Электрический мультиметр: тестер для электротехнических измерений

Аналоговые мультиметры

Устройство аналогового электроизмерительного тестера

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 аналоговых электроизмерительных приборов

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 передней 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.

Описание электроизмерительного прибора мультиметра

Мультиметр – это многофункциональный электроизмерительный прибор, совмещающий в себе возможности измерения таких параметров электрического тока как его сила, напряжение, сопротивление, емкость, температура нагрева элементов цепи, их прозвонка, тест на обрыв и целостность цепи, диодный тест и многое другое.
В современной практике данный прибор может быть выполнен как в стационарном исполнении (обычно это сложные многофункциональные настольные устройства; применяемые в лабораторных условиях, благодаря высокой точности и высоким уровням измеряемых параметров), так и в виде миниатюрного ручного или карманного прибора, удобного для поиска неисправностей и проведения базовых измерений в полях.

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: