Что такое мультиметр — цифровые и аналоговые, принципы работы, значение индикаторов

Если коротко — мультиметр это многофункциональный электроизмерительный прибор,  который объединяет в себе функции сразу нескольких электроизмерительных приборов, а именно:

• Вольтметра;
• Омметра;
• Амперметра;
• Также, включает в себя функцию прозвонки цепи.

По типу прозвонки все устройства можно также разделить на три группы:

• Без звуковой прозвонки;
• Со звуковой прозвонкой;
• Со звуковой прозвонкой и возможностью замерять температуру.

[stextbox id=’warning’]Существуют также маленькие — карманные мультиметры. Многие предпочитают такие устройства ввиду их компактности — и такое решение, пожалуй, нельзя назвать ошибкой. По функциональности такие устройства вовсе не уступают своим «старшим братьям».[/stextbox]

Было бы предпочтительно, безусловно, выбирать мультиметр с функцией звуковой прозвонки. Звуковой индикатор, на практике, оказывается очень удобным.

По сути, любой прибор состоит из трех основных элементов:

• Дисплей;
• Регулятор режимов работы;
• Щупы.

Щупы необходимо подключить к сети, но перед этим очень важно выбрать правильный режим работы. Например, функцию прозвонки или измерение сопротивления. Но, это лишь вкратце, дальше будем говорить обо всех функциях мультиметра более подробно.

Внешний вид и органы управления мультиметра

Представленная модель имеет:

1. жидкокристаллический дисплей,
2. переключатель режимов измерения,
3. гнезда для подключения измерительных щупов (на жаргоне они называются концы),
4. разъем для подключения транзисторов.

Порядок выполнения измерений

Перед тем, как приступить к измерениям необходимо выбрать соответствующий режим (рисунок 1б). Соответствующие зоны на корпусе мультиметра содержат обозначение измеряемой величины и ее пределы (максимальные значения):

1. OFF – выключено. Когда измерения не проводятся, рекомендую всегда ставить переключатель в это положение. Дело в том, что мультиметр оснащен батареей, которая используется при некоторых измерениях, например, сопротивления. Если мультиметр оставить в таком режиме – батарея будет разряжаться.
2. ACV – переменное напряжение.
3. DCA- постоянный ток.
4. Режим измерения больших токов (10А) – в данном случае 10 Ампер. Об этом немного позже.
5. hFE – измерение параметров транзисторов (здесь это не рассматривается).
6. Режим прозвонки электрических цепей. Обозначается пиктограммой динамика, звонка или чего то подобного. При работе в нем мультиметр при наличии низкого сопротивления (близкого к нулю) формирует звуковой сигнал. Это удобно тем, что не надо смотреть на дисплей. Есть сигнал – “замыкание”, нет сигнала – “обрыв”. Правда, надо быть поаккуратнее и пользоваться этим, если достоверно известно, что цепь имеет только два указанных состояния.
7. Ω – сопротивление.
8. DCV – постоянное напряжение.

[stextbox id=’warning’]Должен сказать, что существуют мультиметры с возможностями измерения частоты, температуры и пр., но для большинства электротехнических измерений это лишнее и здесь не рассматривается.[/stextbox]

Далее, подключаем щупы к мультиметру (рис.2).

Для того, чтобы правильно это сделать достаточно внимательно прочитать маркировку около соответствующих гнезд. В нашем случае, если смотреть снизу вверх (картинка слева) это:

• COM – общий, один из щупов (как правило черный) подключается всегда.
• V Ω mA – гнездо для измерения положительных “+” значений всех постоянных напряжений, сопротивлений, величин токов кроме предела 10 Ампер, переменных напряжений.
• 10ADC – это то, о чем я говорил выше, если вы собираетесь измерять большие токи (до 10А, положение переключателя режима измерений №4 – рис.1б) – второй щуп подключается сюда.

Остается выбрать режим измерения. Например, если Вы установите переключатель режимов в положение DCV 20, значит сможете измерять постоянное напряжение с максимальным значением 20 Вольт.

Может случиться что предполагаемое значение измеряемой величины неизвестно. Тогда следует установить максимально возможное и постепенно его уменьшать до получения результата.

Полезный материал: Как проверить полевой транзистор

Еще одно замечание. На шкале мультиметра можно увидеть чисто цифровые значения измеряемых величин, как в предыдущем примере, так и с буквой в конце, например DCV 200m. Если кто забыл, это производные величины основных единиц измерения и означают:

• μ микро 10^-6,
• m мили 10^-3,
• k кило 10³,
• M мега 10⁶.

То есть 200 mV= 200*10^-3 V.

Сфера применения

Эти универсальные приборы позволяют измерять несколько параметров постоянного и переменного тока: напряжение, ток, сопротивление, в то время как специализированные приборы, такие как омметры, амперметры и вольтметры, могут измерить только один определенный параметр цепи.

[stextbox id=’warning’]Мультиметры широко используются в промышленной сфере, электротехнике, электронике, в инженерных расчетах, при проведении ремонтных и эксплуатационных работ. Вместе с контрольными лампами мультитестеры применяют при отделочных работах, во время монтажа и подключения электрической сети. Использование мультиметров дает возможность обеспечения качественной установки электрооборудования.[/stextbox]

Виды

Цифровые мультиметры

Наиболее простые цифровые мультиметры имеют разрядность 2,5 цифровых разряда (точность обычно около 10 %). Наиболее распространены приборы с разрядностью 3,5 (точность обычно около 1,0 %). Выпускаются также чуть более дорогие приборы с разрядностью 4,5 (точность обычно около 0,1 %) и существенно более дорогие приборы с разрядностью 5 и выше. Точность последних сильно зависит от диапазона измерения и вида измеряемой величины, поэтому оговаривается отдельно для каждого поддиапазона. В общем случае точность таких приборов может превышать 0,01 %, несмотря на портативное исполнение.

[stextbox id=’warning’]Разрядность цифрового измерительного прибора, например, «3,5» означает, что дисплей прибора показывает 3 полноценных разряда, с диапазоном от 0 до 9, и 1 разряд — с ограниченным диапазоном. Так, прибор типа «3,5 разряда» может, например, давать показания в пределах от 0,000 до 1,999, при выходе измеряемой величины за эти пределы требуется переключение на другой диапазон (ручное или автоматическое).[/stextbox]

Типичная погрешность цифровых мультиметров при измерении сопротивлений, постоянного напряжения и тока менее ±(0,2 % +1 единица младшего разряда). При измерении переменного напряжения и тока в диапазоне частот 20 Гц…5 кГц погрешность измерения ±(0,3 %+1 единица младшего разряда). В диапазоне высоких частот до 20 кГц при измерении в диапазоне от 0,1 предела измерения и выше погрешность намного возрастает, до 2,5 % от измеряемой величины, на частоте 50 кГц уже 10 %. С повышением частоты повышается погрешность измерения.

Входное сопротивление цифрового вольтметра до 11 МОм, емкость — 100 пФ, падение напряжения при измерении тока не более 0,2 В. Питание обычно осуществляется от батареи напряжением 9В, потребляемый ток не превышает 2 мА, при измерении постоянных напряжений и токов и 7 мА при измерении сопротивлений и переменных напряжений и токов. Мультиметр обычно работоспособен при разряде батареи до напряжения 7,5 В^[1].

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.

Полезный материал: Как проверить исправность симистора

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:

• Постоянное напряжение, переменное напряжение в следующих диапазонах: от 0,2В (одно деление шкалы) до 0-10; 0-50; 0-200; 0-1000 В.
• Постоянный ток в диапазонах: от 4 мкА (одно деление шкалы) до 0-0.2; 0-1; 0-5; 0-20; 0-100 и 0-500 мА.
• сопротивления: в пределах от 1 Ома до 2 МОм.^[2]

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

Полезный материал: Варисторы – что это такое, принцип действия, характеристики и параметры.

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

(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

Как пользоваться мультиметром

Пример №1. Постоянный ток – измерение величины

Тебе нужно измерить величину постоянного напряжения. Переключатель выбора режима устанавливаем в секторе величины измерения постоянного напряжения Вольт, при этом, если тебе совершенно неизвестна величина измеряемого напряжения, необходимо начинать с наибольшего предела измерения напряжения, в данном случае 1000 или 200Вольт. Если напряжение окажется значительно меньше, этих величин, необходимо уменьшить предел измерения, для получения более точного значения измеряемого напряжения.

Подключаешь щупы – черный в гнездо – COM – красный в гнездо – VΩmA. Красный щуп прибора подключаешь к положительному полюсу источника напряжения, черный к отрицательному.

Если ты перепутаешь полюсовку (черный на + а красный на -) ничего страшного не произойдет, но, результат будет со знаком минус или вместо индикации величины напряжения на экране дисплея будет знак минус (-), это зависит от модели мультиметра.

Пример№2 Переменный ток измерение величины.

Для того чтобы измерить напряжение переменного тока, необходимо:  Переключатель выбора режима устанавливаем в секторе величины измерения переменного напряжения Вольт, при этом, если тебе совершенно неизвестна величина измеряемого напряжения, необходимо начинать с наибольшего предела измерения напряжения, в данном случае 750Вольт.

Если напряжение окажется значительно меньше, этой величины, необходимо уменьшить предел измерения, для получения более точного значения измеряемого напряжения.

При измерении величины переменного напряжения нет необходимости соблюдать полярность, то есть, щупы к источнику питания, можешь подключать произвольно.

Пример №3. Как измерить силу тока мультиметром “Ампер”

Измерение величины тока начинают так же с переключения режима измерения тока на наибольший предел, после чего при необходимости предел измерения мультиметра уменьшают для получения более точных показаний.

При измерении тока, мультиметр подключают последовательно в разрыв цепи питания нагрузки. Удобнее подключить красный щуп мультиметра к плюсу источника питания, а черный щуп к нагрузке.

Для измерения больших величин тока (контроль зарядки автомобильного аккумулятора) необходимо красный щуп переключить в гнездо с маркировкой – 10А. Продолжительное измерение тока большой величины может вызвать перегрев внутреннего шунта мультиметра, и как следствие выход прибора из строя.

Пример №4 Как измерить сопротивление мультиметром

Измерение величины сопротивления резисторов. Проверка номинала резисторов не представляет особой сложности. Требуется переключение режима работы прибора в режим измерения сопротивления, в случае, когда номинал резистора неизвестен, начни с наибольшего предела. Подробно о измерении номинала и проверке резисторов в моей статье Что такое резистор

Пример №5 Как прозванивать мультиметром, проверка состояния электрической цепи “прозвонка”.

Ремонт электроники включает в себя такую функцию как “прозвонка” цепей и радиоэлектронных компонентов.   Активируется эта функция установкой переключателя режима работы мультиметра в положение:

В данном случае прибор позволяет прозванивать целостность электрических проводов, электроконтактов, нагревательных элементов и многое другое. В этом режиме очень удобно проверять исправность таких полупроводниковых приборов как диод, стабилитрон, биполярный транзистор и пр. Для удобства пользования, в режиме прозвонки присутствует звуковой сигнал, который позволяет не отвлекаться на показания прибора в случае когда не нужна высокая точность измерения а лишь необходимо убедиться в целостности проводника иликонтакта например: при проверке большого количества проводов и контактов – в многожильном кабеле. Щупы прибора в режиме прозвонки, должны быть подключены так же, как и при измерении напряжения.

Это основные функции прбора под общим названием “Мультиметр” которые тебе необходимо знать и уметь применять на практике.                                                           Теперь, когда ты осилил эту статью до конца, за твое терпение расскажу тебе кое что дополнительно.

Наряду с цифровыми мультиметрами применяют и аналоговые стрелочные измерительные приборы.  Для чего нужны такие анахронизмы?

Дело в том, что цифровые мультиметры как бы притормаживают, выдают точное показание не сразу, а по прошествии некоторого времени. Когда измеряются статические показатели различных величин – это не вызывает каких – либо неудобств, но если показания будут резко меняться на незначительную величину, цифровой мультметр не успеет отреагировать и момент просадки или резкого броска напряжения может остаться незамеченным.  Аналоговый “стрелочный” прибор в такой ситуации отреагирует практически мгновенно, стрелочка успеет дернутся в ту или иную сторону указывая на возможную проблему источника питания. Следующий плюс стрелочных приборов проявляется когда нужно проверить переменный резистор.

Показания цифрового мльтиметра при вращении ротора переменного резистора, будут меняться скачкообразно, и проверить плавность изменения сопротивления переменного резистора очень сложно. Стрелка аналогового прибора при проверке переменного резистора, передвигается плавно, как бы вслед за ползунком, и малейшее нарушение контакта в токопроводящем слое резистора отразится на ее перемещении. В общем специально стрелочный мультиметр приобретать не обязательно, но если тебе он достанется совершенно случайно, не отказывайся, он может тебе пригодится. И самое главное, такие аналоговые приборы могут работать без батареек.

Теперь об очень важном, о том как безопасно и как правильно пользоваться мультиметром.

При обращении с измерительными приборами необходимо соблюдать правила техники безопасности.

Внимательно следи за переключателем режима работы мультиметра. Если ты, при проверке напряжения переключишь прибор в режим измерения тока, произойдет короткое замыкание и мультиметр скорее всего выйдет из строя. Такая же участь ожидает его при измерении напряжения, когда переключатель режима находится в секторе измерения сопротивления или прозвонки. Возьми за правило, после проведения измерений, выставь переключатель режимов в положение ВЫКЛ начале работы с прибором, проверь целостность соединительных проводов и измерительных щупов.

Пределы измерения

Наш мультиметр может измерять, скажем, значения сопротивления в пределах от 0.1 Ом до 200 МОм и имеет 7 пределов измерений, от 200 Ом до 200 МОм.

У неподготовленного читателя может возникнуть вопрос, а зачем столько пределов измерений? Это сделано для того, чтобы точно знать величину, отображаемую на экране мультиметра.

https://www.youtube.com/watch?v=O2fSCFDqyyA

Предположим, ты измеряешь сопротивление резистора на 20 кОм, но ты не знаешь его значения и видишь на экране цифру 20.

Если бы не было пределов, а измерение сопротивления было бы на одном пределе (0 – 200 МОм), было бы непонятно, что это за цифра, то ли 20 Ом, то ли 20 кОм, а может 20 МОм. Кроме того, при помощи пределов настраивается точность измерений: чем точнее установленный предел соответствует измеряемому элементу, тем точнее будет результат измерения.

Скачайте книгу “Основы работы с мультимитром” от Национального исследовательского Томского политехнического университета

electrosam.ru/glavnaja/slabotochnye-seti/oborudovanie/multimetry-testery/
ark-eng.ru/raznoe-2/multimetr-eto-pribor-dlya-izmereniya-dlya-chego-nuzhen-multimetr-yandeks-znatoki.html
eltechbook.ru/kak_polzovatsja_multimetrom.html
electricalschool.info/main/sovety/526-kak-polzovatsja-multimetrom.html
slojno.net/kak-polzovatsya-multimetrom/
astena.ru/smart.html