Что такое цифровой мультиметр?

Что такое цифровой мультиметр?

Цифровой мультиметр обычно используется для измерения основных электрических характеристик, таких как постоянное напряжение, переменное напряжение, постоянный ток и сопротивление. Более дорогие модели могут измерять более экзотические профили мощности, включая те, которые фиксируют сложные данные на основе переменного тока. Например, мощность переменного тока основана на частоте. Высококачественные цифровые мультиметры способны регистрировать пиковые и средние токи, которые сохраняются в разных позициях на форме волны переменного тока. Эти данные можно использовать для устранения проблем с импедансом, коррекции коэффициента мощности и многого другого.

На устройстве, в то время как обычные вольтметры, амперметры и измерители сопротивления имеют аналоговые дисплеи, на которых стрелка измерителя указывает измеренное значение, цифровой мультиметр называется цифровым мультиметром, потому что он имеет несколько функций измерения и трех-восьмизначные числовые дисплеи. Также доступны модели с расширенными функциями измерения, такими как емкость, частота переменного тока и температура.

Компактные и легкие модели, подходящие для использования на строительных площадках, также называются цифровыми тестерами. Количество отображаемых цифр составляет около 4, а точность измерения обычно составляет от 0,05 до 0,1% для постоянного напряжения и от 0,5 до 1% для переменного напряжения. Хотя точность недостаточна для точных измерений в лаборатории, их легко использовать для наружных применений. В ожидании такого использования также доступны модели с прочной конструкцией, выдерживающей падения.

Применение цифровых мультиметров

Цифровые мультиметры используются в различных ситуациях, включая измерения в лабораториях, электрическую настройку продуктов на заводских производственных линиях, а также строительные и технические осмотры электроустановок.

Они часто встраиваются в энергопринимающее оборудование и панели управления питанием. В таких случаях, в дополнение к основным параметрам, таким как ток, напряжение и сопротивление, некоторые имеют встроенные функции для измерения емкости, частоты и температуры.

Помимо специализированных приложений, описанных выше, доступны также недорогие модели для использования в обычных бытовых электронных конструкциях.

Принцип работы цифровых мультиметров

Ядро цифрового мультиметра (DMM) состоит из высокоточного, высокоразрешающего аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и процессора, который вычисляет значения измерений на основе цифрового выхода. АЦП преобразует аналоговый сигнал, полученный в ходе процедуры тестирования, в цифровое распознаваемое измерение, которое затем обрабатывается микрочипом. Средства сбора данных аналоговых измерений описаны ниже.

1. Измерение постоянного напряжения

Напряжение между двумя зондами преобразуется в напряжение в динамическом диапазоне через усилитель или аттенюатор, который влияет на напряжение, либо усиливая его (для низкого напряжения), либо ослабляя его (для высокого напряжения), чтобы оно стало входным напряжением, которое передается на аналого-цифровой преобразователь. Процессор вычисляет напряжение между зондами на основе цифрового значения, коэффициента усиления усилителя и коэффициента ослабления аттенюатора и отображает значение постоянного напряжения на дисплее.

2. Измерение переменного напряжения

Переменное напряжение преобразуется в постоянное напряжение через выпрямительную схему, затем подается на аналого-цифровой преобразователь, и значение переменного напряжения отображается на дисплее с помощью того же процесса, что и постоянное напряжение.

3. Измерение сопротивления

Постоянный ток подается на измеряемое сопротивление через два зонда от источника постоянного тока, встроенного в цифровые мультиметры. Постоянное напряжение, появляющееся на обоих концах зондов, подается на АЦП для измерения напряжения на обоих концах измеряемого резистора. Из этого значения напряжения и текущего значения источника постоянного тока процессор вычисляет измеряемое значение сопротивления.

4. Измерение тока

Для измерения постоянного тока напряжение на обоих концах микрорезистора, генерируемое измеряемым током, протекающим через цифровые мультиметры, подается на вход аналого-цифрового преобразователя. Процессор вычисляет значение тока из выходного значения аналого-цифрового преобразователя и отображает текущее значение на дисплее. Для переменного тока переменное напряжение на обоих концах микрорезистора преобразуется в постоянное напряжение с помощью выпрямительной схемы и подается на вход аналого-цифрового преобразователя.

5. Аналого-цифровой преобразователь

Аналого-цифровой преобразователь цифровых мультиметров требует очень высокой точности (высокого разрешения), например, 24 бита или более для 7-разрядного дисплея, поэтому обычно используется тип с двойным интегралом. Поэтому время, необходимое для преобразования, относительно велико, и несколько измерений в секунду — это максимум, который можно сделать. Однако, уменьшая количество отображаемых цифр и сокращая время преобразования аналого-цифрового преобразователя, можно сократить время измерения.

Как использовать цифровые мультиметры

Ниже приведено описание использования цифровых мультиметров

1. Измерения напряжения и тока

В цифровых мультиметрах измеряемая система подключается между двумя входными клеммами, клеммами Hi и Lo. При измерении постоянного напряжения подключите клемму Hi к стороне высокого напряжения, а клемму Lo — к стороне постоянного напряжения, и напряжение на стороне клеммы Hi будет отображаться на основе потенциала на стороне клеммы Lo. При измерении постоянного тока, если измеряемый ток течет от клеммы Hi и от клеммы Lo, значение тока отображается как положительное, а в противоположном направлении — как отрицательное. При измерениях переменного напряжения, тока и сопротивления полярность учитывать не нужно.

2. Настройка диапазона измерений

Для общего использования функция AutoRange автоматически переключается на оптимальный диапазон для напряжения и тока в пределах максимального входного номинала, поэтому нет необходимости искать оптимальный диапазон. Однако, если вам нужно сократить время измерения, например, при настройке производственной линии, вам нужно будет вручную установить диапазон на основе ожидаемого значения измерения.

3. Влияние на измеряемую цепь

Подключение цифровых мультиметров может повлиять на измеряемую систему и вызвать колебания измеренных значений. Например, если цифровые мультиметры подключены к цепи с очень высоким импедансом, например, при измерении выходного напряжения оптического датчика в темной среде, его внутреннее сопротивление может нагрузить измерительную систему, что приведет к более низкому значению, чем исходное выходное напряжение.

Аналогично, при измерении тока в цепи с малым импедансом, незначительное сопротивление для обнаружения напряжения, присутствующее в цифровых мультиметрах, может вызвать немалую ошибку в измеряемой цепи. Поэтому следует учитывать влияние цифровых мультиметров на измеряемую цепь, прежде чем решать, использовать цифровые мультиметры или нет.

4. Измерение низкого сопротивления

Существуют цифровые мультиметры, которые могут выполнять 4-контактные измерения для измерения сопротивления. Как подразумевает термин «4-контактный», он состоит из пары источников питания постоянного тока и пары вольтметров. Источник питания постоянного тока подключается к обоим концам измеряемого резистора. Вольтметр подключается к клеммам постоянного тока измеряемого резистора.

Вольтметр измеряет напряжение на обоих концах резистора, помещая зонд внутрь клемм постоянного тока в точке на стороне резистора. Сопротивление рассчитывается из этого измеренного напряжения и значения постоянного тока. Поскольку контактное сопротивление клеммы постоянного тока не влияет на измеряемое напряжение, а контактное сопротивление зонда вольтметра пренебрежимо мало по сравнению с внутренним сопротивлением вольтметра, которое обычно достигает 10 МОм, можно точно измерить низкое сопротивление.