Прецизионный цифровой мультиметр Mastech MS8218 (Hardware). Мультиметры

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 .

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, также известный как тестер – современный измерительный прибор, использующийся для замера всех основных характеристик электронных схем. Он измеряет сопротивление, силу тока, напряжение, емкость и другие параметры. Большинство моделей из представленных на рынке умеют работать как с постоянным, так и с переменным, то есть синусоидальным, током. Рассмотрим, какие у данных приборов имеются основные характеристики и насколько точны показания и в зависимости от разновидности устройства.

Точность измерений и разрядность

Основных характеристик у мультиметра ровно две: точность измерения и разрядность индикатора. Самые простые и доступные модели отличаются невысокой точностью – погрешность показаний составляет порядка 10%, а также разрядностью 2,5. С ростом класса прибора и его цены точность существенно возрастает, равно как и разрядность. Стоит сразу отметить, что погрешность всех тестеров так же сильно зависит от типа проводимых измерений и диапазона, в котором проводится проверка. В лучшем случае погрешность составляет порядка 0,01%.

Следует отметить и такой параметр, как входное сопротивление мультиметра. Схема тестера такова, что и сам прибор обладает неким сопротивлением, которое принято записывать в технических документах в килоомах на вольт (кОм/В). Ранее использовались приборы с 10 или 20 кОм/В, причем последние обладали чуть большей точностью. Однако современные приборы обладают в сотни раз более высоким сопротивлением, что полностью нивелирует его влияние на точность показания прибора. В большинстве случаев подобный параметр даже не указывается в инструкции на тестер.

Основные знаки на панели

Чтобы правильно провести измерения, необходимо разобраться в обозначениях на панели мультиметра. Ручка прибора может находиться в положении «выключено» – OFF. Она также может указывать на один из диапазонов.

Режим измерения напряжения постоянного тока обозначается как DCV, а переменногоACV (встречается также V~). Зона измерения силы постоянного тока – DCA. Сопротивление традиционно обозначают греческой буквой «омега» – Ω. Разъем для черного провода щупа имеет обозначение COM. Обычно слева присутствует разъем для проверки транзисторов.

Это основные обозначения, но у каждой модели могут быть свои особенности и возможности.

Разновидности

Среди всего ассортимента моделей на рынке, можно выделить две основные разновидности мультиметров: цифровые и аналоговые. Сегодня чаще всего встречаются именно первые, но и классические тестеры также не торопятся уходить в прошлое – они до сих пор востребованы профессионалами.

Причин подобной популярности несколько. Прежде всего, точность цифровых приоров зависит от внешних условий. Она может значительно падать, если приходится работать в условиях сильного электромагнитного поля или радиопомех. Кроме того, они требуют дополнительного источника питания, и по мере выхода его из строя показания все сильнее отклоняются от точных.

Аналоговые

Главными достоинствами классических моделей является надежность и невысокая цена. К сожалению, их точность несколько ниже, а разброс показателей при измерении, напротив, выше. Погрешность среднестатистического аналогового мультиметра составляет порядка 2% от предела измерений по шкале прибора.

Цифровые

Главным отличием является то, что в цифровых моделях все показания отображаются на жидкокристаллическом дисплее. Данные приборы в отличие от аналоговых могут похвастаться большей точностью измерений, вплоть до 0,5% от фактического значения. Кроме того, цифровые модели отличаются большим разрешением измерительной системы. Таким образом, они обеспечивают большую точность измерений с большим количеством знаков после запятой.

Индикация

Дополнительные возможности

Помимо само собой разумеющихся силы тока, напряжения и сопротивления, современные модели также могут производить и прочие измерения. В их числе индуктивность, емкость, а при помощи специального датчика или термопары они могут измерять еще и температуру. Принцип продвинутой модели позволяет справляться с измерением длительности импульсов, интервалов между ними, частоты.

Практически все модели могут производить прозвонку схемы, то есть проверку ее целостности. В случае если ее сопротивление падает ниже заданной величины, прибор издает звуковой сигнал.

Разновидности по уровням

Сегодня в продаже представлены мультиметры, которые можно условно разбить на несколько уровней, в том числе – и по параметру цены. Прежде, чем остановить свой выбор на какой-то определенной модели, следует определить, какие параметры и с какой точностью мультиметр должен будет измерять.

Также немаловажно обратить внимание на элемент питания прибора – рекомендуются мультиметры на пальчиковых батарейках, так как элементы питания типа крона найти сложнее, а стоят они дороже.

В общей массе приборы по характеристикам и цене можно разделить на три уровня:

начальный. Тестеры ценой до 1000 рублей. Наиболее простые приборы малоизвестных брендов. Нередко встречаются курьезы, когда одна и та же модель продается под разрывными производителями;
средний. В пределах 3000 рублей. Представлены продукцией Uni Trend, Mastech, Victor, CEM и подобных;
профессиональные. Наиболее дорогие. Тестеры подобного уровня выпускают APPA, Uni Trend, Fluke, CEM.

Рассмотрим характеристики и возможности мультиметров более пристально.

Тестеры начального уровня

Мультиметр начального уровня чаще всего приобретается для домашнего использования. Такие модели не могут похвастаться собым качеством щупов, экрана или даже корпуса. Со временем у тестеров начального уровня трескаются и ломаются кабели.

При продаже у таких устройств достаточно редко указывается погрешность, так как она в любом случае достаточно высока. Но точности мультиметра вполне достаточно для домашнего использования. Подобными устройствами может быть прозвонена принципиальная электрическая схема, проверено наличие тока в розетке, измерено напряжение и т.п. Учитывая области использования, требования, предъявляемые к подобным устройствам, минимальны.

Тестеры среднего уровня

Модели среднего уровня изготавливаются из более качественных материалов, а некоторые дополнительно облачены в противоударный чехол. Провода к измерительным щупам куда длиннее и крепче. В руководстве к мультиметрам среднего уровня часто указана схема, а также диапазоны и погрешность измерений. Данные модели мультиметров не внесены в Госреестр, так что для предприятий и работающих по лицензии они будут непригодны. Аудитория покупателей – радиолюбители, мелкие организации и энтузиасты-ремонтники.

Уровень измерений в данных мультиметрах порядка 1000 В и до 20 А. Из дополнительных возможностей следует выделить автоматический выбор диапазона, защиту от перегрузки, бесконтактный индикатор напряжения. Средняя погрешность – порядка 0,5%.

Профессиональные модели

Мультиметры обладают самым качественным корпусом, чаще всего противоударным, экран отличается максимальной информативностью. Измерительные провода мягкие и удобные, со временем сохраняют свою прочность. Инструкция указывает все параметры приборов, погрешность измерения минимальна, вплоть до 0,025%.

Данные мультиметры востребованы на предприятиях, при производстве электроники. Практически все внесены в государственный реестр. Гарантия на профессиональные устройства достигает 3 лет.

Из дополнительных возможностей: связь с ПК через USB, режим относительного измерения, линейная шкала, пониженное электропотребление, до 5 разрядов индикации, широкий диапазон работы.

Госреестр

Отдельные модели мультиметров внесены в государственный реестр. Госреестр – это специальный список, составленный Росстандартом, в котором приводятся средства измерений. Каждый из подобных приборов в обязательном порядке проходит проверку в центре метрологии или подобной лаборатории. Строгий контроль используется для приборов, подпадающих под закон о единстве измерений. Только такие мультиметры могут использоваться на военных и медицинских предприятиях.

Для того чтобы подобрать тестер для себя, вовсе не обязательно досконально знать устройство мультиметра. Достаточно определить, какие именно задачи должен будет выполнять прибор, а также какая точность от него требуется. Это позволит выбрать оптимальный вариант, не переплачивая за лишнюю в данной ситуации точность и дополнительные опции.

Мультиметр

Цифровой мультиметр

Комбинированный прибор «Ц4324»

Мультиметр высокой точности Gossen Metra Hit 23S. Базовая погрешность 0,05 % измеряемой величины + 3 младших разряда

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

Аналоговый мультиметр состоит из стрелочного магнитоэлектрического измерительного прибора, набора добавочных резисторов для измерения напряжения и набора шунтов для измерения тока. Измерение сопротивления производится с использованием встроенного или от внешнего источника.

Советские аналоговые мультиметры чаще всего производились под шифром, начинающимся с буквы Ц, из-за чего широко распространилось их неофициальное название «цэшка».

Одним из первых измерительных приборов такого рода был тестер ТТ-1 , комбинированный измерительный прибор - один из первых, и первый массово изготовленный промышленностью СССР, портативных измерительных приборов. Прибор ТТ-1 имел огромную значимость для народного хозяйства СССР по причине того что это первый массовый прибор для настройки электрооборудования выпущенный в массовом количестве, в послевоенные годы, в количестве сотен тысяч штук. Например, максимальный пиковый объём выпуска рыбинским приборостроительным заводом до 8000 данных приборов в месяц. Прибор изначально предназначался для армии, однако простая, надежная и удобная конструкция обеспечили популярность прибора во всех сферах народного хозяйства. Даже в настоящее время, несмотря на появление новой элементной базы, концепции измерительных приборов такого класса принципиально не изменились (диапазоны, методы измерения величин, способы переключения электрических цепей, способ работы), что свидетельствует о тщательно продуманной конструкции прибора ТТ-1.

Прибор ТТ-1 стал одним из первых переносных тестеров распространенных в СССР, успех прибора определил делнейшее направление приборов данного типа. На основе тестера ТТ-1 были созданы десятки подобных приборов, и получившие распространение, например в учебных заведениях СССР. Приборы созданные на основе ТТ-1 это, например, ТТ-2, «Школьный», АВО-63 и многие другие.

В последующих приборах устранили недостатки прибора ТТ-1, повысили удобство и надежность работы, в более новых приборах данного класса, таких как: ТТ-2, ТТ-3 и ТЛ-4, «Школьный», ТЛ-4М, Ц20, Ц52, Ц57, Ц434, Ц435, Ц4311, Ц4313, Ц4324, Ц4328, Ц4341, Ц43101, Ц4352, Ф4313, АВО-5, АВО-5М1, АВО-63.

Модернизация касалась например материала и формы корпуса, металл, или более легкий карболит. Факта наличия или отсутствие переключателя рода измерения (разработчик повышая надежность работы, жертвует усложнением коммутации при переходе с одного режима измерения на другой режим). Выбор типа переключателя, например, ламельно-контроллерного типа вместо галетного (который в ТТ-1 был слабым местом). В последующих приборах отказались от купроксного выпрямитея в пользу германиевых диодов типа Д2Б. Расширили пределы измерения напряжения до 1000 В, добавляли нижний предел от 0-2 В, 0-0,2 мА с целью повышения точности измерения.

Технические характеристики, возможности измерения первых аналоговых приборов, выпускаемых серийно в 1952 году были скромными, для сравнения приведем параметры тестера ТТ-1:

При этом сопротивление прибора при измерении постоянного напряжения 5 кОм/вольт максимального значения выбранного диапазона, для переменного напряжения 3,3 кОм/вольт.

Отсчет производится непосредственно по шкале. Погрешность измерения составляет:

±3 % от номинального значения шкал постоянного тока
±5 % от максимального значения шкал переменного тока
±10 % от величины измеряемого сопротивления.

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 тока постоянного тока) - измерение постоянного тока.
Ω - измерение электрического сопротивления.

Дополнительные функции

В некоторых мультиметрах доступны также функции:

Прозво́нка - измерение электрического сопротивления со звуковой (иногда и световой) сигнализацией низкого сопротивления цепи (обычно менее 50 Ом).
Генерация тестового сигнала простейшей формы (гармонической или импульсной) - как своеобразный вариант прозвонки.
Тест диодов - проверка целостности полупроводниковых диодов и нахождение их «прямого напряжения».
Тест транзисторов - проверка полупроводниковых транзисторов и, как правило, нахождение их h 21э (например, тестеры ТЛ-4М, Ц-4341).
Измерение электрической ёмкости (Ц-4341).
Измерение индуктивности (редко).
Измерение температуры , с применением внешнего датчика (как правило, термопара К-типа).
Измерение частоты гармонического сигнала.
Измерение большого сопротивления (обычно до сотен МОм; требуется дополнительное питание)
Измерение большой силы тока (с использованием подключаемых/встроенных токовых клещей)

И служебные:

Автоотключение питания
Подсветка дисплея
Фиксирование результатов измерений (отображаемое значение и/или максимальное)
Автоматическое определение пределов
Индикация разряда батарейки
Индикация перегрузки
Режим относительных измерений
Запись и хранение результатов измерений

Примечания

Литература

Бензарь В. К. Словарь-справочник по электротехнике, промышленной электронике и автоматике. - 2-е изд., пер. и доп. - Мн. : Вышэйшая школа, 1985. - С. 7. - 176 с.

Современные мультиметры - это многофункциональные приспособления, позволяющие быстро проводить измерения различных электро- и радиовеличин. В специализированных торговых точках имеется большой выбор таких устройств, при этом цена на них может разниться в несколько раз. Чтобы понять, какой лучше выбрать мультиметр, следует определиться с требованиями, предъявляемыми к нему, и понимать, в чём заключаются отличия разных моделей.

Мультиметр - понятие, произошедшее от английского multimeter (функциональный измеритель). Он представляет собой электроизмерительное устройство, объединяющее в себе несколько функций. Мультиметр может выпускаться как портативного вида, так и стационарного применения. Переносные приборы предназначены для проведения измерений и поиска неисправностей в широком диапазоне измеряемых величин. Приборы стационарного вида, являясь узкоспециализированными, используются для научных и профессиональных исследований. Мультиметры по принципу работы разделяют на два типа:

аналоговый;
цифровой.

И у одного, и у другого типа есть как преимущества, так и недостатки. Но большей популярностью пользуется цифровой тестер. Это обусловлено более наглядным получением результата измерений по сравнению с аналоговым типом и более удобной работой с ним.

В своей работе аналоговые устройства модифицируют получаемый сигнал в силу тока, а затем измеряют эту величину. Цифровые же, используя интегральные усилители в схемотехнике, преобразуют сигнал в разность потенциалов, и только после этого измеряют параметры.

Аналоговый тип прибора

Первые приборы, предназначенные для измерения параметров, представляли собой стрелочные устройства. В их конструкции применялась электромеханическая головка, представляющая собой рамку, находящуюся в переменном магнитном поле. На эту головку подавался сигнал через сопротивление фиксированного значения. В результате стрелка в рамке отклонялась до определённого положения, зависящего от силы тока. Диапазон перемещения стрелки был ограничен и проградуирован числами, которые и обозначали вычисляемые значения той или иной величины.

Технические параметры стрелочного устройства во многом связаны с чувствительностью электромеханической головки. Главным преимуществом такого типа тестера является его способность к инерционности и невосприимчивость к внешним помехам, что особенно важно для измерения постоянного напряжения и величины сопротивления. При замерах постоянной величины напряжения мультиметр проинтегрирует результат до среднеквадратичного значения. Для расширения диапазона применяются добавочные сопротивления.

При определении того, какой мультиметр выбрать для дома или автомобиля, стрелочным приборам отдаётся малый процент предпочтения. Это связано с главной характеристикой тестера - классом точности.

В первую очередь, «стрелочники» используются не ради точности, а ради удобства: отклонившуюся стрелку наблюдать комфортней, чем присматриваться к цифрам. Такие измерения нужны для специфического вида операций, которые в бытовом понимании мало используются.

Для аналоговых устройств класс точности обозначается числом - например, 0,01 или 4,0. Это число обозначает наибольшую неточность прибора. Выражается оно в процентном отношении от максимального показателя, измеряемого в выбранном интервале работы. В режиме вольтметра, имеющего интервал измерения от нуля до тридцати вольт, класс точности равный единице указывает, что неточность при отклонении стрелки в любом месте шкалы не превысит 0,3 вольта. Это значит, что среднее квадратичное показание прибора составит 0,1 В.

Такое значение при измерении малых напряжений составит очень большое число вероятной ошибки вычисления. Например, для сигнала с амплитудой 0,5 вольта получить точный результат не выйдет, так как погрешность будет составлять 60%.

Следует учитывать ещё и такой момент: не всегда производители указывают погрешность для всех типов измерений. Но самостоятельно её определить несложно. Класс точности прибора всегда согласован с ценой деления шкалы. Поэтому если величина погрешности неизвестна, то её значение вычисляется как половина цены наименьшего деления его шкалы.

Устройство цифрового вида

В основе устройства цифрового мультиметра лежит использование микросхемы аналого-цифрового преобразования (АЦП). Она представляет собой бескорпусный элемент (кристалл), впаивающийся непосредственно на плату устройства. Сочетание АЦП с цифровым экраном позволяет достичь в тестерах такого вида высокого класса точности. Работа прибора заключается в сравнении получаемого сигнала с опорным напряжением. Стабильность и точность показаний зависят именно от настройки этого опорного напряжения и стабильности параметров, применяемых в конструкции радиоэлементов.

В отличие от аналоговых тестеров, основной характеристикой цифровых мультиметров является их разрядность. Например, при выборе цифрового мультиметра с разрядностью 2,5, полученная точность показаний прибора будет лежать в пределах 10%. Существуют приборы с разрядностью 3,5; 4,5; 5 и более. Цена на устройства растет в зависимости от класса разрядности: чем он выше, тем цена будет дороже. При этом величина разрядности зависит не только от каждого вида измерений отдельно, но и ещё от его поддиапазона.

Так, средняя неточность цифровых мультиметров при измерениях импеданса, постоянного напряжения и тока составляет ± 0,2%. При замерах синусоидального сигнала в интервале частот от 18 Гц до 5 кГц неточность измерений составляет ±0,3%. При этом с увеличением частоты сигнала неточность измерений увеличивается. Это означает, что для частот до 20 кГц ошибка измерений возрастает до 2,5% от значения измеряемого параметра, а на частоте 50 кГц она уже составит 10%.

Для обеспечения работы мультиметра обычно используется батарея типа «КРОНА» c рабочим напряжением девять вольт. Сам прибор даёт проводить измерения при уменьшении этого значения до 8 вольт, после чего результаты не будут соответствовать действительности. Чтобы этого избежать, устройства оборудуются сигнализатором, высвечивающим на дисплее мигающую батарейку, что и обозначает необходимость замены элемента питания.

Поэтому перед выбором цифрового мультиметра для дома важно определиться с тем, какая точность прибора потребуется при измерениях. Оптимальным и недорогим будет прибор с разрядностью не менее 3,5 - то есть, с точностью около 1,0%.

Возможности и характеристики

Между собой мультиметры отличаются не только принципом действия, но и возможностью измерять те или иные величины. Любое многофункциональное устройство имеет базовые и дополнительные функции.

К базовым режимам работы относят:

амперметр;
вольтметр;
омметр.

При этом можно измерять как переменные значения сигналов, так и постоянные. Дополнительные режимы дают возможность проверить прибором ёмкость, индуктивность, частоту, температуру и p-n переход. Некоторые измерители представляют собой мобильные осциллографы, благодаря чему можно наблюдать и форму сигнала. Но не всегда дешёвый прибор имеет мало функций. Часто устройства, имеющие базовые функции, стоят дороже, чем иной функциональный тестер. Это объясняется качеством измерения и видом защиты, которая используется в приборе.

Во время подбора тестера следует обратить внимание на следующие функции:

Качественный мультиметр должен оборудоваться защитой режимов измерений. В случае ошибочно выбранного уровня она должна предохранять прибор от возможного повреждения. Кроме этого, востребованными функциями являются автовыключение питания, память измеренных результатов, автоматический выбор предела тестирования и подсветка. Стоит обратить внимание и на форму тестера и на то, из какого материала выполнен корпус прибора.

Критерии выбора

Подходя к решению о том, какой хороший мультиметр лучше выбрать, нужно обозначить необходимые критерии выбора. Это, как правило, цена на прибор и задачи, для которых он приобретается. Если его планируется использовать для бытовых нужд, правильным вариантом окажется недорогой мультиметр с базовыми режимами работы, что позволит быстро провести измерения, исследовать целостность проводки или вычислить, насколько разряжен аккумулятор в машине.

Профессионалам, занимающимся ремонтами или исследовательской деятельностью, подобрать прибор будет лучше в соответствии с их родом деятельности. Для них чаще всего востребованным будет узкоспециализированный мультиметр вида осциллографа. Электрикам при необходимости работы с электроустановками понадобится не только высокая точность, но и защита, степень которой соответствует правилам электробезопасности.