Документация
Любой измерительный прибор имеет относительную погрешность. Обычно этот параметр фиксирован и индивидуален для каждого мультиметра. Он отражается в документации, прилагаемой к товару. Данные о погрешности обозначаются знаком процента или «плюса-минуса». Производитель указывает максимально допустимый диапазон отклонений, который получает после калибровки на заводе.
Однако перед использованием можно определить точность мультиметра самостоятельно. Часто два разных экземпляра, выпущенных одним и тем же производителем, могут иметь разные погрешности.
Для правильной оценки лучше использовать абсолютную цифру, которая приводится в конце шкалы погрешностей. Например, если нужно произвести измерения, где диапазон напряжения составляет 2 В, погрешность не должна составлять больше ±41 мВ.
Если паспортные данные мультиметра рассчитывают погрешность в процентном соотношении, например, ± 0,5% и ± 1D, то считаем. 0,5% от 2 В Получается значение 40 мВ, в этом случае единицей меньшего разряда выступает 1 мВ.
Если вы выявили, что на данном отрезке измерений мультиметр показывает отклонения, больше предусмотренных, ему требуется калибровка. Если правильно провести процедуры, показания будут точнее тех, которые указывает производитель в паспорте товара.
Цифровые мультиметры
Наиболее простые цифровые мультиметры имеют портативное исполнение. Их 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 разрядов и выше (так, прецизионный мультиметр 3458A производства Keysight Technologies (до 3 ноября 2014 г. Agilent Technologies) имеет 8,5 разрядов). Среди таких мультиметров встречаются как портативные устройства, питающиеся от гальванических элементов, так и стационарные приборы, работающие от сети переменного тока. Точность мультиметров с разрядностью более 5 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 % (даже у портативных моделей).
Многие цифровые вольтметры (например В7-22А, В7-40, В7-78/1 и т. д.) по сути также являются мультиметрами, поскольку способны измерять кроме напряжения постоянного и переменного тока также сопротивление, силу постоянного и переменного тока, а у ряда моделей также предусмотрено измерение ёмкости, частоты, периода и т. д.). Также к разновидности мультиметров можно отнести скопметры (осциллографы-мультиметры), совмещающие в одном корпусе цифровой (обычно двухканальный) осциллограф и достаточно точный мультиметр. Типичные представители скопметров — АКИП-4113, АКИП-4125, ручные осциллографы серии U1600 фирмы Keysight Technologies и т. д.).
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).
Индикаторы цифровых мультиметров (а также вольтметров и скопметров) изготавливаются на основе жидких кристаллов (как монохромных, так и цветных) — APPA-62, В7-78/2, АКИП-4113, U1600 и т. д., светодиодных индикаторов — В7-40, газоразрядных индикаторов — В7-22А, электролюминисцентных дисплеев (ELD) — 3458A, а также вакуумно-люминесцентных индикаторов (VFD) (в том числе и цветных) — В7-78/1.
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 порядка 10 МОм (не зависит от предела измерения, в отличие от аналоговых), ёмкость — 100 пФ, падение напряжения при измерении тока не более 0,2 В. Питание портативных мультиметров 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.
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.
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.
Варианты определения погрешности
Как откалибровать прибор – вопрос достаточно сложный, потому что единая методика, описывающая данные действия, не предусмотрена. Каждый пользователь подбирает удобный для себя метод, которых наиболее соответствует модели его мультиметра и является доступным.
Большинство мультиметров используется для измерения напряжения, прозвона электросетей, измерения сопротивления, ими проверяют транзисторы, конденсаторы, некоторые модели способны измерять температуру. Не столь важно, какой модели у вас прибор. Методика калибровки может быть единой для нескольких продуктов разных компаний.
В основном мультиметры имеют стандартную схему. Полученные показания они превращают в напряжение, которое сравнивается с образцовым значением, называемым VREF. Благодаря этому и удается получить измеряемые величины.
Для того чтобы они были максимально точными, необходимо, чтобы образцовое напряжение было приближено к идеальному. Так как величину ему в большинстве случаев задает обычный резистивный делитель, точность данных может зависеть от того, насколько свежая у прибора батарея. Если она разряжена, мультиметр будет выдавать неверные данные.
Неточность образцового напряжения сделает неверными и все остальные величины, получаемые при помощи мультиметра. Методика калибровки требует точной установки именно этого исходного параметра.
Совет. Перед тем как настраивать прибор, замените батарею или убедитесь в том, что она хорошо заряжена.
Многие мультиметры имеют подстроечные элементы для калибровки. Это переменные резисторы с дополнительным выводами. Искать их несложно, они имеют специальные обозначения на плате.
Если прибор старого образца, и плата таких обозначений не имеет, найдите примерное их месторасположение, а затем сравните со схемой мультиметра.
Принцип действия
Работа любого тестера построена на принципах измерения величин. К тому же, она строится в соответствии с законом «Ома».
Вам это будет интересно Установка амперметра
Есть ряд принципов использования тестера при разных видах замеров:
- Прямые измерения. Производятся за счет непосредственного соединения щупов с объектом. На приборе отразится результат.
- Косвенные измерения. Происходят путем совершения нескольких последовательных действий. При этом искомый показатель — расчетная величина.
- Неэлектрические величины. Дополнительные показатели, расчет которых производится за счет особых датчиков, установленных в приборе.
У аналогового тестера присутствует измерительная головка, которая подключается к 2 точкам электрической схемы. Таким образом происходит измерение напряжения. Для измерения тока, в схему параллельно включается измерительное напряжение.
Работают в перчатках
Чтобы измерить сопротивление, на него подается ток.
Работа цифрового тестера строится на АЦП. В нем происходит сравнение входного сигнала с опорным. Измерение напряжения происходит напрямую. Измерение тока производится в соответствии с падением напряжения на внутренних резисторах. Измерение сопротивления — по показателям резистора относительно фиксированного тока.
Принципами определяются и характеристики прибора:
- простым моделям присуща разрядность 2,5 и погрешность 10%;
- средним — 3,5 и 1% соответственно;
- хорошим — 4,5 и 0,1%;
- профессиональным — свыше 5 и не более 0,01% соответственно.
В автомобилях тоже измеряют электрические параметры
Калибратор или образцовое напряжение
Для калибровки может быть применен специальный прибор типа АКИП-2201. Он выдает показания с высокой точностью, и на них можно ориентироваться для подгонки своего мультиметра.
Однако стоимость такого калибратора высока, поэтому им пользуются только специализированные компании, которые занимаются калибровкой приборов и вопросами метрологии.
Более доступный вариант для калибровки в домашних условиях – применить источник образцового напряжения. С его помощью можно провести калибровку популярных мультиметров Mastech и других марок.
В качестве источника можно использовать микросхему REF5050 на 5 В или специальный контрольный источник AD584, или любой другой с высокой точностью, который удастся найти. У нее заявленная точность 0,05%. Подключив мультиметр к схеме, подстроечными элементами добиваются правильные показания прибора.
Выбрасывать старичка было жалко. Снова открыл мультиметр, составил карту сопротивлений подстроечных резисторов, чтобы при необходимости можно было все вернуть назад. К сожалению, схему именно этого мультиметра найти не удалось. Нашлась только схема похожего по названию мультиметра — MS8222G, но она совпадала со схемой MS8222H только частично.
Помогло мутное видео [1], где автор на ломаном английском языке рассказывал, какой резистор для чего нужен, и как надо калибровать мультиметр.
Вид на подстроечные резисторы:
Назначение подстроечных резисторов:
VR1: подстройка VREF+ (100 mV, измеряется между ножками 40 и 44 чипа IC2). Эта настройка базовая, она влияет на все режимы.
VR2: настройка ADC. В видеоролике [1] автор утверждает, что эта настройка устанавливает чувствительность вольтметра, но в моем случае положение движка VR2 почему-то ни на что не влияла.
VR3: калибровка нижнего предела измерителя температуры.
VR4, VR5, VR6: настройка измерителя индуктивности.
VR7: калибровка верхнего предела измерителя температуры.
VR8: калибровка частотомера.
VR9: калибровка измерителя емкости.
Суть настройки следующая — резистором VR1 надо сначала откалибровать уровень опорного напряжения VREF+ 100 мВ, которое должно появиться на 44 ножке микросхемы IC2 7106-44. Измерять этот уровень надо относительно ножки 40 той же микросхемы, и чтобы до ножек микросхемы добраться, надо снять LCD-индикатор.
Далее резистором VR2, судя по видео, настраиваются показания вольтметра, и резистором VR8 настраивается измерение частоты. В моем случае мне было достаточно подкрутить VR1 для того, чтобы вольтметр начал точно показывать напряжения. VR2 я как ни крутил, на точность он никак не влиял, поэтому вернул его в прежнее положение. Проверил измерение резисторов — нормально. Другие режимы крутить не стал, потому что не было поверочного прибора.
По разборке — надо отвернуть два шурупа возле батарейного отсека и снять дно мультиметра. Вы увидите плату и 4 шурупа, которые прикручивают переключатель режимов к плате. Внимание: эти шурупы откручивать не нужно! Все, что необходимо, чтобы добраться до подстроечников — надо отделить плату мультиметра от его передней панели. Плата удерживается на передней панели только ручкой переключателя. Для отделения передней панели осторожно, с небольшим усилием приподнимите плату со стороны входных гнезд. Движок переключателя режимов сойдет с его оси и останется на передней панели, и плата будет извлечена.
[Ссылки]
1. Mastech MS8222H calibration site:youtube.com. 2. Руководство: как пользоваться мультиметром.
Этапы процедуры
Нужно в первую очередь сделать следующее:
- настроить делитель, который и определяет исходное VREF, для этого вам потребуется потенциометр VR1;
- переключите мультиметр на деление 200мВ для измерения постоянного тока;
- используйте вольтметр, точность которого известна, подайте на вход нужное напряжение. Чем ближе оно к указанной точке диапазона, тем лучше: например, подойдет напряжение 190мВ;
- после этого можно настраивать показания мультиметра. Если вы меняете полярность, прибор должен реагировать и выдавать соответствующий знак.
Кроме этого, проверяется работа устройства и в других диапазонах. Если он исправен, расхождений не появится. Для того чтобы проконтролировать показатели, можно произвести повторное измерение напряжения, используя 36 вывод АЦП.
В этом случае напряжение должно составить 100 мВ. Однако не стоит ожидать высокой точности прибора. Дело в том, что часто производители устанавливают однооборотные потенциометры с сопротивлением 20 кОм, в результате чего не удается получить высокоточных показаний устройства.
Резистор переменный VR2 применяется для калибровки мультиметра при работе с переменным напряжением тока. Потребуется установить мультиметр в тот же диапазон, что использовался ранее – 200 мВ, но напряжение уже следует давать переменное.
На выход подают 190 мВ, частота должна составлять 100 Гц. Оцените полученные данные и настройте показания мультиметра, стараясь приблизить их к максимально точным.
Измеритель емкости настраивается при помощи переменного резистора VR3, но для этого нужен эталонный конденсатор. Благодаря ему удается измерить коэффициент усилия. Выходное напряжение мультиметра в этом случае будет прямо пропорциональным величине емкости, подвергнутой измерению; измерять требуется, используя АЦП.
Как проверить мультиметр на точность показателей
Обязательным условием эксплуатации прибора является проверка его работоспособности. Наиболее распространенный вариант: параллельно подключить аппарат к розетке. Затем сверяют показатели при помощи приборов или батарейки.
Аккумулятор может помочь очень значительно. Смысл состоит в том, чтобы в итоге смены полярности щупов, замеры напряжения дали одинаковый результат.
Механизм проверки в данном случае простой:
- выбирается режим, соответствующий замеру постоянного напряжения;
- устанавливаются измерительные пределы на уровне 20 В.
В элементе АА 1,5 вольт
Корректно работающая батарейка дает результат измерения, равный 1,35В. В некоторых случаях допускается показатель до 1,2В.
Затем производится повторный тест:
- щупы мультиметра подсоединяются к контактам батарейки;
- производится параллельное подключение нагрузочного элемента;
- выдерживается пауза (примерно 35 секунд);
- проверяется полученный результат.
К сведению. Если остаточный показатель батарейки оказался на уровне 1,1 В, она может использоваться только в бытовом приборе, который потребляет небольшое количество энергии. Однако качество работы при этом значительно снизится.
Максимальная точность достигается в том случае, если на приборе установлен наименьший предел напряжения. Это позволяет с легкостью определить и погрешность измерений прибора.
В авто-аккумуляторе 12 вольт
Показатель прибора до 1,6В не говорит о неточности прибора. Зачастую производители батареек делают это специально с целью обеспечить более долгий срок работы.
Хороший способ определения точности прибора — замкнуть контакты прибора в режиме замера сопротивления.
Вам это будет интересно Правила проверки стабилитрона
Если попробовать замкнуть контакты прибора в другом режиме, он может выйти из строя.
После проведения контактного замыкания, индикатор должен показать «0». Любое другое значение — свидетель неисправности и неточности прибора.
