Все о мультиметрах

 

Электричество в современном мире – это «все». А раз так, значит, надо с ним уметь обращаться. Только те, кто знает все о мультиметрах, могут считаться людьми, соответствующими по своим знаниям техническому уровню XXI столетия.

Устройство мультиметра

В рамках школьной программы по физике многие усваивают информацию про различные параметры электрического тока. Но по описанию в учебнике может сложиться впечатление, что каждый из них определяется только одним прибором. В реальности все иначе: инженеры давно научились совмещать различные электроизмерительные аппараты в одном устройстве. Дизайн и режимы работы могут отличаться, однако в техническом плане все модели базового уровня одинаковы.

Схема аналогового мультиметра включает управляющую ручку, которая позволяет запустить или отключить прибор.

Некоторые модели содержат также специальную микросхему или реле, которые отключают мультиметр при длительном бездействии. Тогда заряд элемента питания сохранится дольше.

Кроме шкалы, в большинстве приборов есть:

• входы для определения силы и напряжения;
• преобразователи аналогово-цифровые;
• микроконтроллеры для обработки входного сигнала;
• светодиодные индикаторы;
• кнопки или рычаги для корректировки управляющих режимов;
• вторичные источники питания с гальваническими развязками.

Технические характеристики и назначение

Краткое описание устройства мультиметра очень простое, но не менее важно понимать цели его использования. В зависимости от доступных режимов и функций при помощи тестера можно измерить:

• силу тока;
• его напряжение;
• уровень сопротивления цепи;
• полярность.

Потому мультиметр нужен для всех, кто занимается электрикой, электротехникой, электроникой и радиоаппаратурой (как профессионалов, так и любителей). Чтобы прибор проще было подключать к контактной зоне, его оборудуют щупами. Так называют заостренные стержни из металла, имеющие пластмассовые рукояти. Тестеры классифицируют по разрядности (иное обозначение класса точности). Простейший тип приборов имеет разряд 2,5 (что обозначает погрешность на уровне 10%).

Мультиметры массовой категории имеют разряд 3,5 (или систематическую ошибку примерно 1%). В промышленных и лабораторных целях используют и более точные приборы. Но уменьшение погрешности всегда означает и более высокую цену. Мультиметр обычно рассчитан на измерение параметров как постоянного, так и переменного тока. Даже самые простые варианты способны определить силу, напряжение и сопротивление цепи.

Тестеры могут пригодиться инженерам и электрикам, ремонтникам и наладчикам, строителям и сотрудникам аварийных служб, персоналу структур ЖКХ. С помощью такой техники можно улучшить качество монтажа электрооборудования и упростить его последующую эксплуатацию. Не все модели, заметим, способны работать с током высокого напряжения. Перед подключением мультиметра к сети высокого (или заранее неизвестного) напряжения требуется внимательно прочитать инструкцию.

Принцип работы

Основной принцип действия цифровых мультиметров – использование АЦП двойного интегрирования. Этот узел сопоставляет поступающий и опорный сигналы. Измеряющий блок электрически связан со схемой либо ее компонентом. Для такой связки используют комплекты проводов. Положительные провода чаще имеют красную, а отрицательные – черную изоляцию.

Штепсель на конце любого провода входит в гнездо измерителя. На другом конце располагается контакт с тем участком цепи, где ведутся измерения. Постоянный ток измеряют при последовательном подключении. Параллельное подключение используют для замера напряжения. Сопротивление замеряют после обесточивания цепи.

Виды

Аналоговые

Этот вид мультиметра показывает измеренную величину при помощи стрелочного индикатора. Чтобы результат замера был точен, обращают внимание на предел измерения. Без специальной подготовки пользоваться таким устройством непросто. Зато оно не имеет себе равных, когда нужно измерять импульсные токи и напряжение, проверять работоспособность конденсаторов, отыскивать начало и конец обмотки электромотора. Отсутствие инерции у аналогового электрического тестера позволяет гарантировать максимальную скорость срабатывания.

Цифровые

 

Такой вид мультиметра больше соответствует определению универсального прибора. Показ измеренных величин на дисплее существенно удобнее, чем стрелочная шкала. Пользоваться подобной техникой могут даже непрофессионалы. Можно вовсе позабыть про пределы измерения и другие узкоспециальные моменты. При помощи цифрового тестера возможно определить коэффициент усиления транзистора и даже определить температуру; зато аналоговые измерители дешевле и лучше защищены от перепадов температуры воздуха.

Комбинированные

Такой вид мультиметров:

• обычно выполняется в формате токоизмерительных клещей;
• иногда призван отыскать дефекты в работе электроаппаратуры;
• в других случаях представляет собой многофункциональный стационарный прибор;
• позволяет измерять частоту, емкость, период и так далее.

Возвращаясь к аналоговым устройствам, следует указать, что они продолжают пользоваться спросом. Радиолюбители часто стараются использовать даже старые модели тестеров. Такая техника может прослужить несколько десятилетий подряд. Кроме микроамперметра, в аналоговом мультиметре есть также шунты и комплекты резисторов. В очень старых источниках подобные аппараты часто называли авометрами.

Но для слабо разбирающихся в электротехнике людей лучше подойдет не старомодный Ц352 или его современный аналог, а карманный автоматический мультиметр. Надо только четко понимать, какие конкретно параметры должен измерять портативный прибор, и каков будет ориентировочный диапазон значений. Те же напряжения в автомобиле, внутри телевизора и в бытовой электросети могут легко отличаться на 1-2 порядка.

При замерах силы постоянного тока радиолюбителю нужен мини-прибор с ограничением до 10А и большой точностью. Но он не устроит настоящих профессионалов, работающих с мощными токами.

Часть мультиметров изначально связана с измерением температуры. Но добавив всего одну небольшую микросхему, можно реализовать такую опцию на любом приборе. Подобная настройка пригодится, если требуется измерять температуру:

• открытого огня;
• токсичных веществ;
• слишком сильно нагретых предметов;
• труднодоступных мест.

Наличие термопары чаще всего обозначается символами temp. Подключать ее придется сразу в два гнезда. Обычно тестер рассчитан на измерение температур в диапазоне от -40 до +1000 градусов. Но у дешевых моделей этот диапазон может оказаться меньше. Причина – слишком тонкие провода, которые легко плавятся.

Еще необходимо учитывать, что многие приборы рассчитаны на замер температуры только газов. Для снятия показаний с твердых тел и жидкостей нужно приобретать более совершенные устройства. Для работы с высокими температурами порой приходится ставить вместо заводской специально подготовленную термопару. Некоторые устройства рассчитаны только на определение температуры по Фаренгейту. Для самостоятельной доработки мультиметров используют микросхемы ЛМ-35, переводящие градусы в вольты.

Примером же щитового электрического тестера является электронный аппарат Datakom DM-0101 96x48. Этот однофазный прибор позволяет определить:

• среднеквадратическое напряжение;
• среднеквадратическую силу тока;
• частоту;
• активную мощность;
• коэффициент мощности.

Завершить обзор уместно на настольных мультиметрах. Это практически универсальные устройства. Некоторые из них могут измерять не только параметры тока и температуру (обычно до 300 градусов), но даже скважность.

Настольные тестеры помогают прозвонить электрическую цепь. Используют их и при тестировании полупроводниковой аппаратуры.

Дополнительные функции

Важные качественные характеристики мультиметров тесно связаны не только с классом точности подобного устройства. Современная техника такого рода имеет дополнительный функционал, улучшающий качество измерений и придающий новые возможности. Очень важен усиленный корпус. Благодаря ему обеспечивается:

• повышенный уровень изоляции;
• надежная защита от попадания воды и пыли;
• защита от скольжения в руках.

Некоторые модели оснащаются особыми чехлами. Они полезны, когда предстоит работать на открытых пространствах и на больших, протяженных объектах. Помимо защиты самого прибора от негативных воздействий, чехлы могут оборудоваться дополнительными кармашками для других принадлежностей. Не менее важную роль может сыграть и подсветка экрана. Благодаря ей можно спокойно работать даже ночью или в местах с недостаточной освещенностью.

Но даже в светлое время суток на открытом пространстве важна четкость самого дисплея или четкость показаний стрелок. В противном случае считывание информации будет затруднено. Цифровые мультиметры часто оснащаются дисплеями, имеющими режим Hold. Он обеспечивает удержание неизменных показаний на экране до следующего нажатия кнопки. Это позволяет предотвратить негативные последствия, если нельзя плотно прижать щупы к объекту, либо измеряемые показатели быстро меняются.

Барграф, он же аналоговая шкала, представляет собой дополнительную измерительную шкалу на дисплее. Она показывает весь диапазон замеров и место в этом диапазоне замеряемого показателя в данный момент. Благодаря частому обновлению показателей на аналоговой шкале можно успешно оценивать динамику показателей.

Чтобы правильно назначить диапазон, можно использовать функцию автовыбора диапазонов. При наличии такой опции придется лишь грамотно указать величину и подсоединить щупы.

Очень важную роль играет функция сохранения данных в памяти прибора. Потом их можно будет просмотреть дополнительно или передать на компьютер, чтобы обрабатывать в пакетном режиме. Некоторые мультиметры позволяют задавать частоту сохранения показаний (с интервалом в секундах или в минутах). А для передачи данных в компьютер очень важно использование подходящих сетевых интерфейсов. Для этой цели могут использоваться режимы:

• RS-232;
• USB;
• Bluetooth.

Из дополнительных комплектующих стоит отметить:

• измерительные щупы;
• датчики температуры;
• «крокодильные» нажимы;
• адаптеры для замера емкости и параметров полупроводников;
• кабели для передачи данных;
• адаптеры для подзарядки тестера;
• компакт-диски с фирменным программным обеспечением.

Важная расширительная функция – прозвонка диодов. Она подразумевает установление слишком низкого сопротивления цепи (свидетельствующего о ее разрыве или неисправности). Прозванивать нужно не только диоды, но и транзисторы, и другие полупроводниковые приборы, и провода. Иногда используется генератор Меандра, который превращает мультиметр в источник прямоугольного сигнала частотой не более 50 Гц и напряжением от 3 до 5 В.

Режим относительного измерения важен для исключения той или иной величины либо для компенсации различных помех, создаваемых внешней средой.

ГОСТ

Метрическая система и погрешность

Нормы метрологических характеристик задает ГОСТ 22261. При этом на каждое средство измерения устанавливаются свои технические условия. Все нормируемые показатели устанавливают или для нормальных комнатных условий, или для рабочих, отмеченных в стандарте или ТУ. Основная погрешность может не делиться на составляющие, но это допускается только для особо точных измерительных приборов. Допускаемое отклонение устанавливают, если изменение (погрешность) может превышать 20% от измеряемого показателя.

Имеющие много диапазонов тестеры и мультиметры могут иметь разные пределы погрешности. Цифровые средства измерения переменного тока имеют пределы погрешности для каждого диапазона частот. Учитывается влияние на погрешность измерений:

• влажности;
• атмосферного давления;
• магнитного поля;
• частоты питающей сети;
• температуры.

Поверка и калибровка

Обычно мультиметры калибруют еще на производстве. Для домашнего использования этого достаточно. Однако для профессиональных целей (или если есть сомнения в достоверности показаний) процедуру нужно проводить самостоятельно. Также калибровать тестер нужно, если устройство упало или планируется проводить особо точные замеры. К примеру, когда планируется работать с микроконтроллерами.

Начинать поверку и калибровку неопытному пользователю либо при работе с незнакомой прежде моделью нужно с изучения инструкции. Часть моделей сконструирована так, что можно откалибровать их даже при закрытом корпусе. Но иногда регулирующего болта нет. Тогда приходится прибор открывать и искать регулирующую катушку. Руководствуются при ее поиске не догадками, а официальной схемой мультиметра.

Калибровочный винт найден – значит, надо выбирать эталонные параметры. Потом показания изменяют, пока не будут достигнуты те самые значения. Задать эталон можно по заведомо более качественному прибору либо к стандартному показателю. Им является иногда АКБ, который зарядили специальным устройством, измеряющим напряжение особо точно.

Но чтобы правильно все сделать, нужно еще дополнительно изучить некоторые нюансы, познакомиться с технической литературой.

Правила эксплуатации

 

Чтобы все показания напряжения были точны, нужно присоединять щупы параллельно. Категорически нельзя касаться неизолированных частей мультиметра. Силу тока измеряют при последовательном присоединении. Избежать разрыва цепи можно, включая ее до подсоединения прибора. Отсоединять тестер можно, лишь когда выключена нагрузка.

Сопротивление измеряют строго после проверки того, что элемент не имеет никакого напряжения. В противном случае прибор может легко поломаться. Ставить батарейки в мультиметр можно только после его отключения. Далее проверяют, правильно ли они установлены. То, в какой разъем вставлять провода, определяется ориентировочным диапазоном измеряемого тока.

Рейтинг моделей

По качеству среди мультиметров базового уровня выгодно выделяется Mastech MAS-838. Подтверждением достоинств этой модели является уже то, что она выпускается свыше 20 лет. Изменился в последнее время лишь ее дизайн. Отмечают, что теперь устройство стало даже удобнее и практичнее. Дисплей хорошо читается, а почти все ошибки не приводят к фатальным последствиям; только иногда возникают жалобы на щупы.

Другой простейший аппарат – UNI-T UT33. Вернее, это целая линейка. Модификация A способна автоматически выбирать диапазон и тестировать транзисторы. Версия C сможет измерить температуру. Вариант D создает прямоугольный сигнал.

Продолжить обзор уместно на мультиметре «Тест». Он относится к числу тестеров с расширенным функционалом. Устройство вписано в федеральный реестр измерительных приборов. Доступно 3 основных режима его работы. Точность приемлема для подавляющего большинства повседневных измерений.

Другие важные моменты:

• хорошо запоминающееся название;
• возможность измерять емкость и частоту в широких пределах;
• защита от влаги и пыли на уровне IP64;
• автоматическое определение диапазона;
• защита от перегрузок;
• эргономичность корпуса;
• невозможность проверить транзистор.

В топ входит малобюджетный мультиметр Resanta DT 830B. Это надежное цифровое устройство. В отзывах отмечают довольно высокую точность такого аппарата. Можно будет померить постоянный и переменный ток, напряжение, уровень сопротивления. Есть опция сканирования диодов и транзисторов, а также переключатель с 20 позициями; предусмотрена защита от перегрузок.

Прибор СЕМ DT-912 эргономичен и легко помещается в ладони. Удержать этот тестер в руке несложно. Есть кнопка для фиксации последних показателей. Погрешности точно соответствуют технической документации. Проблемы доставляет малая толщина проводов в щупах.

Среди техники профессионального класса выделяется Appa. Тайваньские инженеры сумели добиться отличных эксплуатационных параметров прибора. Мультиметр имеет электрическую защиту на уровне IP 64. Реализована память на 1600 замеров. Устройство зарегистрировано в федеральном реестре.

В приборе выделяют следующие характеристики:

• отличную защиту корпуса;
• оповещение об ошибке при подключении щупа;
• автоотключение подсветки;
• минимальная погрешность;
• высокую цену;
• некоторые дефекты программного обеспечения;
• питание только от элементов «Крона».

Советы по выбору

 

Как уже говорилось, для непрофессионалов лучше выбрать электронные тестеры. Они гораздо удобнее стрелочных аналогов и позволяют добиться куда большей точности. Оба вида устройств могут измерять различные показатели. И тут подход «чем больше, тем лучше» не годится. Надо основательно подумать, какие параметры тока представляют интерес для пользователя.

Определение работоспособности диодов и транзисторов, оценка емкости и индуктивности очень ценны. Даже повышенная стоимость оправдывается подобными опциями. Но универсальные мультиметры для дома в отличие от профессиональных моделей имеют слишком высокую погрешность. В повседневной жизни они приемлемы, а вот для работы в промышленности, в энергетике нужны специальные измерители.

Доверять рекламной информации относительно погрешности нельзя. Нужно смотреть в технические паспорта и иную сопроводительную документацию. В быту для несложных измерений хватает точности 2-3%. В более сложных случаях нужно выбирать устройства с погрешностью 1%. Что касается диапазонов, стоит обращать внимание и на верхние, и на нижние пределы.

Чем ярче и информативнее дисплей, тем лучше. Но демонстрируемые им определенные значения имеют смысл только тогда, когда устройство может реально замерять параметры с необходимой точностью. Следующий шаг при выборе – оценка удобства переключателя режимов. Он должен легко переводиться в нужное положение. Но нельзя обеспечивать это за счет ослабления фиксации.

Входы щупов обязаны поддерживать полноценный контакт, одновременно исключая соприкосновение пользователя с цепью. Это важно как по соображениям безопасности, так и для большей точности. Сами щупы должны крепко держаться в разъемах (без люфта). Чем острее электроды, тем проще ими добраться до труднодоступного места.

Для домашнего использования и для контроля цепей в автомобиле можно обойтись бюджетным тестером. Отыскать подобные модели проще всего в ассортименте фирм Resanta, Elitech. Обязательно надо знакомиться с отзывами о конкретной модели. Повышенный функционал характерен в основном для стационарных устройств. И еще один нюанс – очень полезна добавка токовых клещей в комплект.