Какое значение переменного напряжения измеряет мультиметр

Статьи

При применении стрелочного мультиметра, его необходимо класть на горизонтальную поверхность, поскольку в других положения точность показаний заметно ухудшается. Мультиметр не следует оставлять включенным, даже в том случае, если на приборе отсутствует положение «выкл.». Прибор не следует оставлять в режиме омметра, поскольку в этом режиме заряд батареи постоянно теряется. Переключатель лучше поставить в режим измерения напряжения.

Проверка напряжения, сопротивления, тока.

Напряжение (режим вольтметра) измеряется следующим образом: если требуется измерить постоянное напряжение ставится dcv (или V=), если переменное — acv (или V~), подключаются щупы и результат выводится на дисплей, если на экране ничего нет, то нет и напряжения. Если величина измеряемого напряжения не известна (например, батарейка типа «Крона» имеет постоянное напряжение 9В, а в бытовая розетка 220В переменного напряжения), то измерение следует начинать с самого большого предела измерения, уменьшая предел измерения до тех пор, пока измеряемая величина не окажется максимально близка к пределу измерения, но при этом все еще будет меньше его. К примеру, для измерения постоянного напряжения устанавливается предел 200В и при измерении напряжения получается значение равное 12,0 В. Полученное значение напряжение 12В меньше следующего после 200В предела измерения мультиметра от 0 до 20В, а значит необходимо выбрать этот предел измерения. Измерив тоже самое напряжение 12,0В на пределе 20В можно получить наиболее точное значение напряжения 11,98В.

При измерении сопротивления (Ω) (режим омметра), щупы прикасаются к двум концам того объекта, сопротивление которого необходимо узнать. Тем же способом в режиме омметра пользуются при «прозвоне» провода или дорожки на обрыв.

Измерение силы постоянного тока (dca или А)(режим амперметра) отличается тем, что щупы мультиметра должны быть «врезаны» в цепь, как будто это один из компонентов этой самой цепи. Измерения следует начинать с наибольшего предела измерения.

Проверка резисторов.

Чтобы быть уверенным в том, что никакие другие элементы схемы цепи не окажут влияния на результат, необходимо выпаять резистор из электрической цепи хотя бы одним концом. Щупы подключаются к двум концам резистора и затем показания омметра сравниваются со значением сопротивления, которое указано на самом резисторе. При проверке стоит учитывать величину допуска (возможные отклонения от нормы), т.е. если по маркировке, номинально, резистор на 200кОм и допуском ± 15%, его действительное сопротивление может быть в пределах 170-230 кОм. Однако, при более серьезных отклонениях резистор считается неисправным.

При проверке переменных резисторов, сначала измеряется сопротивление между крайними выводами (при этом сопротивление должно соответствовать номиналу резистора), а затем подключив щуп мультиметра к среднему выводу, поочередно замеряется сопротивление с каждым из крайних выводов. При вращении оси переменного резистора, сопротивление должно изменяться плавно, от нуля до его максимального значения. Для таких случаев удобнее пользоваться аналоговым мультиметром, наблюдая за движением стрелки, нежели за быстро меняющимися цифрами на жидкокристалическом экране цифрового мультиметра.

Проверка диодов.

При наличии функции проверки диодов, то щупы просто подключаются к диоду. При этом в одну сторону диод «звонится», а в другую нет. Если такой функции нет, то переключатель устанавливается на 1кОм в режиме измерения сопротивления и после этого проверяется диод. Подключая красный вывод мультиметра к аноду диода, а черный — к катоду, можно увидеть его прямое сопротивление. При обратном подключении — сопротивление будет настолько высоко, что на данном пределе измерения прибор ничего не покажет. Если диод «пробит», то в любую сторону его сопротивление будет равно нулю, если оборван, то сопротивление в любую сторону будет бесконечно большим.

Проверка конденсаторов.

Для проверки конденсаторов рекомендуется использовать специальные приборы, однако обычный аналоговый мультиметр тоже может быть полезен. Пробой конденсатора можно обнаружить при помощи проверки сопротивления между его выводами, в таком случае сопротивление будет равно нулю. Повышенную утечку конденсатора обнаружить сложнее.

При подключении мультиметра в режиме омметра к выводам электролитического конденсатора, при соблюдении полярности (плюс к плюсу, минус к минусу), внутренние цепи прибора заряжают конденсатор, при этом стрелка медленно ползет вверх, отображая увеличение сопротивления. Чем выше номинал конденсатора, тем медленнее движется стрелка. Когда она практически остановится, необходимо изменить полярность, после чего стрелка должна начать возвращаться в нулевое положение. Если что-то не так, то вероятнее всего конденсатор имеет утечку и к дальнейшему использованию он не пригоден.

Проверка транзисторов.

Обычный биполярный транзистор это, по сути, два диода, подключенных навстречу друг к другу. Зная, как проверяются диоды, несложно проверить и такой транзистор. Однако, стоит учитывать, что транзисторы бывают разных типов, (p-n-p) — когда их условные диоды соединены катодами, и (n-p-n) — когда они соединены анодами. Для измерения прямого сопротивления транзисторных (p-n-p) переходов, минус мультиметра подключается к базе, а плюс поочередно к коллектору и эмиттеру. Измеряя обратное сопротивление необходимо изменить полярность. Для проверки транзисторов (n-p-n) типа все проделывается наоборот. Таким образом, переходы база-коллектор и база-эмиттер в одну сторону должны прозваниваться, в другую — нет.

Статьи

Мультиметр – это многофункциональный прибор, который измеряет сопротивление, напряжение и силу постоянного и переменного тока.

Помимо стандартного набора измерений современные мультиметры способны проводить замеры температуры (с помощью внутреннего датчика или внешней термопары), емкости и индуктивности, частоты (Гц и об/мин), а также длительности импульсов и интервалы между импульсами в случае импульсного сигнала. Почти все мультиметры умеют осуществлять проверку целостности цепи, сопровождающуюся подачей звукового сигнала при ее сопротивлении ниже определенной величины, так называемую «прозвонку». Современные приборы могут обладать такими функциями, как проверка полупроводниковых приборов (падение напряжения на pn-переходе, коэффициент усиления транзисторов), а также генерация простого тестового сигнала (обычно меандр определенной частоты). Многие модели именитых производителей обладают возможностями вычисления и графическим дисплеем для отображения формы сигнала. Купить мультиметр с интересующими Вас параметрами вы всегда можете в ООО «ТД «Автоматика».

Дополнительно, мультиметр может иметь специальные сервисные функции:

— таймер выключения питания;

— автоматический выбор предела измерения (переключатель режима служит лишь для выбора измеряемой величины, а предел измерения прибор определяет сам);

— фиксация (удержание) показаний.

Благодаря мощным цифровым процессорам мультиметры имеют возможность вычислять истинное среднеквадратичное значение измеряемого сигнала с учетом или без учета высших гармоник. Это важно для диагностики проблем в силовых сетях с нелинейными нагрузками, т.к. только мультиметры с функцией среднеквадратичного измерения могут использоваться при таких измерениях. При использовании обычных цифровых мультиметров размер ошибки, в зависимости от формы сигнала, может достигать десятков процентов.

Результаты измерений могут подвергаться цифровой обработке при удержании максимальных (пиковых) значений, при относительных измерениях с вычислением дБ, при пересчете значений по закону Ома, а также при запоминании нескольких измерений с вычислением средней величины по нескольким отсчетам.

Точность и разрешение прибора – это важнейшие характеристики мультиметров. Разрешение зависит от разрядности АЦП и количества отображаемых на дисплее знаков. Однако, независимо от количества знаков дисплея, точность прибора определяется характеристиками АЦП мультиметра и алгоритмом вычислений. Как правило, погрешность указывается в процентах от измеряемой величины. Для портативных мультиметров она не выходит за пределы от 0,025 до 3%, в зависимости от вида измеряемой величины и класса прибора.

Новые мультиметры с графическим дисплеем могут отображать форму сигнала, т.о., их даже можно отнести к простейшим осциллографам. Т.е. мультиметр как бы вбирает в себя свойства все большего числа приборов. Кроме того, некоторые мультиметры обладают возможностью работы под управлением компьютера, передавая на него результаты измерений для дальнейшей обработки (портативные — как правило, через интерфейс RS-232, а настольные — по GPIB).

Конструктивно, приборы отличаются размером дисплея, видом органов управления (клавиши, переключатель, дисковый переключатель), типом элементов питания. Выбранный прибор должен соответствовать предполагаемым условиям эксплуатации, а его корпус должен обеспечивать достаточную защиту. Существуют мультиметры во взрывозащищенном исполнении.

Большое значение имеет защита входов мультиметра и электробезопасность прибора (защита от поражения электротоком при попадании на входы высокого напряжения). С точки зрения электробезопасности, согласно международным стандартам IEC1010-10, мультиметры подразделяются на четыре класса: CAT I — для работы с низковольтными цепями электронных узлов, CAT II — для локальных цепей питания, CAT III — для распределительных цепей питания в зданиях, и CAT IV — для работы на аналогичных цепях вне зданий. Входы мультиметров могут быть защищены несколькими способами: электронным или электромеханическим (термозащита), а также при помощи обычного предохранителя или же комбинированным способом.

Выбирая мультиметр, не стоит забывать и про наличие аксессуаров к нему. В случаях, когда требуется измерение тока или температуры, вам будут необходимы токовые клещи или температурные пробники. Если мультиметр будет использоваться в промышленных условиях, то вам понадобятся защитный резиновый башмак или поясная сумка. Нужно иметь в виду время работы прибора от батареи, и задуматься, не стоит ли выбрать прибор с питанием от аккумуляторов. Мультиметр также может поставляться в комплекте со всеми аксессуарами, или в комплекте со всеми токоизмерительными приборами.

Измерения физических среднеквадратических величин переменного тока

Мультиметры с реальными среднеквадратическими показаниями, как приборы Keysight серии Truevolt, измеряют потенциал нагревания применяемого напряжения. Питание, рассеиваемое в резисторе, пропорционально квадрату применяемого напряжения вне зависимости от формы сигнала. Этот мультиметр точно измеряет реальное среднеквадратическое напряжение или ток, пока форма волны содержит энергию, которая незначительно выше эффективной полосы пропускания измерительного прибора.

Обратите внимание, что приборы Keysight серии Truevolt используют те же технологии для измерения реальных среднеквадратических показаний напряжения и силы тока. Полоса пропускания эффективного напряжения переменного тока составляет 300 кГц, тогда как полоса пропускания эффективного переменного тока составляет 10 кГц.

Функции измерения напряжения переменного тока и переменного тока цифрового мультиметра используются для определения среднеквадратического значения, связанного по переменному току. В этом цифровом мультиметре измеряется только «тепловая способность» компонентов переменного тока входного сигнала (постоянный ток не учитывается). Как видно из рисунка выше, для синусоидальных, треугольных волн и волн прямоугольной формы значение, связанное по переменному току, и значение суммы переменного и постоянного тока равны, поскольку эти сигналы не имеют смещения постоянного тока. Однако в несимметричных сигналах (например, в последовательности импульсов) присутствует напряжение постоянного тока, которое отклоняется в реальных измерениях среднеквадратических значений Keysight, связанных по переменному току. Это обеспечивает значительные преимущества.

Реальное измерение среднеквадратических значений, связанных по переменному току, требуется при измерении слабых сигналов переменного тока в присутствии значительных смещений постоянного тока. Например, эта ситуация является обычной при измерении импульсов переменного тока, присутствующих в источниках питания постоянного тока. Однако, бывают ситуации, когда может потребоваться определить реальное среднеквадратическое значение суммы переменного и постоянного тока. Можно определить это значение, объединив результаты измерений постоянного и переменного тока, как показано ниже.

Для наилучшего отклонения шума переменного тока необходимо выполнять измерения постоянного тока, используя время интегрирования, равное времени выполнения 10 циклов питания линии.

Высокая точность среднеквадратических значений и высокочастотные компоненты сигнала

Обычным заблуждением является то, что поскольку мультиметр переменного тока использует среднеквадратические значения, характеристики синусоидальной волны применяются ко всем сигналам. На самом деле форма входного сигнала в значительной степени влияет на точность измерений при использовании любого мультиметра, особенно когда этот входной сигнал содержит высокочастотный компонент, выходящий за пределы полосы пропускания прибора.

Например, рассмотрим последовательность импульсов, один из наиболее сложных сигналов для мультиметра. Ширина импульса этого сигнала в значительной степени определяет его высокочастотное содержимое. Частотный спектр отдельного импульса определяется интегралом Фурье. Частотный спектр последовательности импульсов предтсавляет собой ряд Фурье, в котором выполняется выборка с использованием интеграла Фурье на одинаковой частоте повторений входного импульса (prf).

На рисунке ниже показан интеграл Фурье от двух сильно различающихся импульсов: один с широкой полосой пропускания (200 мкс), а другой – с узкой полосой пропускания (6,7 мкс). Полоса пропускания тракта ACV в цифровом мультиметре составляет 300 кГц; поэтому частотные компоненты свыше 300 кГц не измеряются.

Обратите внимание, что спектр sin(πfT)/πfT узкого импульса значительно превышает эффективную полосу пропускания прибора. Общий результат – менее точное измерение широкого высокочастотного импульса.

Напротив частотный спектр широкого импульса падает значительно ниже полосы пропускания 300 кГц (приблизительно) мультиметра, поэтому измерения для такого импульса являются более точными.

Сокращение prf приводит к увеличению плотности линий в спектре Фурье и увеличению части входной спектральной энергии сигнала в пределах полосы пропускания мультиметра, что способствует повышению уровня точности.

Таким образом, погрешности при измерении среднеквадратических значений возникают, когда входная энергия сигнала является существенной при частотах выше полосы пропускания мультиметра.

Оценка высокочастотных (вне полосы) погрешностей

Обычно при описании форм сигналов используется коэффициент амплитуды (Ка). Коэффициент амплитуды представляет отношение пикового значения к среднеквадратичному значению сигнала. Например, для последовательности импульсов коэффициент амплитуды приблизительно равен квадратному корню значения, обратного коэффициенту заполнения.

Обратите внимание, что коэффициент амплитуды – это сложный параметр, который зависит от ширины импульса и частоты повторения; одного коэффициента амплитуды недостаточно для характеристики частотных компонентов сигнала.

Обычно для цифровых мультиметров предлагается таблица отклонения от номинальных значений коэффициента амплитуды, которая применима ко всем частотам. Алгоритм измерения, используемый в цифровых мультиметрах серии Truevolt, по конструкции не чувствителен к коэффициенту амплитуды, поэтому отклонение от номинальных значений в данном случае не предусмотрено. При использовании этого мультиметра, как описано в предыдущем разделе, основным является высокочастотное содержимое сигнала, которое выходит за пределы полосы пропускания прибора.

Для периодических сигналов по коэффициенту амплитуды и частоте повторения можно определить объем высокочастотного содержимого и связанные погрешности измерения. Первый переход через нулевой уровень простого импульса возникает при f₁ = 1/t_p.

В результате этого происходит мгновенное воздействие на высокочастотное содержимое, выполняется идентификация места пересечения в виде функции коэффициента амплитуды: f₁=(CF 2 )(prf).

В следующей таблице показаны типичные погрешности для различных импульсных сигналов в виде функции входной частоты импульса.

Типичная погрешность для сигналов прямоугольной формы, треугольных сигналов и последовательностей импульсов Ка=3, 5 или 10
prf	прямоугольный сигнал	треугольный сигнал	Ка=3	Ка=5	Ка=10
200	-0,02%	0,00%	-0,04%	-0,09%	-0,34%
1000	-0,07%	0,00%	-0,18%	-0,44%	-1,71%
2000	-0,14%	0,00%	-0,34%	-0,88%	-3,52%
5000	-0,34%	0,00%	-0,84%	-2,29%	-8,34%
10000	-0,68%	0,00%	-1,75%	-4,94%	-26,00%
20000	-1,28%	0,00%	-3,07%	-8,20%	-45,70%
50000	-3,41%	-0,04%	-6,75%	-32,0%	-65,30%
100000	-5,10%	-0,12%	-21,8%	-50,6%	-75,40%

В этой таблице представлены дополнительные погрешности для каждого сигнала, которые добавляются к значению из таблицы точных значений в спецификации прибора.

Данные спецификаций действительны для Ка ≤ 10, если энергия сигнала незначительно выходит за пределы полосы пропускания 300 кГц для напряжения или 10 кГц для тока. Производительность мультиметра не задана для Ка > 10 или для случаев, когда сигнал значительно выходит за пределы полосы пропускания.

Пример

Последовательность импульсов с уровнем 1 среднеквадратических В измеряется в диапазоне 1 В. Она имеет высоту импульса 3 В (т. е. Ка равен 3) и длительность 111 мкс. Можно вычислить prf для 1000 Гц следующим образом.

Таким образом, из таблицы выше понятно, что для измерения этого сигнала переменного тока можно использовать погрешность 0,18 %.

Измерение напряжения переменного тока

1. Установите поворотный регулятор в положение ṽ. На некоторых цифровых мультиметрах (DMM) предусмотрен вариант m ṽ. Если напряжение в цепи неизвестно, установите максимальное значение напряжения и переведите переключатель в положение ṽ. Примечание. При запуске большинства мультиметров включается режим автоматического переключения диапазона. Диапазон измерения выбирается автоматически с учетом имеющегося напряжения.
2. Сначала вставьте черный провод в разъем COM.
3. Затем вставьте красный провод в разъем VΩ. По завершении измерения отсоедините провода в обратном порядке: сначала красный, затем черный.
4. Подсоедините измерительные провода к цепи: сначала черный провод, затем — красный. Примечание. Напряжение переменного тока не имеет полярности. Предостережение! Не прикасайтесь пальцами к наконечникам проводов. Не допускайте соприкосновения наконечников между собой.
5. Прочитайте результат измерения на экране. По завершении отсоедините сначала красный провод, затем — черный.

Другие полезные функции при измерении напряжения переменного тока

1. Нажмите кнопку RANGE (Диапазон), чтобы выбрать определенный фиксированный диапазон измерения.
2. Нажмите кнопку HOLD (Удержание), чтобы выполнить устойчивое измерение. Его результаты можно просмотреть после завершения измерения.
3. Нажмите кнопку MIN/MAX (МИН./МАКС.), чтобы выполнить измерение максимальных и минимальных значений. Цифровой мультиметр издает звуковой сигнал при регистрации каждого нового показания.
4. Нажмите кнопку относительного измерения (REL), чтобы задать определенное контрольное значение мультиметра. Отображаются результаты измерений выше и ниже контрольного значения. Примечание. Избегайте распространенной и серьезной ошибки: ни в коем случае не вставляйте измерительные провода в неправильные входные разъемы. Это может привести к возникновению опасного дугового разряда. Перед измерением напряжения переменного тока убедитесь, что красный провод вставлен во входное гнездо с маркировкой V, а не A. На экране должен отображаться символ ṽ. Если измерительные провода вставлены в гнезда с маркировкой A или MA, при измерении напряжения в измерительной цепи возникнет короткое замыкание.

Анализ результатов измерений напряжения переменного тока

• Обычно в разных распределительных сетях напряжение переменного тока может колебаться.
• Если результат измерения отличается от ожидаемого, то, скорее всего, он будет ниже нормального.
• В целом отклонения при измерении напряжения в системах электропитания переменного тока должны быть в пределах −10 % и +5 %.
• Значения напряжения при измерении в различных точках системы различаются. См. таблицу ниже.

Диапазоны напряжения системы*
Питание	Диапазон обслуживания		Диапазон в точке потребления
	Удовлетворительно	Допустимо	Удовлетворительно	Допустимо
120, 1Φ	114 — 126	110 — 127	110 — 126	106 — 128
120/240, 1Φ	114/228 — 126/252	110/220 — 127/254	110/220 — 126/252	106/212 — 127/254
120/208, 3Φ	114/197 — 126/	110/191 — 127/220	110/191 — 126/218	106/184 — 127/220
120/240, 3Φ	114/228 — 126/252	110/220 — 127/254	110/220 — 126/252	106/212 — 127/254
277/480, 3Φ	263/456 — 291/504	254/440 — 293/508	254/440 — 291/504	264/424 — 293/508