На рынке сейчас присутствует столько разных моделей мультиметров, что глаза разбегаются — от самых дешевых «авометров» до многофункциональных, вплоть до встроенного осциллографа.
Для того, чтобы не ошибиться и выбрать приборы, наиболее точно удовлетворяющие вашим требованиям, надо знать их параметры.
Почему «приборы», а не один прибор? Просто лучше иметь несколько специализированных приборов, чем один, универсальный.
Даже если брать «типовой» мультиметр, то лучше иметь два, а не один и лучше от разных производителей. Почему? Не все измерения можно одновременно сделать одним мультиметром; надежность, на случай отказа одного из них; возможность сравнения результатов измерений разными мультиметрами.
Так уж получилось, что мой путь в измерительной технике (домашней, любительской) пролегал от самых первых стрелочных авометров (самодельных и покупных), потом более сложных «цешек» , а затем (лет так с 20 назад), в арсенале появились первые цифровые мультиметры.
Кстати, аналоговые стрелочные приборы до сих пор присутствуют на рабочем столе, поскольку обладают особым преимуществом, основанном на особенности зрения человека — видеть динамику отклонений стрелки прибора и понимать в какую сторону и что надо в приборе «крутить» при его настройке.
В этой статье пойдет рассказ о наиболее важных параметрах мультиметров по которым, в конечном итоге и выбирается пользователем та или иная модель.
Производители «брендовые», которые на слуху: OWON, Mastech, UNI-T, Fluke, Appa, YAOREA и др. Далеко не все модели этих китайских производителей внесены в РосРеестр, но любителям, как правило, этого не требуется, да и цены на «реестровые» модели раз в 10-20 выше «бытовых».
В дальнейшем, все эксперименты будут проводится с моделями:
— OWON OW18B (Udc/Uac; Idc/Iac; Rx; Cx; F [Hz/Duty]; Temp; есть BT-канал передачи данных);
— Mastech MS8239C (Udc/Aac; Idc/Iac; Rx; Cx; F [Hz]; Temp);
— Mastech M890G (Udc/Aac; Idc/Iac; Rx; Cx; F [Hz]; Temp; h21e);
— Mastech M890F (Udc/Aac; Idc/Iac; Rx; Cx; F [Hz]; h21e);
— YAOREA YR1035+ (Rx ≤ 100 Ohm; МЗР = 0.01 mOhm; Ux ≤ 100 V; МЗР = 10 uV);
— ТЛ-4М (стрелочный авометр, 1980 г.).
В качестве поверочных DC-приборов будут использоваться:
— советский вольтметр Ф283 (≤ 200 V; 5 дес. разрядов);
— российский милливольтметр B2-99 (≤ 300 mV; 7 дес. разрядов);
— китайский ноунейм-вольтметр (≤ 30 V; 5 дес. разрядов);
— прецизионный источник опорных напряжений AD584, поверенный и работающий в термостате при 50 C (2.5; 5.0; 7.5; 10.0) V;
— прецизионные резисторы С5-61 0.01% и 0.005%; С2-29 0.1%.
2. Общие положения.
При выборе мультиметра, прежде всего, следует руководствоваться следующими критериями.
2.1. Автоматический или ручной способ выбора диапазонов.
При автоматическом способе отсутствуют переключающие элементы, что повышает надежность работы при измерении разно-диапазонных величин как с точки зрения износа контактов, так и неверного выбора диапазона.
Тем не менее, в мультиметрах повышенной точности, все же присутствуют поддиапазоны.
Так, например, в OW19B присутствуют, при измерении напряжений поддиапазоны «V» и «mV», а при измерении токов — поддиапазоны «A», «mA» и «uA».
В мультиметре MS8229C всего один диапазон измерения напряжения «V», но при измерении производится автоматический выбор, а вот при измерении тока тоже необходимо переключать диапазоны, как и у OW18B.
При измерении сопротивления, емкости, частоты, температуры— полная автоматика и эти приборы сами выбирают подходящий поддиапазон.
В мультиметрах M890*, поскольку это весьма устаревшие приборы, измерение любой величины производится путем предварительного выбора поддиапазона. При этом изнашиваются контакты переключателя и есть вероятность неправильной установки диапазона, что может привести к выходу прибора из строя.
Омметр-вольтметр YR1035 полностью автоматизирован во всем диапазоне сопротивлений Rx ≤ 100 Ohm и напряжений Ux ≤ 100 V, есть автокоррекция.
Про стрелочный тестер TL-4M и говорить нечего — там все разбито на поддиапазоны.
2.2. Диапазон измеряемых величин:
Как правило, верхние значения измеряемых параметров стандартизированы и составляют:
— DC_напряжение до 1000 V;
— AC напряжение до 700 V;
— DC и AC ток до 10 или 20 A;
— сопротивление до 100..200 MOhm;
— емкость не нормирована и составляет 1..100 mF;
— частота тоже не нормирована и составляет 20 kHz .. 1 MHz;
— температура зависит от типа используемой термопары, ее конструктива и может достигать сотен градусов по Цельсию.
2.3. Погрешность измерения.
— наиболее точно мультиметры измеряют напряжение постоянного тока, затем постоянный ток, затем переменные напряжение и ток, затем сопротивление, затем емкость и, наконец, частоту и температуру.
Индуктивность мультиметры, как правило, не измеряют.
Поэтому главным критерием является погрешность измерения напряжения, тока и сопротивления.
Для измерения RLC существуют специализированные приборы. Мультиметры измеряют сопротивление, как правило, до 1 Ohm или, в лучшем случае до 0.1 Ohm, да и то — это скорее цена младшего разряда, чем точность.
Причина — банальна: типовой мультиметр имеет два входа к которым подсоединяются два соединительных кабеля с щупами на конце, имеющие отнюдь не нулевое сопротивление, а это напрямую влияет на погрешность измерения малых сопротивлений, а также больших токов.
В специализированных омметрах (YR1035+) используется 4-х проводное соединение и щупы Кельвина и, более того, измерение проводится на переменном токе (обычно 1000 Hz).
Для понимания, какие кабели (щупы) поставляются с мультиметрами, приведу параметры кабелей (заявленные и измеренные) у OW18, MS8239 и двух M890.
Ну как? У OWON ток щупа с кабелем заявлен 20 A (прибор имеет такой диапазон), а вот сопротивление щупов с кабелем (при одинаковой длине) в 3 раза выше.
Вспоминаем формулу активной мощности Pa = I² * R = 20*20*0.07 = 28 W.
Китаезы? Вас совсем covid достал? Да этот кабель через 30 s расплавится, несмотря на силикон. Я уж о погрешности просто молчу.
Кроме того, в более поздних моделях снижено в 1.5 раза пробивное напряжение до 1000 V.
3. Погрешности.
Здесь придется вернуться немного к основам измерительной техники.
3.1. Стрелочные приборы.
Традиционно, с «заржавленных» времен, в качестве измерительного элемента и, одновременно, показывающего элемента, использовались стрелочные измерители, принцип действия которых основан на преобразовании тока в электромагнитный момент, а затем через пружинную систему, преобразуемый в угол отклонения стрелки. Типов этих преобразователей — масса: электромагнитные, электродинамические, гальванометры и пр.
Для любительских целей практически всегда использовались электромагнитные преобразователи (головки). Высокая чувствительность (шкала полного отклонения составляла 50..150 uA) позволяла проектировать для любителей приборы удовлетворительного качества с погрешностью 2..4 %.
Для промышленности производились «головки» еще более высокого качества, вплоть до 0.5 %и даже 0.1 %.
Как же измерить напряжение токовым прибором? Надо установить токо-ограничивающий резистор Rx. К примеру, «головка» имеет ток полного отклонения Imax = 100 uA и собственное сопротивление катушки Rcoil = 500 Ohm. Нам необходимо, чтобы при входном напряжении Ux = 1 V стрелка отклонялась на все 100 делений (это обычная практика — 100; 50 или 30 делений).
Элементарное уравнение Imax = Ux / (Rx + Rcoil) = 100 [uA] позволяет вычислить искомое значение добавочного сопротивления:
Rx = Ux / Imax — Rcoil = 1 [V] / 100 [uA] — 500 [Ohm] = 10k — 0.5k = 9.5 [kOhm]
Очевидно, что общая погрешность измерения напряжения будет складываться из нескольких составляющих:
— погрешность (линейная и нелинейная) преобразования тока в угол отклонения;
— погрешность сопротивления катушки Rcoil;
— погрешность добавочного резистора Rx.
Еще одна, не совсем очевидная или полузабытая погрешность — это погрешность считывания показаний. Да, да.. и она равна половине деления шкалы (так решили метрологи). Таким образом, при числе делений 100, погрешность считывания принимается как 1/200 или 0.5%. Если шкала зеркальная — там можно принять и 0.25%.
3.2. Цифровые приборы.
Что изменилось с появлением цифровых приборов? Ничего особенного. Просто вместо стрелочного индикатора появился цифровой, со всеми его «болячками» , вместо стрелочного измерителя появился АЦП и тоже со всеми его «болячками» . Самое-то главное: как стрелочный измеритель, так и АЦП имеют ограничение на диапазон входной величины, иначе сгорит «головка» или АЦП.
В итоге, входная часть цифрового измерителя напряжения ничуть не изменилась относительно аналогового: нужен делитель, чтобы измерять высокие напряжения относительно максимально допустимого для АЦП и нужен усилитель, чтобы «вытянуть» малые напряжения до того же уровня.
Делитель — это ничто иное, как резистивный делитель и вот тут присутствует та самая погрешность входной аналоговой части, даже если у нас идеальный 64-х разрядный АЦП. Так, что, на сегодня, не стоимость АЦП определяет стоимость мультиметра в целом, а входная высокоточная аналоговая часть. Впрочем, с развитием микроэлектроники, появляются сборки R-матриц высокой точности. Проблема только в одном — высокое входное измерительное напряжение до 1000 V, а иногда нужно и больше.
