Digitalt multimeter

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning

I elektroteknik er et digitalt multimeter ( DMM ) en måleenhed med et numerisk display , der bruges til at måle forskellige elektriske parametre . De tre måleområder elektrisk strøm , elektrisk spænding og ohmsk modstand kan bestemmes med næsten alle digitale multimetre. Andre målte variabler er til dels den elektriske kapacitans eller induktansen af en komponent. Mange multimetre tilbyder også en funktion til test af transistorer eller dioder. Ved hjælp af en ekstern sensor kan nogle enheder måle temperaturen .

Det fungerer med en elektronisk analog-til-digital konverter (ADC) og viser den målte værdi i decimaltal på et LED- eller flydende krystaldisplay . En DMM kræver elektrisk energi for at fungere. Dette leveres normalt af batterier eller genopladelige batterier . Men der er også digitale multimetre, der forsynes med solenergi eller via en strømforsyningsenhed fra lysnettet .

Et digitalt multimeter til modstandsmåling i måleområdet 20 kΩ med en opløsning på 0,01 kΩ
Visningsfelt for en DMM:
Numerisk display kombineret med en skala

Nogle enheder gør det muligt at overføre data til en computer ved hjælp af et serielt interface . For at kunne udnytte fordelene ved en skalavisning er nogle DMM'er også udstyret med et grafisk felt.

Digitale multimetre er en del af det grundlæggende udstyr på et elektronikværksted . De bruges også i elektriske installationer .

Arbejdsmåde

Et digitalt multimeter kan måle forskellige elektriske mængder. Spænding, strømstyrke (både direkte og vekslende størrelser ) og modstand er almindelige. Skiftet af de målte variabler og intervaller udføres normalt mekanisk. DMM'er af højere kvalitet vælger selv spændingsmåleområdet, kan beskytte sig mod overbelastning og overspændinger og måle vekslende mængder som effektive værdier .

ADU baseret på metoden med dobbelt skråning

Hjertet i en DMM er ADU. De fleste DMM'er arbejder med en konverter baseret på metoden med to skråninger . Med denne integrerende metode måles ækvivalensen af spændingssignalet ved at sammenligne det med en indbygget referencespænding . Varigheden, i hvilken spændingen, der skal måles, er integreret eller gennemsnittet er typisk 100 til 300 ms.

Funktioner ved metoden med dobbelt skråning:

  • Måler først og fremmest direkte spænding
  • Billig
  • Langsigtet stabilitet; Ændringer i kapacitansen, inputmodstanden og urfrekvensen er udelukket fra resultatet på grund af den sammenlignende procedure
  • God interferensundertrykkelse med hensyn til brummen og støjspændinger
  • Langsom; tilpasset den menneskelige reaktion på læsning

Multimeter funktioner

DC spænding

Måleområde slutværdi skyldes den maksimale spænding, der kan tilføres måleelektronikken og spændingsdelingsforholdet

Det mindste måleområde er hovedsageligt op til 200 mV. Standardenheder opdeler et måleområde til 2000 målepunkter, så det mindste målingstrin er 100 μV. Enheder af højere kvalitet kan løse en eller endda flere kræfter på ti mere fint.

Måleområdet skiftes af en omskiftelig spændingsdeler foran ADC'en. Opdelingen foretages i trin af en hel effekt på ti (i modsætning til analoge multimetre, som undertiden har to måleområder pr. Effekt på ti). Det højeste måleområde må dog f.eks. Kun bruges op til 700 V. Inputmodstanden er typisk 1 til 10 MΩ || i alle måleområder 70 til 100 pF.

AC spænding

Sinusformet vekselstrøm, rettet, kvadreret; derudover middelværdierne i hvert tilfælde

Hvis vekselstrømmen skal måles, kræves der en ensretter for at generere mængden. DMM bruger et kredsløb som en præcisionsretter til dette . I dette tilfælde er den manglende linearitet ensrettende diode har ingen indflydelse på displayet, selv med spændinger, der er lavere end dioden fremad spænding . Den aritmetiske middelværdi af den ensretterede AC -spænding (den ensrettede værdi ) måles. I tilfælde af en vekselstrøm forventes visningen af ​​den effektive værdi imidlertid. Da sinusformede vekslende størrelser er til stede i de fleste måleopgaver, vises den genererede rektificerede værdi forstørret med formfaktoren 1.11 (= π / √8). Formfaktoren er defineret som forholdet mellem rms -værdien og den rektificerede værdi; den konkrete værdi 1.11 gælder kun for en sinusformet kurve. Det betyder, at rms -værdien kun vises for sinusformede spændinger. Hvis tidsforløbet er anderledes, vil dette display være forkert, det kan afvige katastrofalt fra den effektive værdi.

Digitale multimetre, som kan måle den faktiske effektive værdi ( engelsk sand RMS ) for enhver spændingskurve, er udstyret med et kredsløb eller software i en mikrokontroller, der beregner den effektive værdi analog eller digital. Analoge arbejdsblokke til rms -værdidannelse fås som et integreret kredsløb . Det er nu almindelig praksis at installere dem i multimetre af højere kvalitet.

For digital rms -værdidannelse - afhængigt af den krævede samplingshastighed - kræves hurtige omformere, som af prishensyn ikke (endnu) kan opnå accept.

Som et resultat af ufuldstændig udjævning i udbedringen eller rms -værdidannelsen opnås pålidelige måleværdier kun med en integrationsperiode, der dækker et helt (eller meget stort) antal perioder med vekselstrømmen. En integration over 100 ms (5 perioder ved 50 Hz eller 6 perioder ved 60 Hz) eller et integreret multiplum er normalt for effektiv undertrykkelse af netfrekvensinterferens.

I nogle tilfælde viser digitale multimetre i AC -spændingsområdet også blandede spændinger, dvs. spændinger, der har en direkte komponent og en ændringsdel inkluderet, kun veksel; Ved beregning af den effektive værdi er dette den alternative værdi af den vekslende komponent . I nogle tilfælde kan multimetre måle den effektive værdi af den samlede spænding til måling af den effektive værdi uden at DC -komponenten først skal adskilles:

Nogle gange kan du vælge mellem de to muligheder "AC" eller "AC + DC". Hvis dette ikke er tilfældet, skal du eksperimentelt bestemme eller ved at studere betjeningsvejledningen, om blandet spænding eller dens vekselkomponent måles.

Strømstyrke

Måleområde slutværdi skyldes den maksimale spænding, der kan tilføres måleelektronikken og målemodstanden, gennem hvilken strømmen strømmer.

Spændingen bruges til at måle strømmen via en indbygget målemodstand målt - afhængigt af indstillingen som direkte eller vekselstrøm. Han overgiver sig til

≥ mindste spændings måleområde divideret med det indstillede strøm måleområde.

Eksempel: I det aktuelle måleområde er 200 μA ≥ 200 mV / 200 μA = 1 kΩ.

De fleste DMM er derfor ringere end andre aktuelle målemetoder, der klarer sig med et betydeligt lavere spændingsfald.

Der opnås flere måleområder ved, at målemodstanden, der er parallel med voltmeteret, implementeres som en serieforbindelse af forskellige målemodstande, hvorved en trinkontakt skifter en eller flere af dem ind i kredsløbet uden at afbryde forbindelsen, når der skiftes ( lave før pause ).

For at måle høje strømme fra omkring 10 A registreres det elektromagnetiske felt, der omgiver lederen, i stedet for spændingsfaldet over målemodstanden. Der findes også klemmemålere med måleområder op til omkring 1000 A. Fordelene ved klemmemålere er, at du ikke skal skære lederen til måling, og den elektriske isolering .

Det samme gælder måling af vekselstrøm som vekselstrøm.

modstand

For at måle modstand indeholder en DMM en elektronisk stabiliseret konstant strømkilde, der leverer en jævnstrøm, der er uafhængig af belastningen. Når den modstand, der skal måles, er forbundet til indgangsterminalerne, sendes strømmen gennem den testede enhed, og den resulterende spænding måles, fortrinsvis i det mindste spændingsmåleområde. Strømkilden skiftes derefter for at skifte måleområde.

Eksempel: Med = 10,00 μA, sammen med det mindste spændingsmåleområde på 200 mV, opnås et modstandsmåleområde på 20 kΩ.

Forholdet mellem den målte variabel og displayet er proportional, og de målte værdier er ret nøjagtige. Fejlgrænsen skyldes fejlgrænsen for DC -spændingsmåling og fejlgrænsen for justering af strømintensiteten. Kvaliteten af ​​den målte værdi er således væsentligt højere end med analoge multimetre med et displayområde ∞ ... 0, hvor resultatet er meget upræcist på grund af den grove aflæsning.

løsning

Hvis en måleenhed viser fem decimaler i displayet, har den en opløsning på 0,01 mV i et måleområde på 200 mV. Det kan vise 20.000 forskellige værdier fra 000.00 til 199.99 mV. Lederpositionen er ikke fuldt udviklet. I daglig tale kaldes enheden den fjerde12 cifre. Det samme gælder et måleområde på 250 mV med 25.000 trin. Hvor mange trin et ”halvt” ciffer løser, bliver først klart, når måleområdet eller antallet af trin er kendt.

Målefejl med det digitale multimeter

Justeringsafvigelse for nulpunkt og følsomhed

Afvigelser fra proportionalforholdet (stiplet linje):
a) additiv, b) multiplikativ, c) ikke-lineær
Højere opløsningsmultimeter med 30.000 kvantiseringsniveauer ; Strøm måleområde: DC strøm 3 A

Karakteristikken for en ADC (med ekstremt fine gradueringer) er en lige linje gennem nulpunktet og står for den ønskede proportionalitet mellem displayet og den målte variabel. Nulpunktet skal indstilles ved at flytte det vandret; følsomheden skal indstilles ved at dreje (ændre karakteristikkurvens hældning), se også under søgeordet måleudstyrsafvigelse . Begge dele er kun mulige inden for visse fejlgrænser.

Kvantiseringsafvigelse

Fordi den målte variabel kun kortlægges trin for trin, er der en kvantiseringsafvigelse .

Linearitetsafvigelse

Denne måleafvigelse er betydeligt mindre end de kalibreringsafvigelser, der typisk forekommer. Man skelner mellem

integreret linearitetsafvigelse på grund af en ikke-linearitet af karakteristikken
differential linearitetsafvigelse på grund af ulige bredde af tilstødende kvantiseringstrin

Grænserne for nulpunkt, kvantisering og linearitetsafvigelser er konstanter over hele måleområdet, grænsen for følsomhedsafvigelsen er proportional med den målte værdi . Sammenfattende får du dette som fejlmargin af måleindretningen fra to summands.

z. B. = 0,2% v. M. + 1 ciffer
z. B. = 0,2% v. M. + 0,05% v. E., hvis enheden løser i 2000 trin ( cifre ).
Forkortelserne “v. M. "og" v. E. ”i henhold til sprogreguleringen i DIN 43751 står for“ fra den målte værdi ”og“ fra den endelige værdi ”.

Indflydelseseffekter

De tidligere nævnte grænseværdier gælder for den iboende afvigelse under drift under bestemte betingelser. Hvis der afviges fra disse referencebetingelser , kan påvirkende effekter øge måleudstyrets måleafvigelse. Problemet er det samme som med analoge måleenheder; for en forklaring af vilkårene se under nøjagtighedsklasse .

Omgivelsestemperatur

Digitale multimetre justeres normalt til en omgivelsestemperatur på 20, 23 eller 25 ° C i henhold til DIN 43751. Når målerens temperatur ændres, ændres komponenternes elektriske egenskaber. Måleenhedens afvigelse kan blive større på grund af påvirkende effekter. Temperaturens indflydelse på den målte værdi angives ved hjælp af en parameter.

Kurvet form

Den målte variabels kurveform kan beskrives ved forskellige parametre. En af disse mængder er den største faktor , defineret som forholdet mellem spidsværdien og rms -værdien. Følgende gælder for jævnstrøm og for sinusformet vekselstrøm . Hvis spidsværdien er meget større end rms -værdien (dvs. ), for eksempel med pulser , forekommer forkerte målinger.

Den sinusformede form er obligatorisk for måleudstyr, der genererer korrektioner for skiftende mængder, ellers kan der forekomme betydelige afvigelser. I tilfælde af DMM'er, der genererer effektive værdier, er kurveformen typisk op til med lille indflydelse, hvis basisfrekvensen ikke er for høj (50 til undertiden 400 Hz).

Beregning af fejlmargen

Eksempel (fejlgrænse under referencebetingelser):

Måleinstrumentet betjenes under de samme betingelser som da det blev justeret. reklame ;
Producentens specifikation for grænserne for egenafvigelse: 0,2% af værdien M. + 1 ciffer

Eksempel (forlængelse af fejlgrænsen ved indflydelse):

Måleinstrumentet drives ved en omgivelsestemperatur på 35 ° C. Fabrikanten angiver ovenstående fejlgrænse for en referenceværdi på 23 ° C. Til drift ved en anden temperatur er en yderligere specifikation fra producenten en relateret yderligere afvigelse: (0,05% af aflæsningen + 2 cifre) / 10 K

litteratur

  • Reinhard Lerch: Elektrisk måleteknologi - analoge, digitale og computerstøttede processer . 6. udgave, Springer Vieweg Verlag, Wiesbaden 2012, ISBN 978-3-642-22608-3
  • Uday A. Bakshi, Ajay V. Bakshi: Elektroniske målesystemer . Tekniske publikationer Pune, ISBN 978-8-1843-1603-2