Виды, принципы действия, применение и сравнительные характеристики портативных мультиметров

Заключение

Принцип работы мультиметра основан на сравнивании входного сигнала с опорным. В основе цифрового мультиметра – АЦП двойного интегрирования. Изменение предела измерений реализуется на резисторных делителях; если в мультиметре есть милливольтовое деление, возможна реализация оборудования на встроенном усилителе с возможностью изменения коэффициента усиления. Напряжение измеряется путем прямого подключения к цепи. Измерение тока основано на падении напряжения на встроенных резисторах (разный резистор для разного предела измерения). Сопротивление измеряется при подаче фиксированного тока на резистор, с которого считывается значение (включение резистора реализовано на обратной связи инвертирующего усилителя).
Практически все современные портативные мультиметры имеют стандартный на ...

Реферат 2
СОДЕРЖАНИЕ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ФУНКЦИИ ПОРТАТИВНЫХ МУЛЬТИМЕТРОВ 6
1.1 Структура и принцип работы современных мультиметров 6
1.2 Порядок проведения измерительных работ с помощью мультиметра 6
1.3 Основные правила эксплуатации мультиметров 8
1.4 Функции и возможности современных мультиметров 8
2 КЛАССИФИКАЦИЯ ПОРТАТИВНЫХ МУЛЬТИМЕТРОВ 10
2.1 Мультиметры 10
2.2 Мультиметры с графической шкалой 11
2.3 Обзор видов цифровой индикации мультиметров 12
3 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОРТАТИВНЫХ МУЛЬТИМЕТРОВ 15
3.1 Разрядность и точность современных портативных мультиметров 15
3.2 Способы повышения точности измерения 17
4 СРАВНИТЕЛЬНАЯХАРАКТЕРИСТИКА ПОРТАТИВНЫХ МУЛЬТИМЕТРОВ РАЗЛИЧНЫХ ГРУПП И ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ 19
4.1 Сравнительная характеристика различных групп мультиметров фирмы ООО «АКТАКОМ» 19
4.2 Сравнительная характеристика различных групп мультиметров фирмы «Fluke Corporation» 20
4.3 Сравнительная характеристика различных групп мультиметров фирмы AgilentTechnologies 22
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 25

ВВЕДЕНИЕ
Мультиметр – универсальный измерительный прибор, сочетающий в себе функции нескольких устройств, что позволяет производить измерения большого спектра электрических величин.
Первый мультиметр был изобретен в начале 1920 года Дональдом Макади в связи с неудобством носить большое количество отдельных инструментов, необходимых для произведения измерений. Мультиметр тогда еще назывался авометром и выполнял измерения в амперах, вольтах и омах. В продажу изобретение поступило в 1923 году.
В начале 1990-х годов в СССР выпускались ручные мультиметры, измеряющие только 3 величины (ток, напряжение и сопротивление) при ручном выборе пределов измерений. Выпуск осуществлялся на 3-4 предприятиях, в том числе в Зеленограде и Минске. Но в 1992 году был разработан и выпущен на отечественный рынок п ортативный мультиметр с ручным и автоматическим выбором пределов измерений, обеспечивающий измерение напряжения, тока, сопротивления и емкости и измеритель RLC.
Самая простая модель мультиметра содержит в себе функции вольтметра, амперметра и может измерять сопротивление, отсюда появилось название «авометр». Но такие устройства встречаются крайне редко, современные мультиметры содержат в себе гораздо больше измерительных приборов.
Также мультиметры подразделяются на аналоговые и цифровые. В зависимости от того, каким образом отображаются измеряемые величины. У аналоговых приборов посредством стрелки со шкалой, а у цифровых с помощью специального экрана. Без аналоговых мультиметров невозможно обойтись при производстве измерений в условиях сильных радиопомех, в то время как другие могут выйти из строя.
Мультиметр объединяет в одном корпусе вольтметр, амперметр, омметр, но это, скажем так, классический вариант. Кроме того, к «стандартным» функциям измерения можно отнести такие возможности мультиметра, как прозвонка цепи на целостность и тестирование диодов.
Большинство моделей гораздо более функциональны и позволяют измерять также и ряд других электрических параметров, например: емкость, частоту, индуктивность и неэлектрические параметры, обычно - температуру.
На сегодняшний день мультиметр является многофункциональным устройством. Вы без особых усилий, сможете выбрать для себя нужный прибор, поскольку выпускаются модели с самыми различными комплектациями и возможностями.
Все приборы могут выполнять стандартный набор функций. А именно вы можете с его помощью измерить напряжение, сопротивление и силу тока. Количество функций, выполняемых мультиметром, может быть велико и зависит от его модели. С помощью этого устройства можно измерить реактивное сопротивление, частоту тока, температуру тел (с использованием температурного датчика) и т. п. Большинство мультиметров способно выдавать сигналы для проверки приборов, основанных на полупроводниках. Также они могут принимать вид простого осциллографа с небольшим экраном и способны строить временные диаграммы напряжений.
 

– тест диодов — проверка целостности полупроводниковых диодов и определение их полярности;– тест транзисторов — проверка полупроводниковых транзисторов и, как правило, определение статического коэффициента передачи тока h21э (например, тестеры ТЛ-4М, Ц4341);– измерение электрической ёмкости (Ц4315, 43101 и др.);– измерение температуры, с применением внешнего датчика (как правило, термопара градуировки К (ХА));– измерение частоты напряжения;– измерение большого сопротивления (обычно до сотен МОм; требуется внешний источник питания);– измерение большой силы тока (с использованием подключаемых/встроенных токовых клещей).Дополнительные возможности мультиметра:– защита входных цепей тестера в режиме измерения сопротивления при случайной подаче на вход внешнего напряжения;– защита тестера при неправильном выборе предела измерения (может вызвать повреждение измерительного механизма аналогового тестера), и при подключении к источнику напряжения в режиме измерения тока (приводит к протеканию токов короткого замыкания, и может вызвать возгорание токовых шунтов и всего мультиметра). Защита выполняется на основе плавких предохранителей и быстродействующих автоматических выключателей;– автоотключение питания; – подсветка дисплея;– фиксирование результатов измерений (отображаемое значение и/или максимальное); – автоматический выбор пределов измерения; – индикация разряда батарейки; – индикация перегрузки; – режим относительных измерений; – запись и хранение результатов измерений [3].2 КЛАССИФИКАЦИЯ ПОРТАТИВНЫХ МУЛЬТИМЕТРОВ2.1 Мультиметры Прежде всего, мультиметры можно классифицировать на аналоговые и цифровые.Для измерения тока в аналоговом мультиметре испольуется набор шунтов, а для измерения напряжения - набор добавочных резисторов. Такие приборы дешевы в изготовлении, стрелочный индикатор позволяет наблюдать быстрые изменения измеряемых параметров, но они имеют и ряд существенных недостатков: точность измерения, «видимость» показаний, довольно ограниченную функциональность, невозможность сохранения и передачи данных. Постепенно на смену аналоговым приборам пришли цифровые мультиметры, которые практически вытеснили аналоговые приборы, хотя честно говоря, остались области применения, где аналоговые приборы имеют предпочтение, например, при работе в условиях сильных радиопомех [2].Использование цифрового табло сразу улучшило и наглядность считывания результата и повысило точность измерения. Например, в стрелочных приборах, результат измерения зависел даже от угла, под которым пользователь мог посмотреть на шкалу. В цифровых мультиметрах (Digital Multi Мeter — DMM), эта дополнительная погрешность (или, как следует правильно именовать сегодня, — неопределенность) отпала сама собой.Варианты конструктивного исполнения цифровых тестеров представлены на рисунке 2.1. Рисунок2.1 - Внешний вид мультиметров в различном исполнении.Обычно, в цифровых мультиметрах, в качестве цифрового табло используются жидкокристаллические дисплеи, но встречаются модели и с другими типами индикаторов, например, OLED-дисплеи, позволяющие видеть измеряемое значение под углом 160°, но такие приборы стоят, обычно, существенно дороже.Мультиметр с ЖК-дисплеями часто имеют подсветку. При этом ее цвет может быть разным: и белым, и зеленым, и синим (рисунок 2.2). Рисунок 2.2 - Пример дисплеев современных цифровых мультиметров.2.2 Мультиметры с графической шкалойВ ряде моделей мультиметров предусмотрена графическая сегментированная шкала (рисунок 2.3), моделирующая аналоговую шкалу. Рисунок 2.2 - Пример дисплеев мультиметров с совмещенными шкаламиДостаточно часто, эту шкалу в приборах называют псевдоаналоговой. Наличие в приборе псевдоаналоговой шкалы обеспечивает возможность отслеживания динамики быстрых процессов при измерении (аналог колебания стрелки в стрелочных приборах), поэтому ее полное название в зарубежных приборах – Bar Graph Indicationand Frequency Measurement Path. Псевдоаналоговая шкала в различных типах приборов бывает обычно от 30 до 70 делений. Скорость обновления до 30 измерений в секунду. Следует отметить, что периодически появляются проекты принципиально иного подхода к дисплеям DMM — отображения формы измеряемого сигнала (как на экране осциллографа), но до настоящего момента эти решения не стали массовыми. При этом существует модель мультиметра со съемным дисплеем FLUKE 233 (рисунок 2.4). Такое решение позволяет разнести измерительную и показывающие части на расстояние до 10 метров. Очевидно, что такая модель прибора не является дешевой [4].Рисунок 2.4 - Мультиметр FLUKE 233 со съёмной шкалой.Мультиметр без псевдоаналоговой шкалы имеет значительно меньшую цену. 2.3 Обзор видов цифровой индикации мультиметровИзучая индикаторы современных DMM обнаруживаем, что некоторые приборы имеют несколько групп цифр на индикаторе. К таковым, например, относят модели АКТАКОМ АММ-1139, АММ-1062, АM-1152, АМ-1018 и АМ-1109. Основной цифровой индикатор обычно имеет большие по размеру цифры и большую разрядность, но на втором можно отобразить не два, а даже три цифровых значения. Второй цифровой индикатор обладает различной функциональностью в зависимости от модели На втором индикаторе, например, может отображаться зафиксированное максимальное и минимальное значения (пример дисплея АММ-1139 на рисунке 2.5).Рисунок 2.5 - Дисплея АММ-1139 с отображением максимальных и минимальных значений измеряемой величины.Кроме того, на втором индикаторе могут отображаться дополнительные измеренные параметры, такие как параметры окружающей среды, температура и т.п. (рисунок 2.6) или второй параметр измеряемой величины (для переменного тока или напряжения) значение частоты (АМ-1152).Рисунок 2.6 - Дисплей АММ-1062 со сложными функциями отображения Выделим мультиметр АКТАКОМ АМ-1109 (рисунок 2.7). Его отличие от других приборов состоит в том, что прибор имеет два измерительных канала и это позволяет ему проводить одновременные измерения и отображение сразу двух величин. В качестве индикаторного блока используется двухстрочный ЖК индикатор по 60000 отсчетов на каждый канал и графическую шкалу на 30 сегментов. Более того, прибор имеет гальванически развязанный интерфейс для передачи данных на персональный компьютер. АМ-1109 имеют высокую точность измерения (до 0,06%). Рисунок 2.7 - Двухканальный мультиметр АКТАКОМ АМ-1109.Существуют DMM с переключением параметра измеряемой величины одной кнопкой, например, переменное напряжение и частота в мультиметре U1231A фирмы Agilent Technologies. Аналогичен ему АМ-1038 постоянное напряжение и переменная составляющая в нем (рисунок 2.8). При отображении AC+DC прибор индицирует значение истинного эффективного значения переменного сигнала с постоянной составляющей. Этот режим измерения особенно полезен при измерении пульсации переменного тока на источниках питания постоянного тока.Индикация постоянного напряжения (внизу слева), переменной составляющей (внизу в центре) и постоянной + переменной составляющих (внизу справа).Рисунок 2.8 - Мультиметр АМ-1038.В заключение данного раздела отметим, что некоторые модели могут быть снабжены специальными щупами. Также они могут отличаться типом и размером экрана, кнопками, переключателями, разнообразными батареями и т. п. Некоторые мультиметры имеют защитные корпуса и футляры, поэтому при его приобретении следует обратить внимание на условия его эксплуатации. 3 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОРТАТИВНЫХ МУЛЬТИМЕТРОВ3.1 Разрядность и точность современных портативных мультиметров Разрядность и точность мультиметра – одни из важных его характеристик. Разрядностью 2,5 и погрешность до 5 процентов обладают недорогие и простые модели. Приборы среднего класса в основном обладают разрядностью 3,5, а погрешность до 1 процента. Самые современные модели соответственно – 4,5 и 0,1 процент. Разрядность 5 и больше имеют наиболее дорогие профессиональные модели. Они обладают маленькой погрешностью, которая зависит от диапазона и типа измерений, но она редко превышает 0,01 процент [4].Разрядность дисплея - это максимальное количество элементов которое отображается на экране при измерении того или иного параметров. Разрешение прибора определяет разрядность дисплея, т.е. минимальной величиной (на конкретном диапазоне), изменение которой он может отобразить, а точность - погрешностью (неопределенностью) АЦП, погрешностью и стабильностью других элементов прибора. Но, конечно, трехразрядный мультиметр (т.е. с 3-мя десятичными? цифрами на дисплее) не бывает точнее 5-разрядного. Разрешение цифрового мультиметра зависит от встроенного в прибор АЦП. Именно АЦП и преобразовывает аналоговый входной сигнал в цифровое значение, которое в дальнейшем и отображается на дисплее. Часто в каталогах и описаниях используют неудачное сокращение разрядности прибора: например DMM с 31/2 разрядами. Причем бывают и более неопределенные данные для быстрого понимания: 35/6 — тоже не простой для восприятия параметр. Поэтому, при выборе DMM лучше задаваться вопросом разрядности дисплея, имея ввиду максимальное цифровое отображаемое значение 1999 (иногда указывают 2000), 3999, 5999 и т.п [5].Обычно, по этим параметрам (точности и разрядности) осуществляется группировка приборов по потребительским категориям:– мультиметры профессиональные;– мультиметры прецизионные;К двум перечисленным категориям следует также отнести и специализированные мультиметры.Точность - это одна из основных характеристик при классификации и выборе мультиметров, но в каталогах, как правило, указывается базовая погрешность. С одной стороны, базовая погрешность позволяет получить представление о начальных точностных характеристиках мультиметра. С другой стороны, базовая погрешность не даёт представления о реальных значениях точности т.к., во-первых, значение погрешности зависит от диапазона измерения, и на каждом из диапазонов она может быть своя. Поэтому реальная погрешность измерений цифровых мультиметров обычно представляется в виде суммы двух значений: части измеряемой величины и части диапазона измерений. Например, спецификация мультиметра Fluke 187 (рисунок 3.1).Рисунок3.1 - Спецификация мультиметра Fluke 187.Первое значение (например, 0,0005 или 0,05%) - это относительная погрешность результата измерения на конкретном диапазоне.Именно эта погрешность в большинстве случаев указывается в качестве базовой погрешности. Эта относительная погрешность указывается в процентах от измеряемого значения. А вот вторая, например, 4 е.м.р., является абсолютной погрешностью, выраженной в единицах младшего разряда (е.м.р., или квант цифровой шкалы.), так и приведённой погрешностью, представленной в виде процентов от максимального значения диапазона или шкалы. В предыдущем абзаце были показаны две формы нормирования погрешности в мультиметре основная погрешность может быть представлена в виде ±(% от показания + % от диапазона). Для прецизионных приборов относительная погрешность отображается не в процентах, а в таких единицах, как ppm. Аббревиатура ppm обозначает миллионную долю каких-либо относительных величин (дословный перевод ppm — part per million — частей на миллион):1 ppm = 0,001 ‰ = 0,0001 % =0,000001 = 10–6.Такой вид спецификации на мультиметр, который представлен на рисунке 3.1, является наиболее правильным. Из него видно и суммарную погрешность, и максимальную разрядность (в данном случае 50000 единиц).Исходя из подобной формы записи погрешности, не следует, что мультиметры, обладающие большей разрядностью и имеющие лучшее разрешение, имеют меньшую погрешность и лучшую точность [5]. Данный принцип является основным при пороектировании приборов, т.е. более точные должны иметь большую разрядность. 3.2 Способы повышения точности измеренияРассматривая такую важную тему, как точность мультиметра, следует упомянуть о способах увеличения точности измерения, которые реализуются не во всех группах приборов. Особенную важность проблема увеличения точности приобретает при измерении малых значений величин и на младших диапазонах. Возьмем классический пример: при измерении сопротивления по двухпроводной схеме, а именно такая схема в основном реализована в портативных измерителях, существенное влияние могут оказывать измерительные провода.Очевидно, что измерительные провода имеют свое сопротивление, которое может меняться, скажем, при нагреве. Также они влияют и при измерениях емкости и других параметров. Именно для этих целей и служит режим установки нуля или режим относительных измерений. Перед проведением каждого измерения необходимо нажать кнопку включения этого режима, обычно она носит название «REL». Когда включается эта функция, прибор использует текущее показание в качестве опорного значения, и следующие показания представляют собой разность между измеренным значением входного сигнала и опорным значением. Таким образом, можно скомпенсировать ряд параметров, ухудшающих точность: шумы, изменение сопротивления при нагреве проводов и т.п. И во многих руководствах по эксплуатации на прибор для более точных измерений рекомендуется использовать этот режим.Рассмотрим еще несколько способов увеличения точности измерения. Такие возможности, в основном, присутствуют в мультиметрах фирмы Fluke и Agilent.У данных цифровых мультиметров, отдельного упоминания заслуживает функция, позволяющая прибору работать в режиме с низким импедансом.