Цифровой мультиметр это основной инструмент киповца, ведь с его помощью можно проверить поступает ли напряжение питания на датчик, измерить выходной ток прибора, найти обрыв в кабеле и многое другое. Цифровые мультиметры получили широкое распространение благодаря малым габаритам и весу, широким пределам измерения, приемлемой точности и низкой цене.
К сожалению, большинство мультиметров (особенно недорогие модели китайского производства) комплектуются лишь краткой инструкцией с перечислением основных функций из-за чего у начинающих киповцев часто возникают вопросы по применению этих мультиметров. Поэтому в данной статье рассмотрим не только основные функции цифрового мультиметра, но и то, как этими функциями пользоваться на примере широко распространенного мультиметра DT 830B.
Устройство мультиметра и правила работы с ним.
Простые цифровые мультиметры типа DT 830 и аналогичные им имеют на лицевой панели 3,5 разрядный семисегментный ЖК индикатор, поворотный переключатель пределов измерения и три гнезда для подключения щупов. Питание мультиметра осуществляется от батарейки типа “Крона” напряжением 9В. Для замены батарейки необходимо снять заднюю крышку прибора, при этом также открывается доступ к печатной плате мультиметра, на которой расположен, в том числе, предохранитель номиналом 200 мА.
Одно из гнезд для подключения щупов, а именно гнездо СОМ, задействовано всегда, при любом роде выполняемых измерений. Обычно к гнезду СОМ присоединяется щуп черного цвета. к гнезду VΩmA подключается щуп красного цвета при измерении постоянного и переменного напряжения, сопротивления и постоянного тока величиной до 200 мА. Для измерения постоянного тока величиной более 200 мА красный щуп из гнезда VΩmA необходимо вынуть и подключить его в гнездо 10А.
На лицевой панели мультиметра кроме того расположен восьми контактный разъем (сокетт) подключения транзисторов для измерения коэффициента усиления по тока h21э (или hFE). Причем измерить коэффициент усиления по току удается только у биполярных низкочастотных транзисторов малой и средней мощности. Так как в процессе обслуживания и ремонта оборудования КИП нет необходимости измерять коэффициент усиления транзисторов, то данный режим работы мультиметра рассматриваться не будет. Скажу лишь только, что к контакту Е разъема подключается эмиттер транзистора, к контакту В – база, к контакту С – коллектор, но перед этим необходимо, например, по справочнику определить структуру транзистора: p-n-p или n-p-n и выбрать соответствующую сторону разъема.
В режиме проверки целостности полупроводниковых диодов мультиметр генерирует небольшое испытательное напряжение и ток, которое и прикладывается к проверяемому диоду. Если диод исправен, то при подключении красного щупа (плюса) мультиметра к аноду, а черного щупа к катоду на дисплее высветиться значение падения напряжения на p-n переходе диода. Для кремниевых диодов это напряжение находиться в пределах 0,6…0,9 В. При обратной полярности подключения (красный щуп – катод, черный щуп – анод) на дисплее высветится единица, так как диод проводит ток только в одном направлении. При проверке диодов без выпаивания их из схемы ремонтируемого устройства имейте ввиду, что соединенные с диодом другие радиодетали могут исказить результат измерения. Поэтому желательно хотя бы один вывод диода отсоединять от схемы.
Отключение мультиметра по окончанию проведения измерений осуществляется путем установки поворотного переключателя в положение OFF.
При работе с мультиметром не прикасайтесь к оголенной части щупов, так как, во-первых, это может привести к поражению электрическим током (при измерении тока и напряжения) и, во-вторых, из-за относительно низкого электрического сопротивления тела человека может возрасти погрешность измерения, особенно при измерении больших сопротивлений.
Недорогие мультиметры DT 830B и им подобные можно применять только для измерений, производимых при наладке оборудования и поиске неисправностей. Их нельзя использовать при калибровке и уж тем более при поверке датчиков и другого оборудования КИП, так как точность измерения данных мультиметров недостаточна для этих целей и, кроме того, они не внесены в государственный реестр средств измерения. При поверке и калибровке оборудования следует использовать более точные мультиметры, например, отечественные приборы серии В7 или импортные мультиметры APPA, Fluke и аналогичные.
Всегда следите за степенью разряда батареи мультиметра, так как в случае сильного разряда батареи погрешность измерения прибора резко возрастает. При покупке мультиметра отдавайте предпочтение тем моделям, у которых есть индикатор разряда батареи. И меняйте батарею сразу же, как только загорится индикатор разряда батареи.
Выбирая между несколькими моделями мультиметров, следует отдавать предпочтение тем моделям, которые имеют более широкие пределы измерения (или большее количество поддиапазонов измерения) напряжения, тока и сопротивления и минимальную погрешностьизмерения. Дополнительный функционал приборов, такой как измерение температуры, емкости, встроенный генератор импульсов зачастую остается не востребованным, и делать упор на наличие этих функций при покупке мультиметра не стоит.
Если значение измеряемой величины вам не известно даже ориентировочно, то всегда начинайте измерения, установив максимально возможный предел измерения для данного рода измерений. Мультиметр, особенно недорогие модели, является не ремонтопригодным устройством (точнее дешевле купить новый прибор, чем ремонтировать вышедший из строя) поэтому при выполнении измерений будьте внимательны и следите за тем, в какие гнезда вставлены щупы и в каком положении находиться поворотный переключатель.
Измерение постоянного и переменного напряжения (режим вольтметра)
Изучение работы мультиметра начнем с режима измерения напряжения (режим вольтметра), так как для его измерения не требуется выполнять какие-либо переключения или отключения в цепи и технически оно реализуется наиболее просто.
Во-первых, необходимо определить какое напряжение вы собираетесь измерить – постоянное или переменное. Для этого внимательно изучите схемы электрические принципиальные данного щита или прибора, маркировочные бирки и кембрики на кабелях и проводах, маркировку клемм приборов и оборудования и обозначения на печатных платах прибора (если вы производите измерения внутри прибора, например, при его ремонте).
Для измерения постоянного напряжения (батарейки, аккумуляторы, выходы блоков питания постоянного тока, цепи питания большинства современных датчиков КИП, термоЭДС термопар) установите поворотный переключатель в положение DCV (или V=). Для измерения переменного напряжения (бытовая электрическая розетка, выходы источников бесперебойного питания 220В, осветительная сеть, цепи питания двигателей насосов, вентиляторов, трансформаторов и исполнительных механизмов) установите поворотный переключатель в положение ACV (или V~).
Во-вторых, после того как вы определили вид напряжения необходимо выбрать предел измерения. Если величина измеряемого напряжения не известна вам даже ориентировочно (например, у батарейки типа «Крона» постоянное напряжение 9В, а в бытовой розетке 220В переменного напряжения), то начинайте измерение с наибольшего предела измерения, уменьшая предел измерения до тех пор, пока измеренная величина не окажется максимально близка к пределу измерения, но при этом все еще будет меньше его. Например, для измерения постоянного напряжения вы установили предел 200В и при измерении напряжения получили значение равное 12,0В. Полученное значение напряжение 12В меньше следующего за 200В предела измерения мультиметра от 0 до 20В, а значит можно выбрать этот предел измерения. Измерив тоже самое напряжение 12,0В на пределе 20В вы получили более точное значение напряжения 11,98В.
И в-третьих, для измерения напряжения на участке электрической цепи подключать мультиметр следует parallel участку цепи, на котором необходимо измерить напряжение. Никаких разрывов или отключений цепи при этом выполнять не надо.
При работе с мультиметром в режиме измерения напряжения необходимо помнить, что:
- Измеряемое напряжение может быть опасно для жизни, поэтому при производстве измерений соблюдайте правила электробезопасности. Рекомендую освежить свои знания правил и пройти тест по электробезопасности. При измерении высоких напряжений на дисплее мультиметра высвечиваются символы HV (high voltage – высокое напряжение) предупреждающие о риске поражения электрическим током.
- При измерении напряжения мультиметр подключается параллельно участку цепи, на котором необходимо измерить напряжение. При этом для подключения мультиметра не требуется разрывать измеряемую цепь.
- Чем ближе измеренное значение к выбранному пределу измерения, тем точнее результат измерения.
- Идеальный вольтметр имеет максимально большое активное и реактивное входное сопротивление, стремящееся к бесконечности.
При измерении напряжения важно правильно выбрать точку, относительно которой выполняются измерения. В цепях переменного тока измерения чаще всего выполняют относительно нулевого провода N, а в цепях постоянного тока – относительно общего провода, который также часто называют массой, шасси, землей, GND. Причем в цепях постоянного тока может быть несколько независимых и полностью гальванически развязанных между собой общих проводов, например GNDa (аналоговая “земля” аналоговой части схемы прибора) и GNDd (цифровая “земля” цифровой части прибора). В этом случае производить измерения в аналоговой части схемы прибора нужно относительно аналоговой земля GNDa, а в цифровой части схемы – относительно цифровой земли GNDd.
Следует помнить, что мультиметр DT 830B предназначен для измерения постоянного напряжения и переменного синусоидального напряжения с частотой от 45 до 450 Гц. Поэтому, для измерения напряжения (амплитуды) импульсов, напряжения высокой частоты, напряжения имеющего постоянную и переменную составляющую следует использовать осциллограф.
Если установить переключатель вида измерений мультиметра в положение измерения переменного напряжения и попробовать измерить постоянное напряжение, то мультиметр покажет нуль. Это связано с особенностями схемотехники цифрового мультиметра. Если же попытаться измерить переменное напряжение, установив переключатель в измерение постоянного напряжения, то мультиметр может выйти из строя. Коме того, мультиметром крайне не рекомендуется выполнять измерения переменного напряжения свыше 500В – с большой долей вероятности прибор может выйти из строя.
Измерение постоянного тока (режим амперметра)
Простые мультиметры типа DT 830В предназначены для измерения только постоянных токов, переменный ток этим мультиметром измерять нельзя. Поэтому подготовка мультиметра к измерениям сводиться к выбору поворотным переключателем нужного предела измерения. Начинать измерения следует с наибольшего предела измерения. Необходимо учитывать, что при измерении токов до 200 mA щупы прибора должны быть вставлены в гнезда COM и VΩmA, а при измерении токов от 200 mA и до 10 А, щуп из гнезда VΩmA необходимо переставить в гнездо 10А. Естественно, что при измерении токов свыше 200 mA поворотный переключатель должен быть установлен в положение 10А.
В случае если вы попытаетесь на пределе измерения 200 mA измерить больший ток, то это приведет к выходу из строя предохранителя внутри прибора. Менять вышедший из строя предохранитель нужно на аналогичный быстродействующий плавкий предохранитель номиналом 200 mA 250 V. Не устанавливайте вместо сгоревшего предохранителя восстановленный предохранитель (жучок), так как при следующем превышении измеряемого тока из строя выйдет уже сам мультиметр. Вход 10А предохранителем не защищен. Измерение больших токов старайтесь выполнять за максимально короткое время, не оставляйте прибор включенным в измерительную цепь длительное время при измерении больших токов – мультиметр может выйти из строя. Некоторые производители рекомендуют измерение токов свыше 5А не производить дольше 15 секунд.
Для измерения тока мультиметр в режиме амперметра включается в разрыв измеряемой цепи, последовательно. То есть для измерения тока в цепи вам потребуется эту цепь разорвать. Если подключить мультиметр в режиме измерения тока параллельно цепи (как вольтметр), то в лучшем случае это приведет к выходу из строя предохранителя, а в худшем случае самого мультиметра.
При работе с мультиметром в режиме измерения тока необходимо помнить, что:
- Величина измеряемого тока может быть опасна для жизни, поэтому при производстве измерений соблюдайте правила электробезопасности. Не прикасайтесь к оголенным металлическим частям электрической схемы и мультиметра.
- Чем ближе измеренное значение к выбранному пределу измерения, тем точнее результат измерения. При индикации на дисплее символа “1” (перегрузка) необходимо переключиться на больший предел измерений.
- Идеальный амперметр (мультиметр в режиме измерения тока) имеет минимально возможное активное и реактивное входное сопротивление, стремящееся к нулю. В том случае если сопротивление амперметра будет велико, это сопротивление будет внесено в измеряемую цепь (так как амперметр подключается последовательно), что, в соответствии с законом Ома, приведет к уменьшению тока в цепи, и получению недостоверных показаний. Из-за того, что входное сопротивление мультиметра DT 830B не равно нулю падение напряжения на нем при измерении тока может достигать 200 mV.
Более дорогие мультиметры позволяют измерять не только постоянный, но и переменный ток. Но и в этом случае для измерения тока мультиметр включается в разрыв цепи. Для того, чтобы измерить значение переменного тока в цепи, не разрывая эту цепь, можно воспользоваться специальными токоизмерительными клещами. Такие клещи особенно удобны при измерении больших переменных токов (цепи питания двигателей насосов и т.п.).
Если в процессе эксплуатации датчиков КИП вам необходимо часто контролировать значение их выходного тока, то подключение этих датчиков к вторичным цепям лучше всего выполнять через специальные клеммные колодки с разъединителями. В этом случае для измерения выходного тока датчика подключаем амперметр к входной и выходной клеммам колодки, после чего откидываем разъединитель и производим измерение выходного тока датчика. После того как измерения завершены ставим разъединитель на место и отсоединяем амперметр.
В некоторых случаях измерение тока в цепи выполняют косвенным методом, путем измерения вольтметром падения напряжения на образцовом сопротивлении (“катушке”), включенном последовательно с нагрузочным сопротивлением в контур с измеряемым током. Так при значении образцового сопротивления 1 Ом и токе в контуре (цепи) 4 мА падение напряжения на этом сопротивлении в соответствии с законом Ома будет равно 4 мВ, а при токе 20 мА – 20 мВ. Такой метод измерения выходного тока часто используется при поверке или калибровке датчиков и приборов КИП.
Образцовые сопротивления могут иметь различное сопротивление: от сотых долей Ома до нескольких тысяч Ом. Рабочее положение образцового сопротивления вертикальное, так как внутрь корпуса некоторых типов образцовых сопротивлений заливается масло. Вольтметр (миливольтметр) подключается к клеммам U1 и U2 образцового сопротивления, а клеммы I1 и I2 включаются в разрыв контролируемого токового контура. Имейте ввиду, что для образцовых сопротивлений регламентирован максимальный ток, который через них можно пропускать. Величина этого тока указана на шильдике образцового сопротивления или в его паспорте.
Измерение электрического сопротивления (режим омметра)
Омметр используют для измерения сопротивления электрической цепи, сопротивления резисторов и проверки целостности соединительных проводов. Омметром мультиметра можно измерять только активное сопротивление, реактивное сопротивление емкостей и индуктивностей переменному току измерить омметром нельзя. В отличие от режимов измерения тока и напряжения, начинать измерения омметром можно как с самого меньшего предела, так и с самого большого предела измерения. Даже в случае значительной «перегрузки» прибор не выйдет из строя.
При измерениях сопротивления мультиметр подключается параллельно участку цепи, сопротивление которого необходимо определить. При этом данная цепь должна быть полностью обесточена и в ней не должен протекать электрический ток. Иначе мультиметр выйдет из строя.
При работе с мультиметром в режиме измерения сопротивления необходимо помнить, что:
- Электрическая цепь, сопротивление которой требуется измерить омметром должна быть полностью обесточена.
- Чем ближе измеренное значение к выбранному пределу измерения, тем точнее результат измерения. При индикации на дисплее символа “1” (перегрузка) необходимо переключиться на больший предел измерений.
- При измерении малых сопротивлений необходимо учитывать сопротивление щупов.
- При измерении больших значений сопротивлений (МОм – миллионы Ом) возможно длительное установление показаний – постепенный медленный рост показаний до их номинального значения.
Исправность омметра проверяется замыканием щупов друг с другом. В этом случае прибор должен выдать показания близкие к нулю. Если при замыкании щупов мультиметр не показывает точного нуля (это может произойти из-за применения не родных щупов, разряда батарейки и т.п.) необходимо делать поправку к измеренному значению на величину ухода нуля.
Полезные советы по работе с цифровым мультиметром.
В качестве источника питания для цифрового мультиметра лучше использовать щелочную (алкалиновую) девяти вольтовую батарейку типа “Крона”. Применение дешевых солевых батареек негативно сказывается на точности измерения мультиметра, особенно у более продвинутых моделей с подсветкой дисплея и при использовании мультиметра при низких температурах. Кроме того, если севшую солевую батарейку вовремя не поменять, то она может разгерметизироваться и вытекший электролит может повредить мультиметр.
Наиболее распространенной причиной выхода мультиметра из строя является установка поворотного переключателя выбора режима измерения не в то положение. Этому способствует и плохо читаемая, особенно в условиях плохой видимости, метка указателя на поворотном переключателя. Рекомендую выделить эту метку контрастным цветом, например, каплей белой краски.
Еще одной частой, но не такой фатальной неисправностью мультиметра является обрыв повода щупов с месте их крепления (пайки) к жалу щупа. Происходит это из-за того, что при выполнении измерений щупы часто проворачиваются относительно своей оси, соединительный же провод при этом остается неподвижным. В результате постоянного скручивания и раскручивания медная жила соединительного провода рвется в месте пайки. Чтобы этого не происходило, достаточно зафиксировать соединительный провод относительно самого щупа, например, с помощью изоляционной ленты или термоусадочной трубки как это показано на фотографии.
Если же вы все же решите заменить вышедшие из строя щупы новыми, более качественными, то имейте ввиду, что в этом случае, ноль омметра мультиметра может “уйти” из-за изменения сопротивления проводов щупов.
При выполнении измерений мультиметром внутри оборудования КИП с навесным монтажом радиодеталей на жала щупов рекомендуется надеть отрезки ПВХ трубочек (кембриков) или термоусадочной трубки. Это необходимо для исключения случайного касания жалом щупа нескольких точек схемы с разными потенциалами (например, контактной площадки и вывода рядом стоящего радиоэлектронного компонента) в результате чего может произойти короткое замыкание. В случае использования изолирующих трубочек оголенными оставляют только самые кончики щупов (их конусную заостренную часть).
