Какое значение переменного напряжения измеряет мультиметр

Основы использования цифровых мультиметров

12.08.15 17:03

Цифровые и аналоговые дисплеи

Для высокой точности и разрешения лучше выбирать мультиметр с цифровым дисплеем, который позволяет отображать от трех разрядов для каждого измерения. Аналоговый дисплей со стрелкой обладает меньшей точностью и более низким разрешением, поскольку значения между делениями приходится оценивать приблизительно.

Столбчатая диаграмма показывает изменения и тренды сигнала, как и аналоговая стрелка, но диаграмма более долговечна и меньше подвержена повреждениям.

Напряжение постоянного и переменного тока
Измерение напряжения

Измерение напряжения — это одна из основных функций цифрового мультиметра. Типичным источником напряжения постоянного тока является аккумулятор, наподобие установленного в вашем автомобиле.

Напряжение переменного тока обычно создается генератором. Типичный источник напряжения переменного тока -домашние настенные розетки.

Некоторые устройства преобразуют переменный ток в постоянный. Например, в таком электронном оборудовании, как телевизоры, стереосистемы, видеомагнитофоны и компьютеры, которые подключаются к настенной розетке переменного тока, используются так называемые выпрямители, которые преобразуют переменный ток в постоянный. Это постоянное напряжение обеспечивает питание электронных цепей в устройствах.

Проверка на наличие необходимого питающего напряжения — это обычно первое, что делают специалисты во время поиска неисправности в цепи. Если напряжение отсутствует или оно слишком высокое или низкое, то прежде всего необходимо устранить проблему с напряжением.

Формы сигнала напряжения переменного тока могут быть синусоидальными (синусоиды) или несинусоидальными (пилообразный, прямоугольный, пульсирующий сигналы и т.п.). На дисплее цифрового мультиметра для измерения истинных среднеквадратичных значений отображается среднеквадратичное значение этих форм сигнала напряжения.

Среднеквадратичное значение является эффективным или эквивалентным значением постоянного тока для напряжения переменного тока. Многие цифровые мультиметры выдают «усредненные показания», то есть среднеквадратичные значения показаний являются точными только в том случае, если сигнал напряжения переменного тока представляет собой чистую синусоиду.

Измерительные приборы с «усредненными показаниями» не способны точно измерять несинусоидальные сигналы. Точное измерение несинусоидальных сигналов выполняют цифровые мультиметры для измерения истинных среднеквадратичных значений в соответствии с заданным для цифрового мультиметра коэффициентом амплитуды.

Коэффициент амплитуды — это отношение пикового значения сигнала к среднеквадратичному значению. Для чистой синусоиды коэффициент равен 1,414, однако часто его значение бывает гораздо выше, например, для импульса тока выпрямителя. Таким образом, измерительный прибор с усредненными показаниями часто отображает значение намного ниже действительного среднеквадратичного значения.

Способность цифрового мультиметра измерять напряжение переменного тока может зависеть от частоты сигнала. Большинство цифровых мультиметров могут точно измерять напряжение переменного тока с частотой от 50 до 500 Гц, однако существуют цифровые мультиметры, диапазон измерения переменного тока которых составляет сотни килогерц.

Такой прибор может измерять более высокие значения, потому что он лучше «видит» сложный сигнал переменного тока. В характеристиках цифрового мультиметра для измерений напряжения и силы переменного тока должен указываться диапазон частот вместе с точностью диапазона.

Мультиметр

Мультиметр — это измерительный прибор, предназначенный для снятия широкого спектра показателей:

• Измерение переменного напряжения.
• Измерение постоянного напряжения.
• Измерение сопротивления тока.
• Измерение силы тока.
• Проверка целостности диодов и определение их полярности.

Многие современные мультиметры также могут рассчитывать коэффициент усиления транзисторов, проводить прозванивание цепи на короткое замыкание. Более дорогие модели этого измерительного устройства имеют ряд дополнительных функций: замер температуры с помощью температурного щупа, замер емкости конденсаторов, замер индуктивности катушки.

Обычно все современные цифровые мультиметры имеют следующее устройство:

• Лицевая панель прибора, на которой расположен жидкокристаллический индикатор.
• Многопозиционный переключатель выбора режима работ и пределов измерения.
• Панель для проверки транзисторов.
• Гнезда для подключения щупов.

Наружная область переключателя на лицевой панели разбита на сектора с указанием следующих функций:>

• DCV и ACV – контроль напряжений соответственно постоянного и переменного тока.
• DCA – измерение величины постоянного тока до 200мА.
• 10DCA – измерение величины постоянного тока до 10 ампер;.
• — проверка диодов.
• — функция дозвонки.
• hFE – проверка транзисторов.
• Ω – контроль сопротивления.
• 1,5v – 9v (или другой диапазон)– измерение напряжения элементов питания.
• COM – минусовое гнездо, общее для всех замеров.
• VΩmA – плюсовое гнездо, общее для всех замеров за исключением 10DCA.
• 10A (или другой предел)– гнездо для замера больших токов.

В каждом секторе можно выбирать требуемый предел измерения, устанавливая переключатель в нужное положение.

Перед измерениями электрических параметров цепей обратите внимание на правильность выбора сектора и предела измерения – невнимание или забывчивость могут привести к поломке прибора.Так, например, измерения постоянный ток величиной более 200 мА необходимо красный провод вставить в соответствующее гнездо.

Предупреждение ! Запомните следующее правило: если измеряемые значения напряжения или силы тока заранее неизвестны, то для предотвращения выхода мультиметра из строя устанавливайте его переключатель на максимально возможный предел измерений. И только после этого (если показания слишком малы или — не точны) переключайте прибор на предел, ниже текущего.

Как пользоваться мультиметром: подробная инструкция по применению

Электромонтажные работы невозможны без измерения напряжения, сопротивления и иных характеристик электрического тока. Сделать это можно при помощи разных устройств, но удобнее и надежнее всего мультиметр. Этот компактный прибор подойдет как для дома, так и для профессионального применения. В последнем случае можно выбрать многофункциональные модели с десятком дополнительных опций, которые облегчают выполнение поставленных задач и расширяют возможности мастера.

Что измеряют тестером

Мультиметры настолько разнообразны по набору функций, что можно подобрать прибор конкретно под запланированные задачи. Тестер незаменим при ремонте электроники и бытовой техники, с его помощью можно прозвонить провода и определить место разрыва. Использование мультиметра значительно ускоряет проведение работ и позволяет избежать электротравм от тока.

С помощью надежных мультиметров всегда можно измерить:

• силу электрического тока и его напряжение;
• сопротивление на определенном участке цепи или отдельных ее элементов;
• температуру;
• индуктивность;
• емкость накопителей энергии (конденсаторов);
• «прозвонка» цепи на обрыв.

Помимо стандартного набора функций в мультиметре могут быть предусмотрены и дополнительные опции. Приборы могут быть с подсветкой, что особенно удобно в условиях плохой видимости, режимом тестирования диодов, автоотключением питания при длительном неиспользовании устройства. В некоторых инновационных моделях можно зафиксировать результаты измерений и сохранить их во внутренней памяти аппарата. Удобная для пользователей опция – индикация перегруза и отражение заряда батареи.

Качественные приборы спроектированы с защитой, отключающей аппарат при некорректной настройке предела измерений. Несмотря на всю простоту конструкции, нужно знать, как пользоваться мультиметром, так как иначе полученные данные могут быть недостоверными.

Виды мультиметров

Все приборы для измерения свойств электрического тока делятся на две большие группы – аналоговые и цифровые.

Аналоговые приборы – это стрелочные мультиметры, в основе их конструкции магнитноэлектрические чувствительные измерители, шунты и добавочные резисторы. Информация, полученная во время проверки, отражается на градуированной шкале путем отклонения стрелки.

Аналоговые приборы ценятся за:

• низкую цену;
• высокую чувствительность ко всем изменениям в электроцепи;
• точность снятия показаний независимо от помех.

Эти приборы вполне подходят для применения дома, если речь идет о ремонте не слишком высокочувствительной электроники. Их недостатками считаются:

• высокая погрешность результатов;
• необходимость в предварительной подготовке – для нелинейной шкалы нужно перед измерениями настраивать устройство при помощи регулятора;
• сниженное внутреннее сопротивление устройства;
• отсутствие режима, при котором полярность определяется автоматически.

Аналоговым прибором нельзя измерить напряжение и переменный ток. Тем не менее, такой мультиметр востребован при тестировании электронных компонентов, когда необходимо точно установить тенденцию и направление величины.

Цифровые тестеры появились относительно недавно. Это усовершенствованные мультиметры, точно и быстро измеряющие все необходимые для работы параметры. Именно такими приборами рекомендуется пользоваться новичкам, так как они просты в обслуживании и выдают высокоточные измерения.

К преимуществам цифровых моделей мультиметров относят:

• Получение понятной информации. На экран выводится число в нужных единицах с 1 или 2 знаками после запятой. То есть расшифровывать видимое значения не нужно;
• В случае замены полярность числа отображаются сразу со знаком минус;
• Внутреннее сопротивление прибора оптимальное, поэтому погрешность сведена к минимуму.

В цифровых мультиметрах хорошо продумано управление, выводимые на экран значения видны максимально четко, а разобраться в устройстве прибора сможет и человек без технического образования.

Однако и у таких моделей есть определенные минусы. В первую очередь они имеют высокую чувствительность, поэтому при помехах могут выдать неверную информацию. Искажаться измерения могут, если заряд батареи критически снижен. В большинстве моделей экран тусклый, поэтому необходимо работать в условиях достаточной освещенности.

В цифровых тестерах предусмотрен разъем для их подключения через кабель к компьютеру. Это необходимо для того, чтобы вести запись измерений, обрабатывать и анализировать результаты.

Конструкция мультиметра

Мультиметр считается универсальным устройством для измерения основных характеристик электрического тока. Прибор с минимальной комплектацией включает в себя омметр (сопротивление), вольтметр (напряжения) и амперметр (силы тока). В более подвинутых моделях функционал значительно расширен. Разнообразие измерительных инструментов позволяет подобрать устройство под свои нужды.

Форма тестера обычно прямоугольная, на передней панели имеются кнопочные или простые поворотные тумблеры изменения режимов и дисплей. Замеры проводятся при помощи двух стандартных щупов (разноцветных), которые подключаются по бокам прибора с учетом нанесенных на корпус обозначений. Маркировка пишется английскими буквами или общепринятыми символами. Работать с мультиметром необходимо имея хотя бы минимальные знания об устройстве электротехники.

Тестеры разделены на зоны, показывающие определенный вид напряжения в обследуемой электрической сети:

• ACV (V~). Эта зона показывает переменный ток;
• Маркировка DCV (V-). Зона прибора, показывающая постоянный ток;
• Ω. Значок сопротивления в электротехнике или на обследуемом участке электроцепи;
• DCA (A-). Зона измерения постоянного тока

Количество гнезд, в которые вставляются щупы, может быть различными и зависит от функций модели. Подключать щупы необходимо только в правильные разъемы. Большинство производителей используют стандартную маркировку гнезд:

• 10А-. Этот разъем для плюсового датчика (красного), используется при замерах показателей постоянного тока силой не более 10 А;
• VΩmA (VΩ, V/Ω). Так маркируют разъем для плюсового щупа при измерении постоянного тока (до 200 мА), напряжения и для прозвонки электрической цепи;
• COM (COMMOM). Идентичный на всех типах мультиметров разъем, в который вставляется черный щуп;
• 20 А. Это гнездо обычно есть только на профессиональных тестерах. Разъем используется также, как и 10 А, но предел измерений достигает уже 20 А.

К каждому новому прибору обязательно прикладывается инструкция, на которую необходимо ориентироваться, выбирая гнезда для подключения щупов. Обязательно ее нужно изучать, если вы приобрели прибор с десятком новых функций, особенно если вы раньше пользовались только простым мультиметром.

Особенности работы мультиметра

Тем, кто имеет самые минимальные знания в устройстве и работе электротехнических приборов, использовать мультиметр будет легко. Ниже приведена информация для тех, кто раньше не сталкивался с тестером. Однако, необходимо понимать, что при отсутствии элементарного опыта при неправильной эксплуатации тестера возможно поражение электрическим током, что может быть крайне опасно для человека.

Измерение постоянного напряжения

Этот режим предназначен для измерения имеющегося напряжения в элементах питания. В большинстве электрических цепей потенциал постоянного тока в пределах 24 А. Чтобы снять показания, прибор в первую очередь переводится в нужное положение. Замер (при отсутствии точных данных) рекомендуется начинать делать, поставив переключатель в максимальное значение. После этого диапазон постепенно уменьшается до тех пор, пока не получится нужная размеренность. Если на дисплее вы видите значение 003, то это указывает на необходимость снижения диапазона.

Если на дисплее отражается 1 или любое другое некорректное число, то в большинстве случаев это указывает на неправильно выставленный режим мультиметра. Вторая причина проблемы – низкий предел определяемого параметра. Иначе говоря, напряжение в источнике питания должно быть меньше в сравнении с пределом, выбранном вами на тестере.

Обратите внимание! Если на дисплее устройства результат показан с минусом, то нужно проверить полярность подсоединения щупов («плюс» должен быть подключен к «плюсу», а «минус» к «минусу»).

Режим для измерения напряжения активируется переключением в зону ACV. На стандартных мультиметрах есть два диапазона – один до 200 В, второй до 750 В. Для определения напряжения в бытовой электрической сети в 220 В переключатель необходимо выставить на положение 750 В и в каждое отверстие сетевой розетки вставить по щупу. На дисплее вы увидите напряжение, которое есть в сети именно в момент измерения. Нормальные показания соответствует значению 210-230 В, отклонение от этих величин уже не считается нормой.

Измерение силы переменного и постоянного тока

Простые мультиметры измеряют только постоянный ток в электрических проводах. Если нужны параметры переменного, то потребуются приборы, в комплект которых входят токоизмерительные приспособления – клещи.

Измерение постоянного тока проводится по следующему алгоритму:

• переключатель прибора переводится в режим DCA;
• щуп-датчик в красной обмотке подсоединяется к гнезду с маркировкой 10 А, черный вставляется в разъем COM;
• если значение тока в пределах 200 мА, то красный датчик нужно переставить в гнездо с маркировкой 200 мА.

Однако измерения даже при известных значениях лучше начинать с вставки щупа в гнездо 10 А, в последующем его при необходимости можно будет переставить. Это позволит избежать перегрева и выхода из строя мультиметра. Аналогично поступают и с переключателем. То есть вначале выставляют максимальный ток, затем диапазон плавно снижают до минимальной величины в 2000 мА.

При измерении значения нужно помнить о том, что щупы нужно подключать черный к «плюсу» проводника, а красный к «плюсу» источника питания.

При измерении переменного тока нужны клещи, в которых реализован принцип электромагнитной индукции. Определяют ток бесконтактным методом, помещая проводник в электромагнит. Первичный, то есть измеряемый ток, будет пропорционален тому, который появляется на обмотке электромагнита, то есть вторичному. За счет такой работы прибора очень просто рассчитывается требуемое значение переменного тока.

При проведении измерений на тестере выбирается максимальный предел, проводник вводится внутрь клещей и на дисплее сразу появляется показатель в амперах.

Определение мультиметром сопротивления

Чтобы найти сопротивление нужно переключатель перевести в режим Ω и найти требуемый диапазон. Один датчик помещают к одному из входов, второй соответственно к другому. На экране сразу высветится величина сопротивления. Меняя диапазон, находят размерность электрического сопротивления. Если на экране вы видите 0, то нужно снизить диапазон, а если цифру 1, то его нужно повысить.

Прозвон проводов

Прозвон проводят для определения целостности электрических проводов. Мультиметр при использовании определяет в замкнутом контуре цепи сопротивление. Если сопротивление приближается к нулю, то это указывает на то, что контур замкнут. Большинство аппаратов при этом издают звуковой сигнал, поэтому этот способ и называется прозвонкой.

Предварительно мультиметр переключается в нужный режим, один датчик присоединяется к одному из концов проводника, другой ко второму концу. Если индикация (звуковая, световая или в виде информации на экране) есть, то цепь считается целой.

Определение мультиметром температуры

Приборы, которые могут определять температуру, поставляются в комплекте вместе с термопарой, так называют проводники из разных металлов. При контакте тестера с температурной средой между концами термопары образуется электропотенциал. Его измерение позволяет определить и температуру тестируемого объекта.

Мультиметры могут потребоваться даже дома в самый неожиданный момент, поэтому самый простой тестер желательно всегда иметь под рукой. Как пользоваться мультиметром может показать любой электрик, много информации о работе с устройством есть и в интернете. Но если вы не уверены в своих возможностях, то лучше для измерений напряжения, сопротивления и других значений приглашать специалиста. Тем, кто профессионально занимается обслуживанием электроприборов и электрических сетей нужны для работы модели с максимальным набором функций.

г. Москва, ул. Электродная, д. 2, стр. 12

Офис: с 8:45 до 17:30, в пятницу до 16:00

Склад: с 10:00 до 16:00, в пятницу до 15:00

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 %.