Multimetry cyfrowe
(400)Multimetry cyfrowe należą do podstawowego wyposażenia techników wyspecjalizowanych w elektronice, energetyce, elektryce, automatyce i pokrewnych dziedzinach. Pozwalają na wykonywania różnych pomiarów, przyspieszając diagnostykę, prace instalacyjne, konserwację itp. Pojawiły się na rynku już kilkadziesiąt lat temu, zastępując multimetry analogowe, do których konstrukcji wykorzystywano wskaźniki elektromagnetyczne.
Multimetr jest niezbędnym elementem wyposażenia zarówno różnorodnych profesjonalistów, jak i hobbystów. Jednak każda dziedzina zastosowań ma swoje specyficzne potrzeby. Przy wyborze odpowiedniego multimetru należy zwrócić uwagę na kilka aspektów, do których należą:
- możliwości pomiarowe (mierzone wielkości),
- zakres pracy (skala, minimalne i maksymalne wartości),
- czułość,
- sposób zasilania,
- a także – zwłaszcza w przypadku przyrządów wykorzystywanych do prac z sieciowymi źródłami energii – zgodność danego produktu z międzynarodowymi i lokalnymi normami.
Poniżej przyjrzymy się kilku kluczowym parametrom, którymi charakteryzuje się każdy multimetr – a także przedstawimy kilka podstawowych informacji na temat doboru urządzenia do potrzeb użytkownika.
Podstawowe funkcje multimetrów cyfrowych
W pierwszej kolejności zajmijmy się podstawowymi funkcjami multimetrów, czyli pomiarami wielkości elektrycznych.
Pomiar napięcia AC/DC
Multimetry kojarzone są przede wszystkim z trzema rodzajami pomiarów, tj. napięcia, natężenia i rezystancji. Są to, oczywiście, wielkości obecne w prawach Ohma i Kirchhoffa, które pozwalają na podstawową analizę obwodów. Napięcie jest pierwszym parametrem, który sprawdza się podczas diagnozowania problemów z elektroniką, pozwala też oszacować prawidłowe podłączenie elementów zasilających, przetwornic, itp. Innym wykonywanym przy użyciu tej funkcjonalności pomiarem jest spadek napięcia, np. na diodzie. Ponieważ z dużym prawdopodobieństwem multimetr będzie używany zarówno w obwodach prądu zmiennego, jak i stałego, niemal każdy model posiada osobne nastawy dla AC i DC. W zależności od głównego przeznaczenia urządzenia, należy zadbać, by jego zakres pozwał na pomiar rzędu kilkudziesięciu mV DC (w przypadku elektroniki precyzyjnej) lub do 1kV AC (instalacje zasilania sieciowego).
Pomiar natężenia prądu
Kolejna kluczowa wartość wymagająca pomiaru przy pracach elektronicznych i elektrotechnicznych to natężenie prądu – pozwala oszacować moc urządzenia lub komponentu, konsumowaną przezeń energię, umożliwia porównanie działania elementu z nominalnymi parametrami etc. Najczęściej multimetry posiadają dwa niezależne gniazda służące pomiarowi natężenia. Jedno do wykonywania badań w niższych zakresach oraz drugie, chronione bezpiecznikiem o wyższej wartości, za pomocą którego mierzy się w maksymalnej skali, do której przystosowano urządzenie (najczęściej do 10A lub 20A). Przed badaniem tak dużych natężeń należy koniecznie się upewnić, czy nie przekraczają one specyfikacji sond i przewodów. Multimetr nabywany do prac z elektroniką powinien umożliwiać pracę z prądami rzędu nie tylko mA, ale również µA.
Wyższej klasy multimetry oferują pomiar True RMS (Root Mean Square). Zwykłe badanie prądu AC daje prawidłowe wyniki wyłącznie w przypadku przebiegów idealnie sinusoidalnych. W praktyce przebieg często ma inny kształt (sygnały PWM, kwadratowe itp.) lub jest zniekształcony, np. podczas zasilania obciążeń nieliniowych, obwodów półprzewodnikowych, zasilaczy impulsowych, falowników, silników (w tym klimatyzatorów, urządzeń AGD etc.). Funkcjonalność True RMS oznacza, że multimetr na próbkowanych danych wykona obliczenia, które w wyniku dadzą równoważną wartość prądu stałego, nazywaną wartością skuteczną. Tymczasem dla nieregularnych przebiegów błąd „zwykłego” amperomierza, czyli mierzącego wartość średnią, może sięgać nawet 40%.
Pomiar oporności
Pomiar oporności pozwala zbadać parametry obwodów, przewodów, złączy, a także zidentyfikować elementy SMD oraz zlokalizować uszkodzone („przepalone”) komponenty elektroniczne. Tutaj również warto zwrócić uwagę na możliwie najszerszy zakres pomiarowy, przede wszystkim z uwzględnieniem niskich wartości poniżej 1Ω. Wynika to stąd, że nawet pozornie niewielka rezystancja pod wpływem odpowiednio dużego prądu spowoduje wydzielanie znacznych (niekiedy niebezpiecznych) ilości ciepła. Tak może się zdarzyć w przypadku złych połączeń w rozdzielnicach i innych punktach instalacji sieciowej. Pomiar z dokładnością mΩ umożliwi wykrycie punktów o podwyższonej oporności. Będzie też wymagany w przypadku elektroniki precyzyjnej, gdzie niewielkie odstępstwa od nominalnych parametrów mogą prowadzić do rozstrojenia generatorów, stabilizatorów, wzmacniaczy itp. Jeżeli przeznaczeniem multimetru będą prace z takimi obwodami, warto zwrócić uwagę na urządzenia oferujące możliwość pomiaru czteropunktowego, tzw. metodą Kelvina. Tradycyjnie rezystancję bada się przez pomiar spadku napięcia na elemencie, przez który przepływa prąd o znanym natężeniu. Niestety, oporność samych przewodów wprowadza błąd, który przy pomiarze niewielkich wartości rezystancji (np. setnych części Ω) może sięgać nawet kilkudziesięciu procent. W takich przypadkach używa się dwóch niezależnych par przewodów – jedna służy doprowadzeniu zasilania, a druga pomiarowi. Pozwala to wyeliminować spadki napięcia spowodowane niedoskonałym przewodzeniem okablowania i bardzo precyzyjnie oszacować wartość oporu między punktami, do których przyłożono sondy.
Test diody i ciągłości obwodu
Te funkcje zazwyczaj umieszcza się pod jedną nastawą, z powodu ich zbliżonego działania. Test ciągłości należy do podstawowych funkcji multimetru, a jego działanie jest bardzo proste: jeżeli między sondami występuje przewodnik zamykający obwód, miernik emituje wyraźny, wysoki sygnał dźwiękowy. Alarm akustyczny jest stosowany dlatego, że testów ciągłości często dokonuje się na stosunkowo dużych dystansach (sprawdzając przewody instalacji sieciowej, okablowania w pojazdach itp.), a zatem operator w momencie przykładania sondy nie zawsze będzie się znajdował w pobliżu multimetru.
Test diody, jak sama nazwa wskazuje, służy weryfikacji działania diod półprzewodnikowych. Takie testy służą przede wszystkim celom diagnostycznym, pozwalając zlokalizować uszkodzone komponenty. W przypadku diod przepalonych i zwartych w obydwu kierunkach (spadek napięcia bliski 0V niezależnie od polaryzacji) po przyłożeniu sond zostanie uruchomiony alarm akustyczny; dioda, w której występuje przerwa na złączu, spowoduje wyświetlenie informacji o otwartym obwodzie.
Pomiar pojemności
Ta funkcjonalność będzie istotna przede wszystkim przy pracy z komponentami elektronicznymi i diagnostyce obwodów. Pomiar pojemności pozwala sprawdzić, czy kondensatory nie uległy uszkodzeniu lub degradacji. Będzie też bardzo przydatny w pracy z elementami montowanymi powierzchniowo (SMD), gdyż mniejsze formaty tych komponentów nie są oznaczane za pomocą nadruku, a zatem ich identyfikacja bez przeprowadzenia pomiaru jest właściwie niemożliwa. Należy mieć na uwadze, że badanie pojemności kondensatora włączonego w obwód będzie obarczone błędem.
Pomiar częstotliwości
Niekiedy praca z elektryką i elektroniką wymaga sprawdzenia częstotliwości sygnału o regularnym przebiegu (np. sinusoida ). Precyzyjne badanie okresowych zmian napięcia wymaga użycia oscyloskopu, ale stosunkowo często wstępne badanie za pomocą multimetru wystarczy, by zidentyfikować przyczynę awarii czy zweryfikować pracę generatora, falownika itp. Pomiar częstotliwości nie jest podstawową funkcjonalnością multimetrów i jest dostępny w wybranych modelach urządzeń (zazwyczaj wyższej klasy).
Pomiar temperatury
Przydatną funkcją wielu uniwersalnych mierników jest pomiar temperatury. Zazwyczaj dokonuje się go za pomocą termopary dołączanej w zestawie z urządzeniem. Takie badanie odznacza się bardzo szerokim zakresem (setek °C), w zależności od zastosowanej sondy, pozwalając na monitorowanie pracy nagrzewnic, kotłów, silników, akumulatorów, radiatorów i wielu innych elementów, dla których działania istotne są parametry termiczne.
Jak wybrać multimetr cyfrowy?
Można przyjąć, że użytkownicy multimetrów dzielą się na trzy grupy:
- specjalistów zajmujących się projektowaniem, wykonywaniem i serwisowaniem obwodów elektronicznych;
- profesjonalnych elektrotechników pracujących z obwodami sieciowymi i liniami energetycznymi;
- oraz użytkowników wymagających podstawowej funkcjonalności multimetru, niezależnie od tego, czy mowa tu o celach zawodowych (np. warsztat elektryki samochodowej) czy prywatnych (stanowisko hobbysty, drobne naprawy w gospodarstwie domowym).
Warto podkreślić, że parametry nawet bardzo podstawowych multimetrów są na tyle szerokie, że w powodzeniem zaspokoją wymagania trzeciej grupy. Tutaj dobór urządzenia będzie podyktowany osobistymi preferencjami (rozmiar, rodzaj wyświetlacza itp.) oraz, ewentualnie, trwałością urządzenia. Jeżeli miernik ma być wykorzystywany w trudnych warunkach środowiskowych (duże zapylenie czy wilgotność), lepiej będzie zdecydować się na urządzenie oferujące wysoką klasę szczelności, co najmniej IP54, tj. dobrą szczelność przeciwpyłową i odporność na zachlapanie wodą.
Wybierając multimetr do pracy z elektroniką, zwłaszcza w dobie czułych układów półprzewodnikowych, najlepiej skupić się na dolnych zakresach pomiarowych: powinny uwzględniać wielkości rzędu µA, mV, mΩ. Co się zaś tyczy innych możliwości oferowanych przez multimetry: w praktyce pomiary pojemności, temperatury i częstotliwości nie są wykonywane często – ale gdy już zachodzi taka potrzeba, adekwatna funkcjonalność multimetru okazuje się trudna do przecenienia.
W przypadku elektryków najważniejszą cechą multimetru zawsze i na pierwszym miejscu powinna być jego kategoryzacja wg norm ustalonych przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną (IEC). Kategoria wskazuje, do jakich prac dane urządzenie jest przeznaczone. Wiąże się z szeregiem cech konstrukcyjnych miernika: jego okablowaniem, parametrami złączy, materiałem wykonania, poziomem izolacji. W przypadku multimetrów najczęściej spotyka się klasyfikacje:
- CAT II (odbiorniki jednofazowe);
- CAT III (urządzenia i elementy wewnętrznych instalacji trójfazowych);
- CAT IV (jedno- i trójfazowe przyłącza sieci energetycznej).
Po numerze porządkowym kategorii producent jest zobowiązany wskazać maksymalne robocze napięcie, które może występować w badanych za pomocą multimetru obwodach (zazwyczaj wartość ta wynosi 300V, 600V lub 1000V).
Wybierając urządzenie, przyszły użytkownik powinien rozważyć, czy podświetlany wyświetlacz oraz klawiatura mogą wpłynąć na poprawę komfortu jego pracy – wielu producentów multimetrów oferuje taką opcję.
Dodatkowe funkcjonalności
W przypadku zastosowań profesjonalnych przydatne okazują się dodatkowe funkcjonalności multimetrów. Są to zarówno proste udogodnienia, jak funkcja „hold” (wyświetlanie pomiaru po odłączeniu sond) czy zapamiętanie wartości średniej, minimalnej i maksymalnej, jak i bardziej złożone możliwości. Te drugie ułatwiają inspekcję rozległych instalacji, np. pozwalając na zapis serii pomiarów w formie rekordów. Co więcej: wyższej klasy multimetry coraz częściej wyposaża się w moduły komunikacyjne Bluetooth i WiFi, co pozwala na obsługę urządzeń za pomocą telefonu czy tabletu, a także przesyłanie zebranych danych przez internet i umieszczanie ich w chmurze lub na dedykowanym serwerze.
Multimetry stacjonarne (stołowe)
Podkategorią multimetrów są urządzenia stacjonarne, czyli mierniki laboratoryjne. Te produkty odznaczają się wysoką rozdzielczością wyświetlania pomiarów (nierzadko dziesięciotysięcznymi częściami podstawowej jednostki), obecnością dużych wyświetlaczy, możliwością zasilania z sieci oraz podwyższoną częstotliwością próbkowania. Dodatkowo, oferują szerszą funkcjonalność w zakresie cyfrowej analizy pomiarów. Często producenci wyposażają je w dodatkowe możliwości, np. z wbudowanym generatorem sygnału. Należy podkreślić, że tego rodzaju multimetry są produkowane z myślą o zastosowaniach profesjonalnych, m.in. w autoryzowanych serwisach czy laboratoriach prototypujących, wobec czego charakteryzuje je stosunkowo wysoka cena.
Zestawy
Użytkownicy poszukujący multimetru w celu zmodernizowania swojego warsztatu czy skompletowania nowego zaplecza narzędziowego, powinni zwrócić uwagę na zestawy pomiarowe oferowane przez wielu markowych producentów. Takie komplety mogą się składać np. z multimetru, miernika cęgowego oraz kilku dodatków. Często oferuje się je wraz z dedykowanym etui, które pomoże chronić szybkę wyświetlacza przed zarysowaniami. W niektórych przypadkach oprócz podstawowego wyposażenia (przewody, sondy) zestawy zawierają inne akcesoria, wysokiej jakości zaciski krokodylkowe, zaślepki, termopary, przystawki cęgowe itp.
Magazyn:
