.

Точность измерений зависит от частоты: 40Гц – 1кГц ±0.5%, 1кГц – 10кГц ±1.0%, 10кГц – 20кГц ±2.5%.

Процедура измерения. Подключить черный щуп к разъему COM, а красный щуп к разъему V мультиметра. Установить переключатель режимов измерения в положение V~/dBm. Для переключения между режимами измерения V и dBm использовать кнопку SELECT.

При включении прибора в режиме dBm значение его импеданса отображается на дисплее в течение одной секунды. Для изменения величины импеданса в режиме dBm нажимайте кнопку dBm- Ω , при этом величина импеданса изменяется в последовательности 4, 8, 16, 32, 50, 75, 93, 110, 125, 135, 150, 200, 250, 300, 500, 600, 800, 900, 1000, 1200Ом. Новый выбранный импеданс сохраняется в энергонезависимой памяти мультиметра, и будет включаться по умолчанию.

Измерения DCV/(AC+DC)V. Максимальная величина входного напряжения : 1000В постоянного напряжения или постоянного/переменного напряжения!

Область применения:

• DCV Измерения постоянных напряжений в цепях и батареях,
• (AC+DC)V Измерение суммарного (постоянного и переменного) напряжения в цепях.

Диапазон измерения от 5,0000В до 1000В, точность ±0.03%.

Процедура измерения Подключить черный щуп к разъему COM, а красный щуп к разъему V мультиметра. Установить переключатель режимов измерения в положение DCV/(AC+DC)V. Для переключения между режимами измерения использовать кнопку SELECT.

Измерения ACmV/DCmV/(AC+DC)mV. Максимальная величина входного напряжения : 500мВ постоянного или постоянного/переменного напряжения!

Область применения:

• ACmV Измерение малых переменных напряжений в цепях,
• DCmV Измерение малых постоянных напряжений в цепях,
• (AC+DC)mV Измерение малых суммарных напряжений в цепях.

Диапазон измерения от 1,0мВ до 500,00мВ, точность измерений для постоянного напряжения ±0.05% и для измерений переменного при частоте 40Гц – 1кГц ±0.5%, при частоте 1кГц – 10кГц ±1.0%, при частоте 10кГц – 20кГц ±2.5%.

Процедура измерения. Подключить черный щуп к разъему COM, а красный щуп к разъему V мультиметра. Установить переключатель режимов измерения в положение mV Для переключения между режимами измерения использовать кнопку SELECT.

Измерение частоты синусоидальных сигналов.

Область применения: Измерение частоты синусоидальных сигналов.

Диапазоны измерения от 5Гц до 2МГц (диапазон измерения зависит от установленного диапазона измерения).

Процедура измерения. Подключить черный щуп к разъему COM, а красный щуп к разъему Hz мультиметра. Установить переключатель режимов измерения в положение mV, V, μ A, mA или A. Для включения или выключения режима измерения частоты нажимайте кнопку ~Hz.

Измерение частоты цифровых сигналов и измерение относительной скважности импульсов.

Предупреждение: Никогда не подавайте на вход сигналы с уровнем, превышающие предельно допустимые значения. При изменении функции измерения всегда отсоединяйте щупы от измеряемой схемы. При проведении измерений всегда держите пальцы за защитными кромками щупов.

Область применения:

• Измерение частоты логических сигналов,
• Измерение относительной скважности импульсов.

Диапазоны измерения:

• Частота: 5,0000Гц – 2,0000МГц,
• Относительная скважность: 0,1% - 95%.

Процедура измерения. Подключить черный щуп к разъему COM, а красный щуп к разъему Hz мультиметра. Установить переключатель режимов измерения в положение Hz%. Для переключения между режимами измерения частоты и относительной скважности нажимайте кнопку SELECT.

Диодный тест.

Область применения: проверка качества диодов.

Процедура измерения. Подключить черный щуп к разъему COM, а красный щуп к разъему? мультиметра.
Установить переключатель режимов измерения в положение диодный тест:

• Подключите черный щуп к катоду, а красный щуп к аноду диода. Проверьте исправность диода. Нулевые показания говорят о короткозамкнутом диоде. Если дисплей показывает OL, то диод имеет обрыв.
• Подключите черный щуп к аноду, а красный щуп к катоду диода. Проверьте исправность диода. Если дисплей показывает OL, то диод исправен. Любые другие показания говорят о дефективности диода.

Измерение сопротивлений.

Область применения: измерение величины сопротивления резисторов и цепей.

Диапазон измерения: от 0,01Ом до 50,00МОм, точность ±0.1%,

Процедура измерения. Подключить черный щуп к разъему COM, а красный щуп к разъему Ω Ω и выберать режим измерения сопротивлений кнопкой SELECT.

Для компенсации сопротивления щупов при измерении малых сопротивлений используйте режим относительных измерений. Если электрические наводки влияют на точность показаний, экранируйте объект измерения проводником отрицательной полярности (COM). Если во время измерений пальцы касаются щупов мультиметра, то электрическое сопротивление тела может повлиять на точность измерений.

Прозвонка соединений.

Область применения: прозвонка кабелей, жгутов и пр.

Процедура проведения прозвонки. Подключить черный щуп к разъему COM, а красный щуп к разъему Ω мультиметра. Установить переключатель режимов в положение Ω и выбрать кнопкой SELECT режим прозвонки.

Порог срабатывания находится в пределах от 0,01 до 60Ом.

Измерение емкости конденсаторов.

Область применения: измерение емкостей конденсаторов.

Диапазон измерения от 10,00нФ до 5000мкФ, точность: при измерении ёмкости от 10,00нФ до 500мкФ ±1.0%, при измерении ёмкости то 500мкФ до 5000мкФ ±2.0%.

Процедура проведения измерений: подключить черный щуп к разъему COM, а красный щуп к разъему V мультиметра. Установить переключатель режимов в положение измерения емкостей.

При измерении ёмкости конденсаторов в пределах от 500мкФ до 5000мкФ время выполнение операции увеличивается, причины данного явления низкая скорость измерения емкостей больших величин, при этом до вывода результата на дисплее высвечивается сообщение «Please Wait …».

Измерение токов.

Предупреждение: Никогда не подавайте напряжение на входные разъемы. Убедитесь, что подключение мультиметра производится последовательно нагрузке. При проведении измерений в трехфазных цепях необходимы особые меры предосторожности, т.к. напряжение между фазами существенно выше напряжения между любой фазой и землей. Не подавайте на вход токи, превышающие максимально допустимые значения. Перед включением в измеряемую цепь мультиметра выключите питание цепи.

Измерение токов в диапазоне μ А и mA . Максимальный входной ток: не более 500мА .

Область применения:

• Переменный ток: Измерение тока в схемах с переменным током,
• Действующий ток: Измерение тока в различных цепях.

Диапазон измерения: в режиме μ А от 0,01 μ А до 5000,0 μ А, в режиме мА от 1,0 μ А до 500,0мА. Точность измерений для постоянного тока ±0.15% и для измерений переменного тока при частоте 40Гц – 1кГц ±0.75%, при частоте 1кГц – 10кГц ±1.0%, при частоте 10кГц – 20кГц ±2.0%.

Процедура проведения измерений. Подключить черный щуп к разъему COM, а красный щуп к разъему μ А/mA мультиметра. Установить переключатель режимов в положение μ А или mA и кнопкой SELECT выбрать требуемый режим измерения тока. Отключив питание измеряемой схемы, разорвать цепь и включить в разрыв цепи щупы мультиметра. Для измерения постоянного тока DC μ A и DCmA подключить черный щуп в разрыв к точке цепи с отрицательным потенциалом, а красный щуп к точке цепи с положительным потенциалом. Для измерения переменного напряжения AC?A и ACmA подключить черный и красный щупы в разрыв измеряемо цепи. Для измерения напряжения (AC+DC) μ A и (AC+DC)mA подключить черный и красный щупы в разрыв измеряемой цепи.

Измерение токов в диапазоне 10А. Максимальный входной ток не более 10А.

Область применения:

• Постоянный ток: Проверка батарей питания и измерение токов в схемах,
• Переменный ток: Измерение тока в схемах с переменным током.

Диапазон измерения: от 0,1мА до 10,00А Точность измерений для постоянного тока ±0.5% и для измерений переменного тока при частоте 40Гц – 1кГц ±0.75%, при частоте 1кГц – 10кГц ±1.5%, при частоте 10кГц – 20кГц ±5.0%.

Процедура проведения измерений. Подключить черный щуп к разъему COM, а красный щуп к разъему А мультиметра. Установить переключатель режимов в положение А и кнопкой SELECT выбрать режим измерения тока. Отключив питание измеряемой схемы, разорвать цепь и включить в разрыв цепи щупы мультиметра. Для измерения постоянного тока DCA подключить черный щуп в разрыв к точке цепи с отрицательным потенциалом, а красный щуп к точке цепи с положительным потенциалом. Для измерения переменного напряжения ACA подключить черный и красный щупы в разрыв измеряемой цепи. Для измерения напряжения (AC+DC)A подключить черный и красный щупы в разрыв измеряемой цепи.

Измеряемые величины не могут быть определены абсолютно достоверно. Измерительные инструменты и системы всегда имеют некоторое допустимое отклонение и помехи, которые выражаются степенью неточности. К тому же, необходимо учитывать и особенности конкретных приборов.

В отношении неточности измерений часто используются следующие термины:

• Погрешность - ошибка между истинным и измеренным значением
• Точность — случайный разброс измеренных значений вокруг их среднего
• Разрешение — наименьшая различаемая величина измеренного значения

Часто эти термины путаются. Поэтому здесь я хотел бы подробно рассмотреть вышеуказанные понятия.

Неточность измерения

Неточности измерения могут быть разделены на систематические и случайные измерительные ошибки. Систематические ошибки вызваны отклонениями при усилении и настройкой «нуля» измерительного оборудования. Случайные ошибки вызваны шумом и и/или токами.

Часто понятия погрешность и точность рассматриваются как синонимы. Однако, эти термины имеют совершенно различные значения. Погрешность показывает, насколько близко измеренное значение к его реальной величине, то есть отклонение между измеренным и фактическим значением. Точность относится к случайному разбросу измеряемых величин.

Когда мы проводим некоторое число измерений до момента стабилизации напряжения или же какого-то другого параметра, то в измеренных значениях будет наблюдаться некоторая вариация. Это вызвано тепловым шумом в измерительной цепи измерительного оборудования и измерительной установки. Ниже, на левом графике показаны эти изменения.

Определения неопределенностей. Слева — серия измерений. Справа — значения в виде гистограммы.

Гистограмма

Измеренные значения могут быть изображены в виде гистограммы, как показано справа на рисунке. Гистограмма показывает, как часто наблюдается измеренное значение. Самая высокая точка на гистограмме, это чаще всего наблюдаемое измеренное значение, в случае симметричного распределения равно среднему значению (изображено синей линии на обоих графиках). Черная линия представляет истинное значение параметра. Разница между средним измеренной величины и истинным значением и является погрешностью. Ширина гистограммы показывает разброс отдельных измерений. Этот разброс измерений называется точностью.

Используйте правильные термины

Погрешность и точность, таким образом, имеют различные значения. Поэтому вполне возможно, что измерение является очень точным, но имеющим погрешность. Или наоборот, с малой погрешностью, но не точное. В общем, измерение считается достоверным, если оно точное, и с малой погрешностью.

Погрешность

Погрешность является индикатором корректности измерения. Из-за того, что в одном измерении точность оказывает влияние на погрешность, то учитывается среднее серии измерений.

Погрешность измерительного прибора обычно задается двумя значениями: погрешностью показания и погрешностью по всей шкале. Эти две характеристики вместе определяют общую погрешность измерения. Эти значения погрешности измерения указываются в процентах или в ppm (parts per million , частей на миллион) относительно действуюшего национального стандарта. 1% соответствует 10000 ppm .

Погрешность приводится для указанных температурных диапазонов и для определенного периода времени после калибровки. Обратите внимание, что в разных диапазонах, возможны, и различные погрешности.

Погрешность показаний

Указание процентного отклонения без дополнительной спецификации также относится к показанию. Допустимые отклонения делителей напряжения, точность усиления и абсолютные отклонения при считывании и оцифровке являются причинами этой погрешности.

Неточность показаний в 5% для значения 70 В

Вольтметр, который показывает 70.00 В и имеет спецификацию «± 5% от показаний», будет обладать погрешностью в ±3.5 В (5% от 70 В). Фактическое напряжение будет лежать между 66.5 и 73.5 вольтами.

Погрешность по всей шкале

Этот тип погрешности обусловлен ошибками смещения и ошибками линейности усилителей. Для приборов, которые оцифровывают сигналы, присутствует нелинейность преобразования и погрешности АЦП. Эта характеристика относится ко всему используемому диапазону измерений.

Вольтметр может иметь характеристику «3% шкалы». Если во время измерения выбран диапазон 100 В (равный полной шкале), то погрешность составляет 3% от 100 В = 3 В независимо от измеренного напряжения. Если показание в этом диапазоне 70 В, то реальное напряжение лежит между 67 и 73 вольтами.

Погрешность 3% шкалы в диапазоне 100 В

Из приведенного выше рисунка ясно, что этот тип допустимых отклонений не зависит от показаний. При показании 0 В реальное напряжение лежит между -3 и 3 вольтами.

Погрешность шкалы в цифрах

Часто для цифровых мультиметров приводится погрешность шкалы в разрядах вместо процентного значения.

У цифрового мультиметра с 3½ разрядным дисплеем (диапазон от -1999 до 1999), в спецификации может быть указано «+ 2 цифры». Это означает, что погрешность показания 2 единицы. Например: если выбирается диапазон 20 вольт (± 19.99), то погрешность шкалы составляет ±0.02 В. На дисплее отображается значение 10.00, а фактическое значение будет между 9.98 и 10.02 вольтами.

Вычисление погрешности измерения

Спецификации допустимых отклонений показания и шкалы вместе определяют полную погрешность измерения прибора. Ниже при расчете используются те же значения, что и в приведенных выше примерах:

Точность: ±5% показания (3% шкалы)

Диапазон: 100 В

Показание: 70 В

Полная погрешность измерения вычисляется следующим образом:

В этом случае, полная погрешность ±6.5В. Истинное значение лежит между 63.5 и 76.5 вольтами. На рисунке ниже это показано графически.

Полная неточность для неточностей показания 5% и 3% шкалы для диапазона 100 В и показания 70 В

Процентная погрешность - это отношение погрешности к показанию. Для нашего случая:

Цифры

Цифровые мультиметры могут иметь спецификацию «± 2.0% показания, + 4 цифры». Это означает, что 4 цифры должны быть добавлены к 2% погрешности показания. В качестве примера снова рассмотрим 3½ разрядный цифровой индикатор. Он показывает 5.00 В для выбранного диапазона 20 В. 2% показания будет означать погрешность в 0,1 В. Добавьте к этому численную погрешность (= 0,04 В). Общая погрешность, следовательно, 0,14 В. Истинное значение должно быть в диапазоне между 4.86 и 5,14 вольтами.

Суммарная погрешность

Зачастую в расчет принимается только погрешность измерительного прибора. Но также, дополнительно следует принимать во внимание погрешности измерительных инструментов, в том случае, если они используются. Вот несколько примеров:

Увеличение погрешности при использовании пробника 1:10

Если в процессе измерений используется щуп 1:10, то необходимо учитывать не только измерительную погрешность прибора. На погрешность также влияет входной импеданс используемого прибора и сопротивление щупа, которые вместе составляют делитель напряжения.

На рисунке выше схематически показан с подключенным к нему пробником 1:1. Если мы рассмотрим этот пробник как идеальный (нет сопротивления соединения), то приложенное напряжение передается прямо на вход осциллографа. Погрешность измерения теперь определяется только допустимыми отклонениями аттенюатора, усилителя и цепями, принимающими участие в дальнейшей обработке сигнала и задается производителем прибора. (На погрешность также влияет сопротивление соединения, которое формирует внутреннее сопротивление . Оно включается в заданные допустимые отклонения).

На рисунке ниже показан тот же самый осциллограф, но теперь ко входу подключен щуп 1:10. Этот пробник имеет внутреннее сопротивление соединения и вместе со входным сопротивлением осциллографа образует делитель напряжения. Допустимое отклонение резисторов в делителе напряжения является причиной его собственной погрешности.

Пробник 1:10, подключенный к осциллографу, вносит дополнительную погрешность

Допустимое отклонение входного сопротивления осциллографа может быть найдено в его спецификации. Допустимое отклонение сопротивления соединения щупа не всегда дано. Тем не менее, погрешность системы заявляется производителем определенного осциллографического пробника для конкретного типа осциллографа. Если щуп используется с другим типом осциллографа, нежели рекомендуемый, то измерительная погрешность становится неопределенной. Этого нужно всегда стараться избегать.

Предположим, что осциллограф имеет допустимое отклонение 1.5% и используется щуп 1:10 с погрешностью в системе 2.5%. Эти две характеристики можно перемножить для получения полной погрешности показания прибора:

Здесь — полная погрешность измерительной системы, — погрешность показания прибора, — погрешность щупа, подключенного к осциллографу, подходящего типа.

Измерения с шунтирующим резистором

Часто при измерениях токов используют внешний шунтирующий резистор. Шунт имеет некоторое допустимое отклонение, которое влияет на измерение.

Заданное допустимое отклонение шунтирующего резистора влияет на погрешность показания. Для нахождения полной погрешности, допустимое отклонение шунта и погрешность показаний измерительного прибора перемножаются:

В этом примере, полная погрешность показания равна 3.53%.

Сопротивление шунта зависит от температуры. Значение сопротивления определяется для данной температуры. Температурную зависимость часто выражают в .

Для примера вычислим значение сопротивления для температуры окружающей среды . Шунт имеет характеристики: Ом (соответственно и ) и температурную зависимость .

Ток, протекающий через шунт является причиной рассеяния энергии на шунте, что приводит к росту температуры и, следовательно, к изменению значения сопротивления. Изменение значения сопротивления при протекании тока зависит от нескольких факторов. Для проведения очень точного измерения, необходимо откалибровать шунт на дрейф сопротивления и условия окружающей среды при которых проводятся измерения.

Точность

Термин точность используется для выражения случайности измерительной ошибки. Случайная природа отклонений измеряемых значений в большинстве случае имеет тепловую природу. Из-за случайной природы этого шума не возможно получить абсолютную ошибку. Точность дается только вероятностью того, что измеряемая величина лежит в некоторых пределах.

Распределение Гаусса

Тепловой шум имеет гауссово, или, как еще говорят, нормальное распределение . Оно описывается следующим выражением:

Здесь — среднее значение, показывает дисперсию и соответствует шумового сигнала. Функция дает кривую распределения вероятностей, как показано на рисунке ниже, где среднее значение и эффективная амплитуда шума .

и

В таблице указаны шансы получения значений в заданных пределах.

Как видно, вероятность того, что измеренное значение лежит в диапазоне ± равна .

Повышение точности

Точность может быть улучшена передискретизацией (изменением частоты дискретизации) или фильтрацией. Отдельные измерения усредняются, поэтому шум значительно снижается. Также снижается разброс измеренных значений. Используя передискретизацию или фильтрацию необходимо учитывать, что это может привести к снижению пропускной способности.

Разрешение

Разрешением, или, как еще говорят, разрешающей способностью измерительной системы является наименьшая различимая измеряемая величина. Определение разрешения прибора не относится к точности измерения.

Цифровые измерительные системы

Цифровая система преобразует аналоговый сигнал в цифровой эквивалент посредством аналого-цифрового преобразователя. Разница между двумя значениями, то есть разрешение, всегда равно одному биту. Или, в случае с цифровым мультиметром, это одна цифра.

Возможно также выразить разрешение через другие единицы, а не биты. В качестве примера рассмотрим , имеющий 8-битный АЦП. Чувствительность по вертикали установлена в 100 мВ/дел и число делений равно 8, полный диапазон, таким образом, равен 800 мВ . 8 бит представляются 2 8 =256 различными значениями. Разрешение в вольтах тогда равно 800 мВ / 256 = 3125 мВ .

Аналоговые измерительные системы

В случае аналогового прибора, где измеряемая величина отображается механическим способом, как в стрелочном приборе, сложно получить точное число для разрешения. Во-первых, разрешение ограничено механическим гистерезисом, причиной которого является трение механизма стрелки. С другой стороны, разрешение определяется наблюдателем, делающем свою субъективную оценку.

Мультиметр – электронный ручной измерительный прибор, широко используемый в электротехнике и электронике для определения ключевых характеристик цепи постоянного и переменного тока. В зависимости от своей функциональной оснащенности, прибор может выполнять измерение силы тока, напряжения, сопротивления цепи, а также определять полярность.

Мультиметр состоит из корпуса, в котором размещены электронные компоненты, блок питания, дисплей или измерительная градуированная шкала, а также регулятор режима работы, с помощью которого осуществляется выбор типа и диапазона измерений.

Для удобства подключения к контактной зоной прибор оснащается щупами — металлическими заостренными стержнями с пластиковыми рукоятками, которые присоединяются к корпусу мультиметра с помощью проводов и клемм (штекеров).

Классификация мультиметров

Аналоговые мультиметры

Классические мультиметры, эксплуатируемые достаточно длительное время и в настоящее время вытесняемые цифровыми.

Имеют градуированную измерительную шкалу. Измерения выполняются с использованием массивных электронных блоков.

Аналоговые мультиметры не обеспечивают высокую точностью измерений, однако являются самыми надежными. Они позволяют выполнять измерения в условиях сильных радиопомех, что может быть невозможным с помощью современного цифрового оборудования;

Цифровые мультиметры

Современные высокоточные приборы, оснащенные компактной электроникой и удобным жидкокристаллическим дисплеем.

Позволяют выполнять измерения с минимальной погрешностью, компактны и удобны в работе. Из недостатков стоит отметить высокую чувствительность к радиопомехам и прочим типам электромагнитного излучения.

Классификация по точности выполнения измерений

Мультиметры также классифицируются по разрядности или классу точности выполняемых измерений.

Самый простой тип мультиметра имеет разрядность 2,5, что соответствует точности измерений около 10%. Популярные и широко используемые модели имеют разрядность 3,5 (точность около 1%). Мультиметры могут иметь разрядность 5 и более. Чем точнее прибор — тем выше его стоимость.

Назначение мультиметров

Мультиметры в отличие от специализированных приборов (вольтметров, амперметров и омметров) позволяют выполнять измерения всех трех основных параметров цепей переменного и постоянного тока. Как известно, такими параметрами являются: сила тока, определяемая в Амперах (А); напряжение (разность потенциалов), определяемое в Вольтах (В) и сопротивление цепи, определяемое в Омах (Ом).

Приборы находят широкое применение в сферах промышленной электротехники, электроники, а также при выполнении инженерных, строительных, эксплуатационных и ремонтных работ. Мультиметры, наряду с тестерами и контрольными лампами, очень часто используют при выполнении ремонтно-отделочных работ — на этапе устройства и подключения внутренней электросистемы. Применение мультиметра позволяет выполнить наиболее качественный монтаж и коммуникацию электрооборудования.

Порядок сборки и выполнения измерений

ВАЖНО: Убедитесь, что Ваш прибор может работать в цепи высокого напряжения (см. инструкцию по эксплуатации).

Перед тем как приступить к замерам, прибор необходимо собрать, присоединив к его корпусу проводники со щупами. При выполнении большинства измерений, и в частности, проверки внутренних электросистем помещения, используется следующий порядок подключения прибора:

• нулевой провод, маркированный черным цветом, подключается к гнезду COM;
• красный (фазный) — к гнезду для измерения напряжения, сопротивления цепи и силы тока до 200mA, расположенному выше.

ВАЖНО: Обязательно убедитесь, что у гнезда для подключения фазного щупа есть подпись, содержащая символ V. Не присоединяйте фазный щуп к третьему гнезду (измерение силы постоянного тока до 10А), при выполнении замеров в цепи переменного тока (бытовая сеть 220В) — это очень опасно.

Прозвон цепи

Прозвон (тест) цепи выполняется для проверки изоляции проводников, их целостности, а также качества сборки (коммутации). Проверка выполняется двумя способами:

1 способ (измерение сопротивления цепи)

Установите переключатель в режим измерения сопротивления цепи. Позиция переключателя диапазона измерений может быть любой.

Подключите щупы к проводникам тестируемой цепи. Если на дисплее отображается «1» (единица) — проводники не пересекаются (сопротивление максимальное), т.е. — цепь отсутствует. В зависимости от типа выполняемого исследования это может свидетельствовать как о разрыве цепи, так и об её правильной сборке — отсутствии замыкания и повреждений изоляции смежных проводников.

Если на дисплее отображается какое-либо значение, отличное от единицы — через цепь идёт ток, что может свидетельствовать о наличии замыкания смежных проводников либо служить подтверждением корректной сборки цепи (если тестируется рабочий контур). При этом чем меньше значение сопротивления отображается на дисплее — тем более качественной является сборка цепи.

Пример прозвона стандартного трехжильного кабеля на замыкание смежных контактов.

2 способ (проверка проводимости)

Установите переключатель в режим прозвона цепи (функция присутствует не во всех моделях мультиметров).

Произведите проверку линий в порядке, аналогичном описанному выше.

Проверка напряжения и заземляющего контура

Для определения величины напряжения и проверки функционирования заземляющего контура, с помощью переключателя переведите прибор в режим измерения переменного напряжения, при этом предел измерения должен превышать величину напряжения сети (220 В).

Измерение напряжения

Подключите щупы к гнездам определяемой розетки или линии.

На дисплее прибора отобразится значение измеряемого напряжения.

Полярность подключения щупов не имеет значения — при реверсном подключении (нулевой щуп к фазе, фазный — к нулю) на дисплее отобразится та же величина, но со знаком минус.

ВАЖНО: Фактическая величина сетевого напряжения постоянно меняется и, как правило, отличается от 220 В. Во время проверки на дисплее мультиметра могут отображаться значения от 200 до 280 В. В большинстве случаев это не является неисправностью.

Проверка контура заземления

Для того чтобы протестировать контур заземления, один из щупов подключите к заземляющему контакту, а другой — к фазному.

При определении заземления очень часто возникает серьёзная проблема. Контур фаза-заземление и контур фаза-нейтраль, определяются с очень похожими параметрами напряжения, из-за чего их крайне сложно различить. Если Вы не производили монтаж электропроводки самостоятельно — проводник заземления может оказаться обычным нулевым проводником.

Особенно сложно различить контуры в домах с застарелыми электрическими коммуникациями, в которых заземляющий проводник чаще всего отсутствует. Между тем, если при выполнении монтажа заземляющий проводник был соединен с нейтралью — неизбежно возникновение проблем с контрольно-измерительным электрооборудованием, а также с безопасностью бытовых приборов.

Для того чтобы избежать серьезных осложнений, перед началом электроустановочных работ убедитесь в наличии заземления на вводе в помещение (в распределительном щитке), а затем выполняйте коммутацию в точном соответствии с цветовыми маркировками проводников.

Если Вам все таки требуется определить действительное наличие заземления в уже смонтированном контуре — воспользуйтесь следующими рекомендациями:

• чаще всего (особенно в новостройках) — величина напряжения в контуре фаза-заземление немного превышает напряжение контура фаза-нейтраль;

• между нулевым проводником и заземлением может определяться напряжение — из-за наличия небольшого потенциала на нулевом проводнике.

Публикации по КИПиА

Некоторые основы

Разрешение, разрядность и отсчеты

Характеристика мультиметра, называемая разрешением, количественно определяет степень точности измерений, которые может выполнять прибор. Зная величину разрешения измерительного прибора, можно определить, сможет ли он обнаружить небольшое изменение в измеряемом сигнале.

Например, если разрешение цифрового мультиметра составляет 1 мВ для диапазона 4 В, при напряжении в 1 В можно увидеть изменение, равное 1 мВ (1/1000 одного вольта). Вы бы не стали покупать линейку с ценой деления один дюйм (или один сантиметр) при необходимости измерений с точностью до четверти дюйма (или одного миллиметра).

Градусник, измеряющий температуру тела только в целых градусах, будет малопригоден, если учесть, что нормальная температура тела составляет 36,6 °C. Вам необходим градусник с разрешением в одну десятую градуса.

Термины «разряды» и «отсчеты» используются для характеристики величины разрешения измерительного прибора. Цифровые мультиметры классифицируются по количеству отсчетов или разрядов, которые они отображают. Измерительный прибор с разрешением в 3 и 1⁄2 разряда отображает три полных разряда в диапазоне от 0 до 9 и один «полуразряд», в котором отображается только «1» или разряд остается пустым.

Измерительный прибор с разрешением в 3 и 1⁄2 разряда отображает до 1999 отсчетов разрешения. Измерительный прибор с разрешением в 4 и 1⁄2 разряда отображает до 19 999 отсчетов разрешения.

Характеристика измерительного прибора в отсчетах разрешения является более точной, чем в разрядах. Современные измерительные приборы с разрядностью в 3 и 1⁄2 разряда могут иметь еще большее разрешение до 3200, 4000 или 6000 отсчетов. Для некоторых измерений приборы с 3200 отсчетами обеспечивают более высокое разрешение.

Например, измерительный прибор с 1999 отсчетами не сможет выполнить измерение с точностью до одной десятой вольта, если вы измеряете напряжение, равное 200 В и выше. Тем не менее измерительный прибор с 3200 отсчетами отобразит одну десятую вольта при напряжении до 320 В. Если вы измеряете напряжение до 320 В, разрешение не отличается от разрешения более дорогих измерительных приборов с 20 000 отсчетов.

Погрешность

Погрешностью называется самая большая допустимая ошибка, возникающая при определенных рабочих условиях. Иными словами, это обозначение того, насколько близки отображаемые измерительным прибором величины к фактическому значению измеряемого сигнала.

Погрешность цифрового мультиметра обычно выражена в процентах от показания. Погрешность, равная одному проценту от показания, говорит о том, что для отображаемого значения в 100 В фактическое значение напряжения может быть любым в пределах от 99 до 101 В.

В технических характеристиках также может быть указан диапазон разрядов, который добавляется к базовой характеристике погрешности. Это значение обозначает число отсчетов, на которое может изменяться крайний правый разряд на дисплее. Таким образом, погрешность из предыдущего примера можно выразить в виде ± (1 % + 2). Таким образом,для отображенного значения в 100 В фактическое значение напряжения будет находиться в пределах от 98,8 до 101,2 В.

Характеристики аналогового измерительного прибора задаются погрешностью относительно полной шкалы, а не относительно отображенного значения. Типичная погрешность аналогового измерительного прибора составляет ± 2 % или ± 3 % от полной шкалы. Погрешность, равная одной десятой от полной шкалы, становится погрешностью, равной от 20 до 30 % от показания.

Типичная основная погрешность цифрового мультиметра находится в пределах от ± (0,7 % + 1) до ± (0,1 % + 1) от показания и ниже.

Закон Ома

Напряжение, силу тока и сопротивление в любом участке электрической цепи можно рассчитать с помощью закона Ома, который связывает между собой напряжение, силу ток и сопротивление. Из школьного курса физики известно, что напряжение равняется силе тока, умноженной на сопротивление (см. рис. 1).

Таким образом, если известны любые два значения в формуле, третье значение можно определить. В цифровом мультиметре закон Ома используется для непосредственного измерения и отображения значений сопротивления, силы тока или напряжения. Ниже вы узнаете, как использовать цифровой мультиметр для быстрого получения необходимой информации.

, амперметра и омметра . Иногда выполняется мультиметр в виде токоизмерительных клещей . Существуют цифровые и аналоговые мультиметры.

Мультиметр может быть как лёгким переносным устройством, используемым для базовых измерений и поиска неисправностей, так и сложным стационарным прибором со множеством возможностей.

Энциклопедичный YouTube

1 / 3

✪ RM409b Digital MULTIMETER Обзор нового мультиметра RICHMETERS

✪ RM109 MULTIMETER TRUE RMS Лучший МУЛЬТИМЕТР из Китая

✪ Мультиметр RM403B. Самый необычный Multimeter - АВТОМАТ

Субтитры

Цифровые мультиметры

Наиболее простые цифровые мультиметры имеют портативное исполнение. Их разрядность 2,5 цифровых разряда (точность обычно около 10 %). Наиболее распространены приборы с разрядностью 3,5 (точность обычно около 1,0 %). Выпускаются также чуть более дорогие приборы с разрядностью 4,5 (точность обычно около 0,1 %) и существенно более дорогие приборы с разрядностью 5 разрядов и выше (так, прецизионный мультиметр 3458A производства Keysight Technologies (до 3 ноября 2014 г. Agilent Technologies) имеет 8,5 разрядов). Среди таких мультиметров встречаются как портативные устройства, питающиеся от гальванических элементов, так и стационарные приборы, работающие от сети переменного тока. Точность мультиметров с разрядностью более 5 сильно зависит от диапазона измерения и вида измеряемой величины, поэтому оговаривается отдельно для каждого поддиапазона. В общем случае точность таких приборов может превышать 0,01 % (даже у портативных моделей).

Многие цифровые вольтметры (например В7-22А, В7-40, В7-78/1 и т. д.) по сути также являются мультиметрами, поскольку способны измерять кроме напряжения постоянного и переменного тока также сопротивление, силу постоянного и переменного тока, а у ряда моделей также предусмотрено измерение ёмкости, частоты, периода и т. д.). Также к разновидности мультиметров можно отнести скопметры (осциллографы-мультиметры), совмещающие в одном корпусе цифровой (обычно двухканальный) осциллограф и достаточно точный мультиметр. Типичные представители скопметров - АКИП-4113, АКИП-4125, ручные осциллографы серии U1600 фирмы Keysight Technologies и т. д.).

Разрядность цифрового измерительного прибора, например, «3,5» означает, что дисплей прибора показывает 3 полноценных разряда, с диапазоном от 0 до 9, и 1 разряд - с ограниченным диапазоном. Так, прибор типа «3,5 разряда» может, например, давать показания в пределах от 0,000 до 1,999 , при выходе измеряемой величины за эти пределы требуется переключение на другой диапазон (ручное или автоматическое).

Индикаторы цифровых мультиметров (а также вольтметров и скопметров) изготавливаются на основе жидких кристаллов (как монохромных, так и цветных) - APPA-62, В7-78/2, АКИП-4113, U1600 и т. д., светодиодных индикаторов - В7-40, газоразрядных индикаторов - В7-22А, электролюминисцентных дисплеев (ELD) - 3458A, а также вакуумно-люминесцентных индикаторов (VFD) (в том числе и цветных) - В7-78/1.

Типичная погрешность цифровых мультиметров при измерении сопротивлений, постоянного напряжения и тока менее ±(0,2 % +1 единица младшего разряда). При измерении переменного напряжения и тока в диапазоне частот 20 Гц…5 кГц погрешность измерения ±(0,3 %+1 единица младшего разряда). В диапазоне высоких частот до 20 кГц при измерении в диапазоне от 0,1 предела измерения и выше погрешность намного возрастает, до 2,5 % от измеряемой величины, на частоте 50 кГц уже 10 %. С повышением частоты повышается погрешность измерения.

Входное сопротивление цифрового вольтметра порядка 11 МОм (не зависит от предела измерения, в отличие от аналоговых вольтметров), ёмкость - 100 пФ, падение напряжения при измерении тока не более 0,2 В. Питание портативных мультиметров обычно осуществляется от батареи напряжением 9В. Потребляемый ток не превышает 2 мА при измерении постоянных напряжений и токов, и 7 мА при измерении сопротивлений и переменных напряжений и токов. Мультиметр обычно работоспособен при разряде батареи до напряжения 7,5 В .

Количество разрядов не определяет точность прибора. Точность измерений зависит от точности АЦП , от точности, термо- и временной стабильности применённых радиоэлементов, от качества защиты от внешних наводок, от качества проведённой калибровки .

Типичные диапазоны измерений, например для распространённого мультиметра M832:

• постоянное напряжение: 0..200 мВ, 2 В, 20 В, 200 В, 1000 В
• переменное напряжение: 0..200 В, 750 В
• постоянный ток: 0..2 мА, 20 мА, 200 мА, 10 А (обычно через отдельный вход)
• переменный ток: нет
• сопротивления: 0..200 Ом, 2 кОм, 20 кОм, 200 кОм, 2 МОм.

Аналоговые мультиметры

Устройство

Аналоговый мультиметр состоит из стрелочного магнитоэлектрического измерительного прибора (микроамперметра), набора добавочных резисторов для измерения напряжения и набора шунтов для измерения тока. В режиме измерения переменных напряжений и токов микроамперметр подключается к резисторам через выпрямительные диоды . Измерение сопротивления производится с использованием встроенного источника питания, а измерение сопротивлений более 1..10 МОм - от внешнего источника.

Особенности и недостатки

• Недостаточно высокое входное сопротивление в режиме вольтметра.

Технические характеристики аналогового мультиметра во многом определяются чувствительностью магнитоэлектрического измерительного прибора. Чем выше чувствительность (меньше ток полного отклонения) микроамперметра, тем более высокоомные добавочные резисторы и более низкоомные шунты можно применить. А значит, входное сопротивление прибора в режиме измерения напряжений будет более высоким, падение напряжения в режиме измерения токов будет более низким, что уменьшает влияние прибора на измеряемую электрическую цепь. Тем не менее, даже при использовании в мультиметре микроамперметра с током полного отклонения 50 мкА , входное сопротивление мультиметра в режиме вольтметра составляет всего 20 кОм/В . Это приводит к большим погрешностям измерения напряжения в высокоомных цепях (результаты получаются заниженными), например при измерении напряжений на выводах транзисторов и микросхем, и маломощных источников высокого напряжения. В свою очередь, мультиметр с недостаточно низкоомными шунтами вносит большую погрешность измерения тока в низковольтных цепях.

• Нелинейная шкала в некоторых режимах.

Аналоговые мультиметры имеют нелинейную шкалу в режиме измерения сопротивлений. Кроме того, она является обратной (нулевому значению сопротивления соответствует крайнее правое положение стрелки прибора). Перед началом измерения сопротивления необходимо выполнить установку нуля специальным регулятором на предней панели при замкнутых входных клеммах прибора, так как точность измерения сопротивления зависит от напряжения внутреннего источника питания. Шкала на малых пределах измерения переменного напряжения и тока также может быть нелинейной.

• Требуется правильная полярность подключения.

Аналоговые мультиметры, в отличие от цифровых, не имеют автоматического определения полярности напряжения, что ограничивает удобство их использования и область применения: они требуют правильной полярности подключения в режиме измерения постоянных напряжений/токов, и практически непригодны для измерения знакопеременных напряжений/токов .

Основные режимы измерений

• ACV (англ. alternating current voltage - напряжение переменного тока) - измерение переменного напряжения.
• DCV (англ. direct current voltage - напряжение постоянного тока) - измерение постоянного напряжения.
• DCA (англ. direct current amperage - сила постоянного тока) - измерение постоянного тока.
• Ω - измерение электрического сопротивления.

Дополнительные функции

В некоторых мультиметрах доступны также функции:

• Измерение силы переменного тока.
• Прозво́нка - измерение электрического сопротивления со звуковой (иногда и световой) сигнализацией низкого сопротивления цепи (обычно менее 50