Multimeter - Multimeter

En analog multimeter, Sanwa YX360TRF

En multimeter är ett mätinstrument som kan mäta flera elektriska egenskaper. En typisk multimeter kan mäta spänning , motstånd och ström , i så fall är det också känt som en volt-ohm-milliammeter ( VOM ), eftersom enheten är utrustad med voltmeter , ammeter och ohmmeter- funktion. Vissa har mätning av ytterligare egenskaper som temperatur och volym.

Analoga multimetrar använder en mikroammeter med en rörlig pekare för att visa avläsningar. Digitala multimetrar ( DMM , DVOM ) har numeriska displayer och har gjort analoga multimetrar föråldrade eftersom de är billigare, mer exakta och mer fysiskt robusta än analoga multimetrar.

Multimetrar varierar i storlek, funktioner och pris. De kan vara bärbara handhållna enheter eller mycket exakta bänkinstrument. Billiga multimetrar kan kosta under 10 USD , medan laboratoriekvalitetsmodeller med certifierad kalibrering kan kosta över 5 000 USD .

Historia

Fickmultimeter från 1920 -talet
Avometer modell 8

Den första rörelsedetekterande strömdetekteringsanordningen var galvanometern 1820. Dessa användes för att mäta motstånd och spänning med hjälp av en Wheatstone-bro och jämföra den okända storleken med en referensspänning eller motstånd. Medan de var användbara i laboratoriet var enheterna mycket långsamma och opraktiska på fältet. Dessa galvanometrar var skrymmande och känsliga.

Den D'Arsonval-Weston mätare rörelse använder en rörlig spole, som uppbär en visare och roterar på svängtappar eller en spänd band ligament. Spolen roterar i ett permanent magnetfält och hålls kvar av fina spiralfjädrar som också tjänar till att bära ström in i den rörliga spolen. Det ger proportionella mätningar snarare än bara detektion, och avböjning är oberoende av mätarens orientering. Istället för att balansera en bro kan värden direkt avläsas av instrumentets skala, vilket gjorde mätningen snabb och enkel.

Den grundläggande rörliga spolmätaren är endast lämplig för likströmsmätningar, vanligtvis i intervallet 10 μA till 100 mA. Det är lätt att anpassa att läsa tyngre strömmar med hjälp av shuntar (motstånd parallellt med grundrörelsen) eller att läsa spänning med seriemotstånd som kallas multiplikatorer. För att läsa av växelströmmar eller spänningar behövs en likriktare. En av de tidigast lämpliga likriktarna var kopparoxidlikriktaren som utvecklades och tillverkades av Union Switch & Signal Company, Swissvale, Pennsylvania, senare en del av Westinghouse Brake and Signal Company, från 1927.

Den första bevisade användningen av ordet "multimeter" listad av Oxford English Dictionary är från 1907.

Den uppfinning av den första multitillskrivs British Post Office ingenjör, Donald Macadie, som blev missnöjd med behovet av att genomföra många separata instrument som krävs för underhåll av telekommunikationskretsar. Macadie uppfann ett instrument som kunde mäta ampere (ampere), volt och ohm , så den multifunktionella mätaren fick då namnet Avometer . Mätaren omfattade en rörlig spolmätare, spännings- och precisionsmotstånd och omkopplare och uttag för att välja intervall.

Företaget Automatic Coil Winder and Electrical Equipment Company (ACWEECO), som grundades 1923, bildades för att tillverka Avometern och en spollindningsmaskin som också designades och patenterades av MacAdie. Även om han var delägare i ACWEECO, fortsatte MacAdie att arbeta på posten fram till sin pensionering 1933. Hans son, Hugh S. MacAdie, gick med i ACWEECO 1927 och blev teknisk direktör. Den första AVO säljs 1923, och många av dess funktioner förblev nästan oförändrade till den senaste modellen 8.

Allmänna egenskaper hos multimetrar

Varje mätare kommer att ladda kretsen som testas till viss del. Till exempel måste en multimeter som använder en rörlig spolrörelse med fullskalig avböjningsström på 50 mikroampar (μA), den högsta känsligheten som är allmänt tillgänglig, dra minst 50 μA från kretsen som testas för att mätaren ska nå den övre änden av dess skala. Detta kan ladda en högimpedanskrets så mycket att den påverkar kretsen och därmed ge en låg avläsning. Den fullskaliga avböjningsströmmen kan också uttryckas i termer av "ohm per volt" (Ω/V). Ohms per volt -siffran kallas ofta instrumentets "känslighet". Således kommer en mätare med en 50 μA rörelse att ha en "känslighet" på 20000 Ω/V. "Per volt" avser det faktum att impedansen som mätaren presenterar för kretsen som testas kommer att vara 20 000 Ω multiplicerad med den fullskaliga spänningen som mätaren är inställd på. Till exempel, om mätaren är inställd på ett område på 300 V full skala, kommer mätarens impedans att vara 6 MΩ. 20 000 Ω/V är den bästa (högsta) känsligheten som finns för typiska analoga multimetrar som saknar interna förstärkare. För mätare som har interna förstärkare (VTVM, FETVM, etc.) fastställs ingångsimpedansen av förstärkarkretsen.

Avometer

Den första avometern hade en känslighet på 60 Ω/V, tre likströmsområden (12 mA, 1,2 A och 12 A), tre likspänningsområden (12, 120 och 600 V eller valfritt 1200 V) och 10 000 Ω motståndsområde. En förbättrad version av 1927 ökade detta till 13 intervall och 166,6 Ω/V (6 mA) rörelse. En "Universal" -version med ytterligare växelström och växelspänningsområden erbjöds från 1933 och 1936 erbjöds dubbelkänsligheten Avometer modell 7 500 och 100 Ω/V. Mellan mitten av 1930 -talet fram till 1950 -talet blev 1 000 Ω/V en de facto standard för känslighet för radioarbete och denna siffra anges ofta på serviceblad. Vissa tillverkare som Simpson, Triplett och Weston, alla i USA, producerade dock 20 000 Ω/V VOM före andra världskriget och några av dessa exporterades. Efter 1945–46 blev 20 000 Ω/V den förväntade standarden för elektronik, men vissa tillverkare erbjöd ännu mer känsliga instrument. För industriella och andra "tungström" användes lågkänsliga multimetrar att fortsätta produceras och dessa ansågs vara mer robusta än de mer känsliga typerna.

Högkvalitativa analoga (analoga) multimetrar fortsätter att tillverkas av flera tillverkare, däribland Chauvin Arnoux (Frankrike), Gossen Metrawatt (Tyskland) och Simpson och Triplett (USA).

Fickurmätare

Mätare i fickur har använts på 1920-talet. Metallhöljet var vanligtvis anslutet till den negativa anslutningen, ett arrangemang som orsakade många elektriska stötar. De tekniska specifikationerna för dessa enheter var ofta råa, till exempel den som visas har ett motstånd på bara 33 Ω/V, en olinjär skala och ingen nolljustering.

Vakuumrörspänningsmätare

Vakuumrör voltmetrar eller ventilvoltmetrar (VTVM, VVM) användes för spänningsmätningar i elektroniska kretsar där hög ingångsimpedans var nödvändigt. VTVM hade en fast ingångsimpedans på typiskt 1 MΩ eller mer, vanligtvis genom användning av en ingångskrets för katodföljare , och belastade således inte kretsen som testades signifikant. VTVM användes innan introduktionen av elektroniska högimpedans analoga transistorer och fälteffekttransistor voltmetrar (FETVOM). Moderna digitala mätare (DVM) och några moderna analoga mätare använder också elektroniska ingångskretsar för att uppnå hög ingångsimpedans - deras spänningsintervall är funktionellt ekvivalenta med VTVM. Ingångsimpedansen hos vissa dåligt utformade DVMs (särskilt vissa tidiga designer) skulle variera under loppet av en sample-and-hold intern mätcykel, vilket orsakar störningar i vissa känsliga kretsar under test.

Ytterligare vågar

Ytterligare skalor som decibel och mätfunktioner som kapacitans , transistorförstärkning , frekvens , driftcykel , displayhåll och kontinuitet som låter en summer när det uppmätta motståndet är litet har inkluderats på många multimetrar. Medan multimetrar kan kompletteras med mer specialiserad utrustning i en teknikers verktygslåda, innehåller vissa multimetrar ytterligare funktioner för specialiserade applikationer (temperatur med termoelement , induktans , anslutning till en dator , talande mätvärde, etc.).

Drift

A 4+1 / 2 -siffrig digital multimeter, Fluke 87V

En multimeter är kombinationen av en DC -voltmeter, AC -voltmeter, ammeter och ohmmeter . En icke-förstärkt analog multimeter kombinerar en mätarrörelse, avståndsmotstånd och omkopplare; VTVM är förstärkta analoga mätare och innehåller aktiva kretsar.

För en analog mätarrörelse mäts likspänning med ett seriemotstånd anslutet mellan mätarrörelsen och kretsen som testas. En omkopplare (vanligtvis roterande) gör att större motstånd kan sättas in i serie med mätarens rörelse för att läsa högre spänningar. Produkten av rörelsens grundläggande fullskaliga avböjningsström och summan av seriemotståndet och rörelsens eget motstånd ger fullskalig spänning i intervallet. Som ett exempel skulle en mätarrörelse som krävde 1 mA för fullskalig nedböjning, med ett internt motstånd på 500 Ω, på ett 10 V intervall av multimetern ha 9 500 Ω seriemotstånd.

För analoga strömområden är matchade lågmotståndsshuntar anslutna parallellt med mätarens rörelse för att avleda det mesta av strömmen runt spolen. Återigen för fallet med en hypotetisk 1 mA, 500 Ω rörelse på ett 1 A -område, skulle shuntmotståndet vara drygt 0,5 Ω.

Rörliga spoleinstrument kan endast svara på medelvärdet av strömmen genom dem. För att mäta växelström, som ändras upp och ner upprepade gånger, sätts en likriktare i kretsen så att varje negativ halvcykel inverteras; resultatet är en varierande och icke -noll likspänning vars maximala värde kommer att vara halva växelströmstoppen till toppspänningen, förutsatt en symmetrisk vågform. Eftersom det korrigerade medelvärdet och rotmedelskvadratvärdet (RMS) för en vågform endast är desamma för en fyrkantvåg, kan enkla likriktartypskretsar bara kalibreras för sinusformade vågformer. Andra vågformer kräver en annan kalibreringsfaktor för att relatera RMS och medelvärde. Denna kretstyp har vanligtvis ganska begränsat frekvensområde. Eftersom praktiska likriktare har spänningsfall utan noll, är noggrannheten och känsligheten dålig vid låga AC-spänningsvärden.

För att mäta motstånd, ordnar omkopplare ett litet batteri i instrumentet för att leda en ström genom enheten som testas och mätarspolen. Eftersom den tillgängliga strömmen beror på batteriets laddningstillstånd som ändras över tiden, har en multimeter vanligtvis en justering för ohmskalan till noll. I de vanliga kretsarna som finns i analoga multimetrar är mätarens nedböjning omvänt proportionell mot motståndet, så full skala kommer att vara 0 Ω och högre motstånd kommer att motsvara mindre avböjningar. Ohmskalan är komprimerad, så upplösningen är bättre vid lägre motståndsvärden.

Förstärkta instrument förenklar seriens design och shuntmotståndsnätverk. Spolens inre motstånd är frikopplat från valet av seriemotstånd och shuntmotstånd; serienätet blir därmed en spänningsdelare . Där AC -mätningar krävs kan likriktaren placeras efter förstärkarsteget, vilket förbättrar precisionen vid lågt intervall.

Digitala instrument, som nödvändigtvis innehåller förstärkare, använder samma principer som analoga instrument för resistansavläsningar. För motståndsmätningar passerar vanligtvis en liten konstant ström genom enheten som testas och den digitala multimetern avläser det resulterande spänningsfallet; detta eliminerar skalkompressionen som finns i analoga mätare, men kräver en källa för exakt ström. En digital multimeter kan automatiskt justera skalningsnätverket så att mätkretsarna använder A/D -omvandlarens fulla precision.

I alla typer av multimetrar är omkopplingselementens kvalitet avgörande för stabila och noggranna mätningar. De bästa DMM: erna använder guldpläterade kontakter i sina switchar; billigare mätare använder nickelplätering eller ingen alls, beroende på kretskortslödspår för kontakterna. Noggrannhet och stabilitet (t.ex. temperaturvariation eller åldring eller spänning/strömhistorik) för en mätares interna motstånd (och andra komponenter) är en begränsande faktor för instrumentets noggrannhet och precision.

Uppmätta värden

En klämmätare

Samtida multimetrar kan mäta många värden. De vanligaste är:

Det frekvensområde som AC-mätningar är korrekta är viktigt beror på kretsdesign och konstruktion och bör specificeras, så att användarna kan utvärdera de värden de tar. Vissa mätare mäter strömmar så låga som milliampere eller till och med mikroamprar. Alla mätare har en belastningsspänning (orsakad av kombinationen av den använda shunten och mätarens kretskonstruktion), och vissa (även dyra) har tillräckligt höga belastningsspänningar för att låga strömavläsningar allvarligt försämras. Mätarens specifikationer bör inkludera mätarens belastningsspänning.

Vissa multimetrar mäter också:

Digitala multimetrar kan också inkludera kretsar för:

  • Kontinuitetstestare ; en summer hörs när en kretsmotstånd är tillräckligt lågt (hur lågt är tillräckligt varierar från mätare till mätare), så testet måste behandlas som inexakt.
  • Dioder (mäter framåtfallet av diodkorsningar).
  • Transistorer (mäter strömförstärkning och andra parametrar i vissa typer av transistorer)
  • Batterikontroll för enkla 1,5 V och 9 V batterier. Detta är en strömbelastad mätning som simulerar batteriladdningar vid användning. normala spänningsområden drar väldigt lite ström från batteriet.

Olika sensorer kan anslutas till (eller inkluderas i) multimetrar för att ta mätningar som:

  • ljusnivå
  • ljudtrycksnivå
  • surhet/alkalinitet (pH)
  • relativ luftfuktighet
  • mycket litet strömflöde (ner till nanoampare med några adaptrar)
  • mycket små motstånd (ner till mikro Ohm för vissa adaptrar)
  • stora strömmar - adaptrar finns tillgängliga som använder induktans (endast växelström) eller halleffektsensorer (både växelström och likström), vanligtvis genom isolerade klämbackar för att undvika direktkontakt med högströmskapacitetskretsar som kan vara farliga, till mätaren och operatören
  • mycket höga spänningar - adaptrar finns tillgängliga som bildar en spänningsdelare med mätarens interna motstånd, vilket möjliggör mätning i tusentals volt. Emellertid har mycket höga spänningar ofta överraskande beteende, bortsett från effekter på operatören (kanske dödlig); höga spänningar som faktiskt når en mätares interna kretsar kan skada delar inuti, kanske förstöra mätaren eller förstöra dess prestanda permanent.

Upplösning

Upplösning och noggrannhet

Upplösningen för en multimeter är den minsta delen av skalan som kan visas, vilket är skalberoende. På vissa digitala multimetrar kan den konfigureras, med högre upplösning som tar längre tid att slutföra. Till exempel kan en multimeter som har en 1 mV upplösning på en 10 V skala visa förändringar i mätningar i steg om 1 mV.

Absolut noggrannhet är mätfelet jämfört med en perfekt mätning. Relativ noggrannhet är mätfelet jämfört med enheten som används för att kalibrera multimetern. De flesta multimeterdatablad ger relativ noggrannhet. För att beräkna den absoluta noggrannheten utifrån en multimeters relativa noggrannhet lägger du till den absoluta noggrannheten för den enhet som används för att kalibrera multimetern till multimeterns relativa noggrannhet.

Digital

Upplösningen av en multimeter anges ofta i antalet decimal siffror lösas och visas. Om den mest signifikanta siffran inte kan ta alla värden från 0 till 9 kallas den generellt och förvirrande en fraktionssiffra. Till exempel sägs att en multimeter som kan läsa upp till 19999 (plus en inbäddad decimal) läser 4+1 ⁄ 2 siffror.

Enligt konvention, om den mest signifikanta siffran kan vara antingen 0 eller 1, kallas den en halvsiffrig; om det kan ta högre värden utan att nå 9 (ofta 3 eller 5), kan det kallas tre fjärdedelar av en siffra. A 5+1 / 2 -siffrig multimeter skulle visa en "halvsiffra" som bara kunde visa 0 eller 1, följt av fem siffror som tog alla värden från 0 till 9. En sådan mätare kan visa positiva eller negativa värden från 0 till 199999. A 3+3 / 4 -siffrig mätare kan visa en mängd från 0 till 3999 eller 5999, beroende på tillverkare.

Även om en digital bildskärm enkelt kan förlängas i upplösning , är de extra siffrorna värdelösa om de inte åtföljs av omsorg i utformningen och kalibreringen av multimetrarnas analoga delar. Meningsfulla (dvs hög noggrannhet) mätningar kräver en god förståelse av instrumentets specifikationer, god kontroll av mätförhållandena och spårbarhet av instrumentets kalibrering. Men även om dess upplösning överstiger noggrannheten kan en mätare vara användbar för att jämföra mätningar. Till exempel en mätaravläsning 5+1 / 2 stabila siffror kan indikera att ett nominellt 100 kΩ motstånd är cirka 7 Ω större än ett annat, även om felet för varje mätning är 0,2% av avläsningen plus 0,05% av värdet i full skala.

Att ange "display counts" är ett annat sätt att ange upplösningen. Displayräkningar ger det största talet, eller det största talet plus ett (för att inkludera visningen av alla nollor) som multimeterns display kan visa, utan att decimalavgränsaren ignoreras . Till exempel en 5+1 ⁄ 2 -siffrig multimeter kan också specificeras som ett 199999 displayantal eller 200000 display count multimeter. Ofta kallas displayräkningen bara för 'count' i multimeter specifikationer.

Noggrannheten hos en digital multimeter kan anges i en två-term form, till exempel "± 1% av avläsning +2 räkningar", vilket återspeglar de olika felkällorna i instrumentet.

Analog

Visningsyta för en analog multimeter

Analoga mätare är äldre konstruktioner, men trots att de tekniskt överträffas av digitala mätare med stapeldiagram, kan de fortfarande föredras av ingenjörer och felsökare. En given anledning är att analoga mätare är mer känsliga (eller mottagliga) för förändringar i kretsen som mäts. En digital multimeter provar mängden som mäts över tid och visar den sedan. Analoga multimetrar avläser testvärdet kontinuerligt. Om det blir små förändringar i avläsningarna kommer nålen på en analog multimeter att försöka spåra den, i motsats till att den digitala mätaren måste vänta till nästa prov, vilket ger förseningar mellan varje diskontinuerlig avläsning (plus den digitala mätaren kan dessutom kräva avvecklingstid) att konvergera på värdet). Det digitala displayvärdet i motsats till en analog display är subjektivt svårare att läsa. Denna kontinuerliga spårningsfunktion blir viktig vid testning av kondensatorer eller spolar, till exempel. En väl fungerande kondensator bör låta ström flöda när spänning appliceras, sedan minskar strömmen långsamt till noll och denna "signatur" är lätt att se på en analog multimeter men inte på en digital multimeter. Detta är liknande när man testar en spole, förutom att strömmen börjar lågt och ökar.

Motståndsmätningar på en analog mätare kan i synnerhet ha låg precision på grund av den typiska resistansmätningskretsen som komprimerar vågen kraftigt vid de högre motståndsvärdena. Billiga analoga mätare kan bara ha en enda resistansskala, vilket allvarligt begränsar intervallet av exakta mätningar. Normalt kommer en analog mätare att ha en paneljustering för att ställa in noll-ohm-kalibreringen av mätaren, för att kompensera för mätarbatteriets varierande spänning och mätarens resistansmotstånd.

Noggrannhet

Digitala multimetrar tar i allmänhet mätningar med noggrannhet överlägsen deras analoga motsvarigheter. Standard analoga multimetrar mäter med typiskt ± 3% noggrannhet, även om instrument med högre noggrannhet görs. Standard bärbara digitala multimetrar specificeras för att ha en noggrannhet på typiskt ± 0,5% på likspänningsområdet. Vanliga multimetrar med bänkskiva är tillgängliga med en specificerad noggrannhet som är bättre än ± 0,01%. Laboratorieklassiga instrument kan ha en noggrannhet på några delar per miljon .

Noggrannhetssiffror måste tolkas med omsorg. Noggrannheten hos ett analogt instrument hänvisar vanligtvis till fullskalig nedböjning; ett mått på 30 V på 100 V -skalan på en 3% mätare utsätts för ett fel på 3 V, 10% av avläsningen. Digitala mätare anger vanligtvis noggrannhet som en procentandel av avläsning plus en procentandel av fullskaligt värde, ibland uttryckt i räkningar snarare än procenttal.

Citerad noggrannhet specificeras som den för det lägre millivolt (mV) DC -området och är känd som "grundläggande likspänningsnoggrannhet". Högre likspänningsområden, ström, motstånd, växelström och andra intervall har vanligtvis en lägre noggrannhet än den grundläggande likspänningssiffran. AC -mätningar uppfyller endast specificerad noggrannhet inom ett specifikt frekvensområde .

Tillverkare kan tillhandahålla kalibreringstjänster så att nya mätare kan köpas med ett kalibreringscertifikat som indikerar att mätaren har anpassats till standarder som kan spåras till exempelvis US National Institute of Standards and Technology (NIST) eller annan nationell standardorganisation .

Testutrustning tenderar att försvinna ur kalibreringen över tiden, och den angivna noggrannheten kan inte åberopas på obestämd tid. För dyrare utrustning tillhandahåller tillverkare och tredje parter kalibreringstjänster så att äldre utrustning kan kalibreras och certifieras igen. Kostnaden för sådana tjänster är oproportionerlig för billig utrustning; men extrem noggrannhet krävs inte för de flesta rutintester. Multimetrar som används för kritiska mätningar kan vara en del av ett metrologiprogram för att säkerställa kalibrering.

En multimeter kan antas vara "genomsnittlig svarande" på AC -vågformer om den inte anges vara en "sann RMS" -typ. En genomsnittlig svarande multimeter uppfyller endast sin specificerade noggrannhet på växelström och ampere för rent sinusformade vågformer. En äkta RMS -svarande multimeter å andra sidan kommer att uppfylla sin specificerade noggrannhet på AC volt och ström med vilken vågform som helst upp till en specificerad toppfaktor ; RMS -prestanda påstås ibland för mätare som rapporterar exakta RMS -avläsningar endast vid vissa frekvenser (vanligtvis låga) och med vissa vågformer (i huvudsak alltid sinusvågor).

En mätares växelspänning och strömnoggrannhet kan ha olika specifikationer vid olika frekvenser.

Känslighet och ingångsimpedans

När den används för att mäta spänning måste ingångsimpedansen för multimetern vara mycket hög jämfört med impedansen för kretsen som mäts; annars kan kretsens funktion påverkas och avläsningen blir felaktig.

Mätare med elektroniska förstärkare (alla digitala multimetrar och några analoga mätare) har en fast ingångsimpedans som är tillräckligt hög för att inte störa de flesta kretsar. Detta är ofta antingen en eller tio megohms ; den standardisering av den ingående motstånd tillåter användning av externa högresistenta prober som bildar en spänningsdelare med ingångsmotstånd att förlänga spänningsområdet upp till tiotusentals volt. High-end multimetrar ger i allmänhet en ingångsimpedans större än 10 GΩ för intervall mindre än eller lika med 10 V. Vissa avancerade multimetrar ger> 10 Gigaohms impedans till intervall större än 10 V.

De flesta analoga multimetrar av rörlig pekartyp är buffrade och drar ström från kretsen som testas för att avleda mätarens pekare. Den impedans av mätaren varierar beroende på den grundläggande känsligheten hos mätaren rörelsen och intervallet som väljs. Till exempel kommer en mätare med en typisk 20000 Ω/V -känslighet att ha ett ingångsmotstånd på 2 MΩ på 100 V -intervallet (100 V × 20000 Ω/V = 2 000 000 Ω). På varje område, vid fullskalig spänning i intervallet, tas hela strömmen som krävs för att avleda mätarens rörelse från kretsen som testas. Lägre känslighetsmätarrörelser är acceptabla för testning i kretsar där källimpedanserna är låga jämfört med mätarens impedans, till exempel effektkretsar ; dessa mätare är mer robusta mekaniskt. Vissa mätningar i signalkretsar kräver högre känslighetsrörelser för att inte ladda kretsen som testas med mätarens impedans.

Känslighet bör inte förväxlas med en mätares upplösning , som definieras som den lägsta signaländringen (spänning, ström, motstånd och så vidare) som kan ändra den observerade avläsningen.

För digitala multimetrar för allmänna ändamål är det lägsta spänningsområdet vanligtvis flera hundra millivolt AC eller DC, men det lägsta strömområdet kan vara flera hundra mikroampere, även om instrument med större strömkänslighet finns tillgängliga. Multimetrar avsedda för (elnät) "elektrisk" användning i stället för allmän elektronisk ingenjörsanvändning kommer typiskt att ge avkall på mikroområdenas strömområden.

Mätning av lågt motstånd kräver att ledmotståndet (mätt genom att vidröra testproberna) subtraheras för bästa noggrannhet. Detta kan göras med funktionen "delta", "noll" eller "noll" på många digitala multimetrar. Kontakttryck på enheten som testas och ytornas renhet kan påverka mätningar av mycket låga motstånd. Vissa mätare erbjuder ett fyrtrådstest där två givare matar källspänningen och de andra tar mätning. Användning av en mycket hög impedans möjliggör mycket lågt spänningsfall i sonderna och motståndet hos källproberna ignoreras vilket resulterar i mycket exakta resultat.

Den övre änden av multimetermätområden varierar avsevärt; mätningar över kanske 600 volt, 10 ampere eller 100  megohms kan kräva ett specialiserat testinstrument.

Belastningsspänning

Varje inline seriekopplad ammeter, inklusive en multimeter i ett strömområde, har ett visst motstånd. De flesta multimetrar mäter i sig spänning och passerar en ström som ska mätas genom ett shuntmotstånd och mäter spänningen som utvecklas över den. Spänningsfallet är känt som belastningsspänningen, specificerad i volt per ampere. Värdet kan variera beroende på det område mätaren ställer in, eftersom olika intervall vanligtvis använder olika shuntmotstånd.

Belastningsspänningen kan vara betydande i områden med mycket låg spänning. För att kontrollera dess effekt på noggrannhet och på externa kretsar kan mätaren växlas till olika intervall; strömavläsningen ska vara densamma och kretsfunktionen bör inte påverkas om belastningsspänning inte är ett problem. Om denna spänning är signifikant kan den reduceras (även minska mätningens inneboende noggrannhet och precision) genom att använda ett högre strömintervall.

Växelströmsmätning

Eftersom det grundläggande indikatorsystemet i antingen en analog eller digital mätare endast svarar på DC, innehåller en multimeter en AC till DC -omvandlingskrets för att göra växelströmsmätningar. Grundmätare använder en likriktarkrets för att mäta medelvärdet eller topp absolutvärdet för spänningen, men kalibreras för att visa det beräknade rotmedelskvadratvärdet (RMS) för en sinusformad vågform ; detta ger korrekta avläsningar för växelström som används vid effektfördelning. Användarhandböcker för vissa sådana mätare ger korrigeringsfaktorer för några enkla icke- sinusformade vågformer för att beräkna det korrekta rotmedelskvadratvärdet (RMS) ekvivalentvärdet. Dyrare multimetrar inkluderar en AC till DC -omvandlare som mäter vågformens sanna RMS -värde inom vissa gränser; användarmanualen för mätaren kan indikera gränserna för toppfaktorn och frekvensen för vilken mätarkalibreringen är giltig. RMS-avkänning är nödvändig för mätningar på icke-sinusformiga periodiska vågformer, som finns i ljudsignaler och frekvensomriktare .

Digitala multimetrar (DMM eller DVOM)

En bänk-multimeter, Hewlett-Packard 34401a.
USB-driven multimeter för undersökning av batteriladdning av bärbar elektronik .

Moderna multimetrar är ofta digitala på grund av deras noggrannhet, hållbarhet och extrafunktioner. I en digital multimeter omvandlas signalen som testas till en spänning och en förstärkare med elektroniskt styrd förstärkning förutsätter signalen. En digital multimeter visar mängden mätt som ett tal, vilket eliminerar parallaxfel .

Moderna digitala multimetrar kan ha en inbyggd dator , vilket ger en mängd bekvämlighetsfunktioner. Tillgängliga mätförbättringar inkluderar:

  • Auto-range , som väljer rätt intervall för den mängd som testas så att de mest signifikanta siffrorna visas. Till exempel skulle en fyrsiffrig multimeter automatiskt välja ett lämpligt område för att visa 12,34 mV istället för 0,012 V eller överbelastning. Auto-avståndsmätare innehåller vanligtvis en möjlighet att hålla mätaren till ett visst område, eftersom en mätning som orsakar frekventa avståndsändringar kan vara distraherande för användaren.
  • Auto-polaritet för likströmsavläsningar, visar om den applicerade spänningen är positiv (överensstämmer med mätarkabelns etiketter) eller negativ (motsatt polaritet till mätarledningar).
  • Prov och håll kvar , vilket låser den senaste avläsningen för undersökning efter att instrumentet har tagits bort från kretsen som testas.
  • Strömbegränsade tester för spänningsfall över halvledarkopplingar . Även om det inte är en ersättning för en korrekt transistortester , och absolut inte för en svepad kurvspårart , underlättar detta testdioder och en mängd olika transistortyper.
  • En grafisk representation av mängden som testas, som ett stapeldiagram . Detta gör go/no-go-testning enkelt och möjliggör även upptäckt av trender i snabb rörelse.
  • Ett oscilloskop med låg bandbredd .
  • Fordonskretsprovare, inklusive tester för fordonstiming och uppehållssignaler (uppehålls- och motorvarvtalstestning är vanligtvis tillgänglig som tillval och ingår inte i de grundläggande DMM -bilarna).
  • Enkla datainsamlingsfunktioner för att registrera maximala och minsta avläsningar under en viss period, eller att ta ett antal prover med fasta intervall.
  • Integrering med pincett för ytmonterad teknik .
  • En kombinerad LCR-mätare för små och stora SMD-komponenter och genomgående hålkomponenter.

Moderna mätare kan vara anslutna till en persondator med IrDA- länkar, RS-232- anslutningar, USB eller en instrumentbuss som IEEE-488 . Gränssnittet gör att datorn kan registrera mätningar när de görs. Vissa DMM kan lagra mätningar och ladda upp dem till en dator.

Den första digitala multimetern tillverkades 1955 av Non Linear Systems. Det påstås att den första handhållna digitala multimetern utvecklades av Frank Bishop of Intron Electronics 1977, som vid den tiden presenterade ett stort genombrott för service och felsökning i fältet.

Analoga multimetrar

Billig analog multimeter med nålskärm i galvanometer

En multimeter kan implementeras med en galvanometermätarrörelse , eller mindre ofta med ett stapeldiagram eller en simulerad pekare, till exempel en LCD-skärm eller en fluorescerande vakuumdisplay . Analoga multimetrar var vanliga; ett analogt kvalitetsinstrument skulle kosta ungefär samma som en DMM. Analoga multimetrar hade de begränsningar för precision och läsnoggrannhet som beskrivs ovan, och var därför inte byggda för att ge samma noggrannhet som digitala instrument.

Analoga mätare var intuitiva där trenden med en mätning var viktigare än ett exakt värde som erhölls vid ett visst ögonblick. En förändring av vinkel eller andel var lättare att tolka än en förändring av värdet på en digital avläsning. Av denna anledning har vissa digitala multimetrar dessutom ett stapeldiagram som en andra display, vanligtvis med en snabbare samplingshastighet än vad som används för den primära avläsningen. Dessa snabba samplingshastighetsdiagram har ett överlägset svar än den fysiska pekaren på analoga mätare, vilket föråldrar den äldre tekniken. Med snabbt fluktuerande DC, AC eller en kombination av båda kunde avancerade digitala mätare spåra och visa fluktuationer bättre än analoga mätare samtidigt som de hade möjlighet att separera och samtidigt visa DC- och AC -komponenter.

Analoga mätarrörelser är i sig mer sköra fysiskt och elektriskt än digitala mätare. Många analoga multimetrar har en räckviddsposition märkt "av" för att skydda mätarens rörelse under transport vilket ger lågt motstånd över mätarens rörelse, vilket resulterar i dynamisk bromsning . Mätarrörelser som separata komponenter kan skyddas på samma sätt genom att ansluta en kortslutnings- eller bygelkabel mellan terminalerna när de inte används. Mätare som har en shunt över lindningen, såsom en ammeter, kan inte kräva ytterligare motstånd för att stoppa okontrollerade rörelser hos mätarnålen på grund av shuntens låga motstånd.

Mätarrörelsen i en rörlig pekaranalogmultimeter är praktiskt taget alltid en galvanometer med rörlig spole av d'Arsonval- typen, med antingen smyckade pivoter eller spända band för att stödja den rörliga spolen. I en grundläggande analog multimeter dras strömmen för att avleda spolen och pekaren från kretsen som mäts; det är vanligtvis en fördel att minimera strömmen från kretsen, vilket innebär känsliga mekanismer. Känsligheten hos en analog multimeter anges i enheter ohm per volt. Till exempel skulle en mycket billig multimeter med en känslighet på 1000 Ω/V dra 1 mA från en krets vid fullböjning. Dyrare, (och mekaniskt mer känsliga) multimetrar har vanligtvis känsligheter på 20000 ohm per volt och ibland högre, med 50.000 ohm per volt (ritning 20 mikroampere i full skala) som är ungefär den övre gränsen för en bärbar, allmän ändamål, icke-förstärkt analog multimeter.

För att undvika laddning av den uppmätta kretsen med strömmen som dras av mätarrörelsen, använder vissa analoga multimetrar en förstärkare insatt mellan den uppmätta kretsen och mätarrörelsen. Även om detta ökar mätarens kostnad och komplexitet, kan användning av vakuumrör eller fälteffekttransistorer göra ingångsmotståndet mycket högt och oberoende av den ström som krävs för att driva mätarens rörelsespole. Sådana förstärkta multimetrar kallas VTVM (vakuumrörspänningsmätare), TVM (transistor voltmätare), FET-VOM och liknande namn.

På grund av frånvaron av förstärkning är vanliga analoga multimetrar vanligtvis mindre mottagliga för radiofrekvensstörningar , och fortsätter därför att ha en framträdande plats på vissa områden även i en värld av mer exakta och flexibla elektroniska multimetrar.

Sonder

Huvudartikel: Testprob
Multimeter testledningar

En multimeter kan använda många olika testprober för att ansluta till kretsen eller enheten som testas. Krokodilklämmor , infällbara krokklämmor och spetsiga sonder är de tre vanligaste typerna. Pincettprober används för tätt placerade testpunkter, som till exempel ytmonterade enheter . Kontaktdonen är anslutna till flexibla, välisolerade ledningar avslutade med kontakter lämpliga för mätaren. Prober är anslutna till bärbara mätare vanligtvis med höljda eller infällda banankontakter , medan bänkmätare kan använda banankontakter eller BNC -kontakter . 2 mm pluggar och bindande stolpar har också använts ibland, men är mindre vanligt förekommande idag. Säkerhetsbetyg kräver nu inhägnade banankontakter.

Banan domkrafter placeras typiskt med en standardiserad centrum-till-centrumavstånd av 3 / fyra  i (19 mm), för att tillåta standard adaptrar eller anordningar såsom spänningsmultiplikator eller termoelementgivare som skall pluggas in.

Klämmätare klämmer runt en ledare som bär en ström för att mäta utan att behöva ansluta mätaren i serie med kretsen eller ta metallkontakt alls. De för AC -mätning använder transformatorprincipen; fastspänningsmätare för att mäta liten ström eller likström kräver mer exotiska sensorer som till exempel halleffektbaserade system som mäter det oförändrade magnetfältet för att bestämma strömmen.

Säkerhet

Ett exempel på ingångsskydd på CAT-IV-klassade Fluke 28-serie II-multimeter

De flesta multimetrar innehåller en säkring eller två säkringar, som ibland förhindrar skador på multimetern från en överbelastning av ström på det högsta strömområdet. (För ökad säkerhet finns testkablar med inbyggda säkringar tillgängliga.) Ett vanligt fel vid användning av en multimeter är att ställa in mätaren för att mäta motstånd eller ström och sedan ansluta den direkt till en lågimpedansspänningskälla. Osmälta mätare förstörs ofta snabbt av sådana fel; smälta mätare överlever ofta. Säkringar som används i mätare måste bära instrumentets maximala mätström men är avsedda att koppla från om operatörsfel utsätter mätaren för ett lågimpedansfel. Mätare med otillräcklig eller osäker sammansmältning var inte ovanliga; denna situation har lett till skapandet av kategorierna IEC61010 för att betygsätta mätarnas säkerhet och robusthet.

Digitala mätare är klassade i fyra kategorier baserat på deras avsedda tillämpning, enligt IEC 61010-1 och ekon av land och regionala standardgrupper som CEN EN61010-standarden.

  • Kategori I : används där utrustning inte är direkt ansluten till elnätet
  • Kategori II : används på enfas slutliga underkretsar
  • Kategori III : används på permanent installerade laster som fördelningspaneler, motorer och trefasapparater
  • Kategori IV : används på platser där felströmnivåer kan vara mycket höga, till exempel ingångar till försörjningstjänster, huvudpaneler, matningsmätare och primär överspänningsskyddsutrustning

Varje kategori klassificerar också maximala säkra övergående spänningar för utvalda mätområden i mätaren. Kategorimärkta mätare har också skydd mot överströmningsfel. På mätare som tillåter gränssnitt med datorer kan optisk isolering användas för att skydda ansluten utrustning mot högspänning i den uppmätta kretsen.

Multimetrar av god kvalitet som är utformade för att uppfylla kategori II och högre standarder inkluderar keramiska säkringar med hög brottskapacitet (HRC) som vanligtvis har en kapacitet på mer än 20 kA; dessa är mycket mindre benägna att misslyckas explosivt än mer vanliga glas säkringar. De kommer också att innehålla MOV- skydd (Metal Oxide Varistor ) med hög energi och överströmskydd i form av en polyswitch .

DMM -alternativ

En elektronisk DMM av hög kvalitet anses allmänt tillräcklig för mätningar vid signalnivåer större än 1 mV eller 1 μA, eller under cirka 100 MΩ; dessa värden ligger långt ifrån de teoretiska känslighetsgränserna och är av stort intresse i vissa kretsdesignsituationer. Andra instrument - i huvudsak liknande, men med högre känslighet - används för noggranna mätningar av mycket små eller mycket stora mängder. Dessa inkluderar nanovoltmetrar, elektrometrar (för mycket låga strömmar och spänningar med mycket hög källmotstånd, såsom 1 TΩ) och picoammetrar . Tillbehör för mer typiska multimetrar tillåter också några av dessa mätningar. Sådana mätningar begränsas av tillgänglig teknik och slutligen av inneboende termiskt brus .

Strömförsörjning

Analoga mätare kan mäta spänning och ström genom att använda ström från testkretsen, men kräver en extra intern spänningskälla för motståndstestning, medan elektroniska mätare alltid kräver en intern strömförsörjning för att driva sina interna kretsar. Handhållna mätare använder batterier, medan bänkmätare vanligtvis använder nätström; endera arrangemanget tillåter mätaren att testa enheter. Testning kräver ofta att komponenten som testas isoleras från kretsen i vilken de är monterade, eftersom löparströmmar eller läckströmmar annars kan förvränga mätningar. I vissa fall kan spänningen från multimetern slå på aktiva enheter, förvränga en mätning eller i extrema fall till och med skada ett element i kretsen som undersöks.

Säkerhet

Det är säkrast (för både multimeter, krets som testas och operatören) att koppla bort en komponent från dess krets och nästan alltid att ta bort ström från enheten som undersöks. Det är det säkraste valet att ta bort alla strömanslutningar från en nätdel innan du testar (och se till att alla stora kapacitansanordningar laddas ur på ett säkert sätt). Att lämna utrustning ansluten till elnätet medan du gör mätningar bör endast vara ett mycket noga övervägt alternativ. Bland annat finns interaktioner mellan markarrangemangen för väggdriven testutrustning och enheten som testas, som är osäkra och som kan skada testutrustningen och enheten som testas. Detta gäller särskilt när det finns ett fel, misstänkt eller inte, i någon av de sammankopplade enheterna. Batteridriven testutrustning kan vara det säkraste valet i sådana situationer.

Mätare avsedda för testning på farliga platser eller för användning i sprängkretsar kan kräva användning av ett tillverkarspecifikt batteri för att upprätthålla deras säkerhetsklassificering.

Se även

Referenser

externa länkar