Arduino: Мультиметр
Статья проплачена кошками — всемирно известными производителями котят.
Если статья вам понравилась, то можете поддержать проект.
Для измерения силы ток, напряжения, сопротивления и прочих действий используется универсальный прибор — мультиметр. Основные приёмы работы с мультиметром совпадают у всех моделей. Я буду рассказывать на примере очень распространённой модели среди начинающих — DT838. Рассматривать его будем в качестве ардуинщика.
К мультиметру прилагаются два щупа с красным и чёрным проводом. Чёрный провод всегда вставляется в гнездо COM, а красный в один из двух (или трёх) гнёзд. Как правило, одно из таких гнёзд служит для измерения больших токов и имеет обозначение 10A и нам вряд ли пригодится. Второе гнездо по соседству с COM позволяет измерять сопротивление, малый ток, напряжение. Поэтому используем два соседних гнезда в своих экспериментах.
Для выбора диапазона измерений используется дисковый переключатель.
Каждая позиция переключателя соответствует определённому числу, которое означает «не больше чем». Смотри описание измерения напряжения. Если вы выбрали неправильный диапазон, то тестер отобразит сообщение об ошибке. Измените положение переключателя и выполните измерение снова.
Прозвонка
Для прозвонки или простой проверки работы мультиметра достаточно установить режим прозвонки и соединить два щупа. При этом раздаётся звук на некоторых моделях. У меня никаких звуков не было из-за слабых значений. Второй вариант — установите на макетной плате светодиод с резистором и соедините его с батареей. Теперь уберите провода от батареи и приставьте красный щуп к ножке резистора, а чёрный щуп к ножке светодиода — светодиод должен загореться, так как мультиметр работает как источник тока.
Измеряем напряжение
Измерять можно напряжение постоянного и переменного тока. Не путайте эти настройки. Для переменного тока обычно доступны значения 200 и 750 В. У постоянного тока значений больше: 200m (0.
2В), 2000m (2В), 20, 200, 1000. Для Arduino как правило достаточно значения 20В.
Измерим напряжение у батарейки. Установите регулятор в значение 20 В (наиболее близкое значение к стандартным 9-вольтовым батарейкам типа Крона) и присоедините щупы к полюсам в любом порядке. Если вы присоедините неправильно, то перед показаниями будет стоять знак минуса. Так вы можете быстро определить полярность у батареек.
Попробуем измерить напряжение в собранной схеме. Сделаем простую схему со светодиодом и резистором, питание будем подавать из вывода 5 V. В этом случае нам не придётся писать скетч, светодиод загорится и так из-за наличия тока.
Установите регулятор снова на положение 20 В и щупы вставьте в отверстия макетной платы (на рисунке показаны красной и чёрной точками). Должно показать 5 В. Переставьте провод на 3.3 В и снова измерьте напряжение. Возможны небольшие погрешности, но в целом должно показывать правильно.
Мы измерили общее напряжение цепи. Теперь приставьте щупы к разным ножкам резистора и снимите показания.
Затем присоедините щупы к ножкам светодиода и снова снимите показания. Значения будут отличаться на разных участках цепи. У меня показало 2.15 и 2.85 соответственно, что в сумме даёт тоже 5 Вольт.
Измеряем сопротивление
Для измерения сопротивления у резисторов установите подходящее значение, например, 20К и приложите щупы к концам резистора. Проверьте, совпадает ли значение с вашими показаниями.
После всех измерений не забывайте выключать его, чтобы не разряжать батарею.
Измеряем силу тока
Ардуинщикам почти не приходится измерять силу тока. Но если придётся, то используйте значок A. Подключается в разрыв цепи.
Отрицательный кабель чёрного цвета остаётся всегда в гнезде с подписью «COM». Кабель красного цвета вставляется в гнездо, предназначенное для измерения тока. Как правило, для измерения тока есть два гнезда, одно обозначено «10 А» (или «20 А»), другое обозначено «мА» (или «мА/μA»). Вначале необходимо решить, какой диапазон измерений выбрать.
Каким будет ток в цепи? Начинают с самого высокого диапазона измерений и после этого, по возможности, переходят к меньшим (и более точным) диапазонам.
Как правило, максимально допустимая сила тока для бытового мультиметра составляет 10 ампер (реже – 20 А), и для измерения тока силой до 10 А есть гнездо с обозначением «10 A». Вставьте в него красный кабель. Выберите диапазон измерения постоянного тока до 10 А. Если позднее понадобится измерить более низкие диапазоны измерений, то необходимо ещё раз переключить провод и вставить его в гнездо «мА/μA».
Даже опытные электронщики иногда забывают переключать провода, когда переходят от измерения напряжения к измерению
силы тока (или наоборот). Если число на дисплее выглядит бессмыслицей, то это сразу бросается в глаза. Как правило, мультиметр не выходит из строя. Гораздо хуже измерять на диапазоне мА и через разъём мА силу тока, существенно большую. В этом случае зачастую перегорает внутренний плавкий предохранитель мультиметра.
Инструкция
1.Общие положения
Данный инструмент является портативным, с батарейным питанием цифровым мультиметром с 3 1/2 — разрядным индикатором для измерения постоянного и переменного напряжения, температуры, проверки диодов, транзисторов и прозвонки цепей.
2.Технические характеристики
Постоянное напряжение
| ПРЕДЕЛ | РАЗРЕШЕНИЕ | ТОЧНОСТЬ |
|---|---|---|
| 200 мВ | 100 мкВ | ±0,25%±2 ед счета |
| 2000 мВ | 1 мВ | ±0,5%±2 ед счета |
| 20 В | 10 мВ | ±0,5%±2 ед счета |
| 200 В | 100 мВ | ±0,5%±2 ед счета |
| 1000 В | 1 В | ±0,5%±2 ед счета |
ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕГРУЗОК: 200 В эфф.
на пределе 200 мВ и 1000 В
пост. или 750 В эфф. переменного тока на остальных пределах.
Переменное напряжение
| ПРЕДЕЛ | РАЗРЕШЕНИЕ | ТОЧНОСТЬ |
|---|---|---|
| 200 В | 100 мВ | ±1,2%±10 ед счета |
| 750 В | 1 В | ±1,2%±10 ед счета |
ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕГРУЗОК: 1000 В пост. или 750 В эфф. переменного тока на всех пределах.
КАЛИБРОВКА: Среднее, калиброванное в эфф. значениях синусоидального сигнала.
ДИАПАЗОН: 45 Гц — 450 Гц.
Постоянный ток
| ПРЕДЕЛ | РАЗРЕШЕНИЕ | ТОЧНОСТЬ |
|---|---|---|
| 2 мА | 1 мкА | ±1%±2 ед счета |
| 20 мА | 10 мкА | ±1%±2 ед счета |
| 200 мА | 100 мкА | ±1,2%±2 ед счета |
| 10 А | 10 мА | ±2%±2 ед счета |
ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕГРУЗОК: 200 мА 250 В — плавкий предохранитель, предел 10 А без предохранителя.
ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ :200 мВ
Сопротивление
| ПРЕДЕЛ | РАЗРЕШЕНИЕ | ТОЧНОСТЬ |
|---|---|---|
| 200 Ом | 0,1 Ом | ±0,8%±2 ед счета |
| 2000Ом | 1 Ом | ±0,8%±2 ед счета |
| 20 КОм | 10 Ом | ±0,8%±2 ед счета |
| 200 КОм | ±0,8%±2 ед счета | |
| 2000 КОм | 1 КОм | ±1%±2 ед счета |
МАКС. НАПРЯЖ. НА РАЗОМКН. ЩУПАХ: 2,8 В.
ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕГРУЗОК: 15 сек. максимум 220В на всех пределах.
Звуковая прозвонка
| ПРЕДЕЛ | ОПИСАНИЕ |
| o))) | Встроенный зуммер звучит, если сопротивление менее 1кОм |
ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕГРУЗОК: 15 сек.
220В максимум, звучит сигнал./p>
Измерение температуры
| ПРЕДЕЛ | РАЗРЕШЕНИЕ | ТОЧНОСТЬ |
|---|---|---|
| от -20 | 1°С | ±3°С±2 ед сч (до150°С) |
| до +1370°С | ±3% (выше 150°С) |
Тестовый сигнал частотой 50 Герц и амплитудой 5 вольт
2. Комплектация
- Измерительные щупы
- Коробка
- Термопара типа К
3. Руководство по работе с мультиметром
1. Проверьте 9В батарею путем включения прибора. Если батарея разряжена, на дисплее возникнет знак [- +]. Если необходимо заменить батарею смотрите раздел «Уход за прибором»
2. Знак ! Рядом с гнездами прибора предупреждает о том, что входные токи и напряжения не должны превышать указанных величин.
Это сделано для предотвращения повреждения схемы прибора.
3. Перед измерением необходимо переключатель установить на требуемый диапазон измерений.
4. Если предел измеряемого тока или напряжения заранее неизвестен , установите переключатель пределов на максимум и затем переключайте вниз по мере необходимости.
5. При возникновении на дисплее «1»(перегрузка) необходимо переключиться на верхний предел измерений.
3.1 Измерение постоянного напряжения
1.Вставьте красный щуп в гнездо «V,W,A» черный — в гнездо «СОМ»
2.Установите переключатель в положение V= и подсоедините концы щупов к измеряемому источнику напряжений. Полярность напряжения на дисплее при этом будет соответствовать полярности напряжения на красном щупе.
Замечание! Не подключайте прибор к напряжению более 1000В. Индикация возможна и на больших напряжениях, но при этом есть опасность повреждения схемы прибора.
3.2 Измерение переменного напряжения
1.Вставьте красный щуп в гнездо «V,W,A» черный — в гнездо «СОМ»
2.
Установите переключатель в положение V= и подсоедините концы щупов к измеряемому источнику напряжений.
Замечание! Не подключайте прибор к напряжению более 700В. Индикация возможна и на больших напряжениях, но при этом есть опасность повреждения схемы прибора.
3.3 Измерение постоянного тока
1.Подключите черный провод к разъему CОМ, а красный к разъему mA для токов до 200мА. Для токов максимум до 20А подключить красный щуп к гнезду 20А
2.Установите переключатель пределов в положение А= и подсоедините концы щупов последовательно с нагрузкой. Полярность тока на дисплее при этом будет соответствовать полярности на красном щупе.
Замечание! Максимальный входной ток равен 200mA или 20А в зависимости от используемого гнезда. Превышение предельных значений вызовет выгорание предохранителя, что потребует его замены. Заменять предохранитель следует аналогичным на ток не более 200мА. Несоблюдение этих требований может привести к повреждению схемы. Вход 20А не защищен.
Максимальное падение напряжения 200мВ.
3.4 Измерение сопротивлений
1.Вставьте красный щуп в гнездо «V, W,A» черный — в гнездо «СОМ».
2. Установите переключатель на требуемый диапазон и подсоедините концы щупов к измеряемому сопротивлению.
Замечание
1. Если величина измеряемого сопротивления превышает максимальное значение диапазонов, на котором производиться измерение, индикатор высветит «1». Выберите больший предел измерений. Для сопротивлений 1МОм и выше время установления показаний составляет несколько секунд. Это нормально для измерения больших сопротивлений.
2. Когда цепь разомкнута, на дисплее будет выводиться «1»
3. При изменении сопротивлений в схеме убедитесь, что схема обесточена и все конденсаторы полностью разряжены.
4. Напряжение разомкнутой цепи на пределе 200М равно 3В. При замкнутых накоротко, концах на этом пределе дисплей показывает 1,0+-0,1МОм, это нормально. При измерении сопротивления в 10МОм дисплей будет показывать 11Мом, при изменении сопротивления в 100МОм дисплей будет показывать 101МОм.
1,0 (+-0,1) является константой, которая должна вычитаться из показаний.
3.5 Проверка диодов и звуковая прозвонка
1.Подключите красный провод к разъему «V, W» черный — к разъему «СОМ». (Полярность красного при этом будет «+».
2. Установите переключатель на предел«—|>|—» и подсоедините щупы к измеряемому диоду, дисплей покажет прямое падение напряжения на диоде.
3. Подсоедините щупы к двум точкам исследуемой цепи. Если сопротивление будет менее 5Ом зазвучит сигнал.
3.6 Измерение транзистора
1.Установите переключатель функций на диапазонh FE.
2. Определите тип транзистора: «NPN» или «PNP» и найти выводы эмиттера, базы и коллектора.
Вставьте выводы в соответствующие отверстия на передней панели.
3. На дисплее будет значение h FE при токе базы 10 мкА и напряжении коллектор-эмиттер 2,8В.
3.7 Измерение температуры
1.Установите переключатель функций на диапазон ТЕМР и воткните вилку термопары в разъем прибора.
2.
Измерение внутренней температуры без термопары: установите переключатель функций на диапазон ТЕМП и считайте показания дисплея.
4.Уход за прибором
Замена батареи и предохранителя производится при выключенном питании и отсоединении концов от прибора.
4.1 Замена батареи
При необходимости замены батареи откройте заднюю крышку, выньте старую и поставьте аналогичную новую батарею.
4.2 Замена предохранителя
Если необходимо заменить предохранитель, используйте только предохранитель на 200мА, идентичных размеров.
Работаем с мультиметром
В комплект к мультиметру входят два щупа — с красным и чёрным проводом. Вилка чёрного щупа вставляется в гнездо с отметкой «COM» (от Common, общий). Вилка красного провода вставляется в соседнее гнездо с отметкой «V». Рядом может находиться ещё одно гнездо, которое тоже предназначено для красного щупа, но для измерения больших токов.
Щуп имеет острую иглу-наконечник, которым нужно касаться компонентов при выполнении электрических измерений.
Наконечники не являются источником большого заряда, и не могут нанести вам травму (только не пораньтесь острым концом).
Каждая позиция переключателя соответствует определённому числу, которое означает «не больше чем». Например, при измерении напряжения батарейки номиналом 6 В, нужно использовать позицию 20, а не 2. Если вы выберете неправильную позицию, то мультиметр покажет ошибку, например, «E» (error), «L» (lapse), «1» (изучите документацию к вашему устройству). Измените положение переключателя и выполните измерение снова.
Сопротивление
Международным обозначением сопротивления является греческая буква Омега — Ω, в России используется «Ом». Соотвественно, таблица различных значений выглядит следующим образом.
| Количество | Произносится | Международное | Русское |
|---|---|---|---|
| 1000 ом | 1 килоом | 1KΩ или 1K | 1 кОм |
| 10 000 ом | 10 килоом | 10KΩ или 10K | 10 кОм |
| 100 000 ом | 100 килоом | 100KΩ или 100K | 100 кОм |
| 1 000 000 ом | 1 мегаом | 1MΩ или 1М | 1 МОм |
| 10 000 000 | 10 мегаом | 10MΩ или 10М | 10 Мом |
Для измерения сопротивления нужно установить переключатель в позицию не меньше 100 КОм.
А затем переключать в меньшие значения.
Напряжение
Международным обозначением напряжения является буква V, в России используется «В». Соотвественно, таблица различных значений выглядит следующим образом.
| Количество | Произносится | Международное | Русское |
|---|---|---|---|
| 0.001 вольта | 1 милливольт | 1 mV | 1 мВ |
| 0.01 вольта | 10 милливольт | 10 mV | 10 мВ |
| 0.1 вольта | 100 милливольт | 100 mV | 100 мВ |
| 1 вольт | 1000 милливольт | 1 V | 1 В |
Сила тока
Международным обозначением силы тока является буква A, в России используется также «А». Соотвественно, таблица различных значений выглядит следующим образом.
| Количество | Произносится | Международное | Русское |
|---|---|---|---|
| 0.001 ампера | 1 миллиампер | 1 mA | 1 мА |
| 0.01 ампера | 10 миллиампер | 10 mA | 10 мА |
0. 1 ампера | 100 миллиампер | 100 mA | 100 мА |
| 1 ампер | 1000 миллиампер | 1 A | 1 А |
Электрический ток в батарейках называется постоянным током (DC, direct current).
В домах в розетках переменный ток (AC, alternating current).
Реклама
Измерение напряжения: 3 используемых прибора, примеры
Тусклый свет от приборов освещения или отказ стиральной машины выполнять свои функциональные обязанности свидетельствует о возможном падении питающего напряжения ниже нормы. В таких случаях необходимо произвести измерение напряжения, что позволит определить его соответствие заданному номиналу электрической сети.
Такая же процедура производится при ремонте электронных приборов, где измеряется падение напряжения на радиодеталях и отдельных участках цепи. Данная процедура выполняется довольно легко, но без понимания физики процесса и особенностей проведения замеров, человек рискует не только повредить дорогостоящее оборудование, но и получить электротравму, поэтому далее мы рассмотрим основные принципы измерения.
Используемые приборы
В каждом доме прибор учета электроэнергии находится в состоянии постоянного измерения переменного напряжения, но крайне редко эти данные где-либо отображаются. Некоторые из них подключаются напрямую, другие через измерительные трансформаторы.
В практических целях для измерения уровня напряжения могут применяться:
- Вольтметры;
- Мультиметры
- Осциллографы.
Вольтметр представляют собой устройство для проверки разности потенциалов. На практике могут встречаться как цифровые, так и аналоговые вольтметры, на которых измеряемое напряжение отображается на дисплее или посредством отклонения стрелки на циферблате соответственно.
Важными параметрами при выборе как электронного, так и стрелочного вольтметра являются единицы измерений (мВ, В, кВ), рабочий диапазон и класс точности. Однако сфера их применения ограничена и применяется, чаще всего, для лабораторных исследований, поскольку в бытовых и производственных нуждах содержать один прибор для измерения одной электрической величины нецелесообразно.
Мультиметр или цифровой тестер является более универсальным прибором, который может работать с несколькими параметрами: электрическим током, сопротивлением, частотой, температурой, напряжением и т.д. Для измерения напряжения мультиметр переключается в режим вольтметра, щупы подключаются к соответствующим разъемам. Конструктивно встречаются и цифровые и аналоговые модели, в некоторых из них можно переключать диапазон измерений, выбирать род тока, в других мультиметрах все эти величины могут подбираться автоматически.
Осциллограф – это довольно сложный прибор для измерения разности потенциалов, так как в нем на цифровом или аналоговом дисплее выводится кривая измеряемой величины. При этом можно растянуть или сократить диапазон частот, чтобы рассмотреть форму импульсных напряжений, длительность импульсов, нарастание и провалы в кривой функции. Поэтому осциллограф для измерения напряжения применяется в электрических цепях и приборах высокой точности, при изготовлении и проверке радиодеталей и т.
д. Мало кто держит дома осциллограф из-за высокой стоимости и сложности выполнения операций.
Измерение напряжения в сети
Чтобы правильно выполнить измерение напряжения необходимо четко представлять принцип и объект исследования. Поэтому следует отметить, что напряжение представляет собой такую электрическую величину, которая показывает разность заряда между двумя электрическими точками. К примеру, если в одной точке заряд составит +35 В, а в другой +310 В, то разница между этими точками составит 310 – 35 = 275 В, это и будет напряжение. Соответственно измерение напряжения может производиться только относительно чего-то, поэтому используются сразу две точки.
Рис. 1. Схема измерения напряженияЕсли говорить о падении напряжения на каком-либо объекте или участке цепи, то измерение напряжения проводиться относительно концов прибора или цепи, точек подключения и т.д. При этом важно учитывать, что цифровой вольтметр или мультиметр в режиме измерения считается бесконечным сопротивлением или разрывом в цепи.
Падение напряжения возможно только при условии протекания тока, поэтому подключение вольтметров последовательно с измеряемым объектом недопустимо, так как через него перестанет протекать ток. Аналоговый или электронный вольтметр должен подключаться только параллельно по отношению к измеряемому сигналу.
С практической точки зрения следует заметить, что аналоговые модели измерительных приборов имеют входное сопротивление равное 10 – 20 кОм, а современные мультиметры могут похвастаться 1МОм. Так как через сопротивление на входе в измерительное устройство может протекать ток утечки, этот делитель напряжения будет обуславливать снижение точности измерений. Поэтому чем ближе сопротивление на входе к бесконечности, тем более точный прибор вы используете.
Важно отметить, что замеры производятся под напряжением, из-за чего присутствует угроза поражения электротоком. Поэтому важно соблюдать элементарные меры предосторожности. Далее рассмотрим порядок выполнения измерения для постоянного и переменного напряжения.
Постоянного тока
Рис. 2. Измерение напряжения постоянного токаДля цепи постоянного тока расмотрим порядок измерения напряжения при помощи цифрового мультиметра. Для этого:
- Переведите переключатель мультиметра в положение для постоянного напряжения. На панели обозначается латинской буквой V со значком « = », знаками «+ и – », также может обозначаться аббревиатурой DC.
- Выберете нужный предел измерения, который будет максимально приближен к предполагаемому номиналу, но выше измеряемого.
- Установите щупы в соответствующие разъемы – черный к выводу COM, красный к выводу V.
- Приложите щупы мультиметра сразу к двум точкам – красный к плюсу, черный к минусу. Если вы заранее не знаете положение потенциалов, и показание прибора имеет отрицательное значение, нужно просто поменять полярность подключения.
На дисплее вы увидите показания вольтметра, если значение слишком малое, переключите ручку на меньший предел измерений.
Прикладывая щупы, создавайте хорошее усилие, чтобы избежать большого переходного сопротивления, иначе они внесут ощутимую погрешность измерений.
Переменного тока
Рис. 3. Измерение переменного напряженияВ цепи переменного тока бытовой цепи важно учитывать ее опасность из-за номинала в 220/380 В. Поэтому при невозможности подключения мультиметра непосредственно в процессе эксплуатации, его присоединение должно выполняться при отключенном напряжении при помощи «крокодилов».
В остальном процесс измерения идентичен:
- Переключите ручку мультиметра в положение для измерения переменного напряжения. На панели оно обозначается как V со значком «~» или аббревиатурой AC.
- Установите ручкой деление на нужный предел по принципу ближайшего большего потенциала относительно измеряемого номинала.
- Выполните подключение щупов к соответствующим выводам: черный к выводу COM, красный к выводу V.
- Подключите измерительный прибор к нужному устройству, заметьте, что полярность щупов здесь значения не имеет.
На дисплее у вас отобразится действующее значение разности потенциалов, именно оно и является основным для всех расчетов. Но, помимо этого существует и амплитудное значение, которое больше действующего на √2 раз или 1,41 раза.
Реальные примеры измерения напряжения
Наиболее простым примером измерения напряжения в бытовых условиях является пальчиковая батарейка. В ней вам необходимо приложить черный щуп к выводу «– », а красный к выводу « + », позицию переключателя установить на 2 В постоянного напряжения.
Рис. 4. Пример измерения напряжения на батарейкеЕсли показания для батарейки 1,5 В будут в пределах от 1,6 до 1,2 В, то такой источник питания считается пригодным для всего оборудования, в случае снижения значений до 1 – 0,7 В, от батарейки будут запускаться импульсные устройства, к примеру, часы. Если вольтметр покажет 0,6 В и менее, разряд достиг критического значения.
При измерении разности потенциалов в бытовой сети, вам следует коснуться щупами контактов розетки.
Так как изолированная часть щупа имеет ограничительное кольцо, за которым расположен длинный стержень, вы можете безопасно проникнуть в розетку, не рискуя прикоснуться к токоведущим элементам. Допустимыми считаются отклонения от номинала на 10%, то есть от 198 до 142 В.
Также можно замерить разность потенциалов на выходе автомобильного аккумулятора или на другом элементе цепи электрической проводки. Для этого черный щуп мультиметра устанавливается на «– » клемму аккумулятора, а красный на « + » клемму.
Если аккумулятор заряжен, то показания вольтметра должны находиться в пределах от 12 до 14 В, но встречаются модели и с большим разбросом. Такое измерение позволяет диагностировать различные причины неполадок.
Видео по теме
Измерения напряжения – испытания и измерения
Испытания и измерения
Напряжения обычно измеряют, помещая измерительный прибор параллельно
измеряемый компонент или цепь (нагрузка).
Измерительный прибор должен иметь
бесконечный входной импеданс (сопротивление), чтобы он не поглощал энергию
от проверяемой цепи и, следовательно, измерить истинное напряжение.
точность измерения напряжения зависит от полного импеданса
измерительное устройство по сравнению с измеряемой нагрузкой. Когда входное сопротивление
измерительного прибора в 10 раз больше измеряемой нагрузки,
ошибка обычно допустима. Если эта ошибка недопустима, более высокий вход
следует использовать прибор для измерения импеданса.
Метод мультиметра
Обычный элемент контрольно-измерительного оборудования — мультиметр. Мультиметр содержит схема, которая позволяет использовать его как вольтметр, амперметр, или омметр. Обычно оно способно измерение как переменного, так и постоянного напряжения до нескольких сотен вольт. Большинство мультиметры имеют высокое входное сопротивление и вряд ли нарушить проверяемую цепь.
Очевидным недостатком аналогового мультиметра является присущий
низкая точность, связанная с движениями счетчика (движущимися стрелками), которые
используется в мультиметре.
При выполнении измерений любым аналоговым мультиметром
вы должны знать о неточностях, вызванных параллаксом. Параллакс определяется как кажущееся смещение положения
объекта из-за различия двух точек зрения. В случае
метров, это означает, что позиция указателя метра будет казаться на
разное положение на шкале в зависимости от угла, под которым
счетчик просматривается.
Аналоговый мультиметр.
Цифровой мультиметр во многих случаях обеспечивает точность около ±0,1%. Они отображают показания в числовом виде. Эти дисплеи прямого считывания устранить проблему параллакса, уменьшить ошибку и увеличить скорость измерения. Данные с этих счетчиков в цифровом формате также могут обрабатываться компьютерами, принтеры и записывающее оборудование. Цифровые мультиметры обычно компактны. и легкий; многие поставляются с перезаряжаемыми батареями, что делает их идеальными для портативное использование в полевых условиях.
Цифровой мультиметр.
Верхние частотные ограничения цифровых мультиметров обычно варьируются от 1 кГц до
до более 1 МГц, в зависимости от модели.
Метод осциллографа
Измерение напряжения можно произвести с помощью осциллографа. Осциллографы имеют высокое входное сопротивление и обычно не нагружает тестируемую цепь. Однако осциллографы в первую очередь предназначены для наблюдения за формой сигнала и обычно менее точны, чем другое испытательное оборудование, используемое для измерять постоянное или переменное напряжение.
Осциллограф.
Измерять постоянное напряжение осциллографом удобно только при определенных условиях.
обстоятельства; например, когда другие измерения выполняются на
одно и то же оборудование с осциллографом или мультиметром.
нет в наличии. Неоспоримым преимуществом осциллографа является его способность
следить за уровнем пульсаций переменного напряжения на постоянном напряжении.
Основным преимуществом использования осциллографа для измерения напряжения переменного тока является то, что форму волны можно наблюдать; следовательно, ошибки измерения сложного пика напряжения сведены к минимуму.
Если измеряемое напряжение велико и не может быть уменьшено до полезного значения цепями ослабления внутри осциллографа, внешним резистивным или можно использовать емкостный делитель напряжения. Такие делители напряжения часто снабжены испытательными комплектами осциллографов и называются
Вы настраиваете пробник, контролируя либо выходной сигнал калибратора
осциллограф или заведомо хороший сигнал и регулировка пробника для симметричного
отображать.При использовании осциллографа для измерения напряжения переменного тока убедитесь, что верхнее частотный диапазон осциллографа не превышен; иначе неточно значения будут отображаться. Наиболее часто используемые осциллографы имеют частотная характеристика от постоянного тока примерно до 50 МГц.
электромагнетизм — Как вольтметр определяет напряжение?
Я не знаю, насколько общий ответ вам нужен, поэтому я начну с высокого уровня, а позже углублюсь в то, что такое напряжение и что на самом деле означает его измерение.
Я думаю, что ваш вопрос о цифровых вольтметрах (DVM), как они работают. Я предполагаю, что вы знаете, что когда у нас есть цифровой сигнал, мы можем обрабатывать его в электронном виде, чтобы выполнять любые арифметические и визуальные действия, необходимые для отображения некоторого значения на экране, поэтому я не буду это описывать.
Похоже, ваш вопрос касается получения этого цифрового представления в первую очередь из разности потенциалов. Цифровой вольтметр должен сначала получить цифровое представление аналоговой разности потенциалов, функция, выполняемая «аналогово-цифровым преобразователем» (АЦП). В электронном виде функция АЦП состоит в том, чтобы заставить заряды каким-то образом работать и измерять работу, которую они выполняют (см. Ниже). А пока я объясню в общих чертах процесс преобразования аналогового потенциала (любого напряжения) в набор цифровых потенциалов (высокого или низкого напряжения). Есть несколько способов сделать это, и я опишу два.
Первый — это «последовательное приближение», в котором мы используем умную цифровую электронику, чтобы угадать значение, а затем играем в игру «больше или меньше». Скажем, например, мы хотим измерить некоторый потенциал, который будет находиться в диапазоне от 0 В до 4 В. Наше первое предположение 2.000V. Мы создаем цифровое представление значения «2,000» и используем цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) для преобразования этого цифрового сигнала в аналоговый потенциал 2,000 В.
Затем мы сравниваем это с нашим измеренным потенциалом, тест, который мы можем выполнить, используя операционный усилитель в качестве компаратора. Если наше предположение слишком низкое, старший бит нашего результата должен быть «1», который мы сохраняем в защелке (например, D-типа).
Затем увеличиваем наше предположение до середины оставшегося верхнего диапазона возможных значений (где-то от 2В до 4В), до 3.000В, и снова сравниваем. На этот раз мы обнаруживаем, что наша догадка слишком высока, и сохраняем следующий по значимости бит, «0». Сдвигаем наше предположение вниз к середине оставшегося возможного диапазона, к 2.500В, и снова тестируем. Повторяйте, пока не получите все нужные цифры.
Второй метод — это «интеграция», который намного проще понять. При этом используется цифровой счетчик, считающий в двоичном формате от нуля до любого количества битов точности, которое вы хотите. Мы используем ЦАП для преобразования этого двоичного значения в аналоговый потенциал и компаратор для определения того, выше или ниже этот потенциал, чем измеряемое напряжение.
По мере того, как счетчик ведет отсчет от нуля вверх, потенциал на выходе ЦАП медленно растет. Продолжайте считать, пока выход компаратора не изменится, и в этот момент значение вашего счетчика будет двоичным представлением измеряемого напряжения! Магия!
Как работает ЦАП? Это сравнительно простой процесс суммирования напряжений пропорционально взвешенным двоичным битам. Например, для двоичного значения «1011» вы можете просто выполнить следующую сумму:
$$ (1 х 8 В) + (0 х 4 В) + (1 х 2 В) + (1 х 1 В) = 11V $$
Давайте углубимся в физику. Когда мы измеряем разность потенциалов, мы измеряем количество потенциальной энергии, которую электрические заряды, находящиеся в некоторой точке А цепи, имеют по отношению к зарядам в другой точке В. Учитывая средства передвижения, такой заряд будет перемещаться из А в B (или от B до A, в зависимости от полярности заряда), «совершая работу» при этом.
Под «совершением работы» я подразумеваю, что заряд будет взаимодействовать с окружающей средой во время своего движения, либо электрически, либо магнитно, в результате чего его потенциальная энергия преобразуется в какую-либо другую форму, такую как тепло, свет или движение.
На практике инженеры никогда не думают в таких терминах, но я полагаю, полезно знать, что там происходит на самом деле, так что читайте дальше, если это вас интересует.
Чтобы измерить разность потенциалов между A и B, вы должны предоставить зарядам среду, через которую они проходят, и измерить работу, которую они совершают на пути из A в B через среду (или из B в A, опять же, в зависимости от полярности заряда) .
Задача вольтметра состоит в том, чтобы обеспечить такой путь, давая зарядам возможность выполнять работу, которую люди могут физически видеть, с целью использования этого физически видимого явления для измерения количества проделанной работы.
В гальванометре с подвижной катушкой, например, предлагаемый путь представляет собой катушку проволоки. Когда заряды проходят через катушку (движение, которое мы называем «электрическим током»), работа, которую они выполняют, заключается в создании магнитного поля, которое используется для отклонения подпружиненного постоянного магнита. Другими словами, потенциальная энергия зарядов расходуется на выполнение работы по физическому перемещению магнита. Величина отклонения отражает количество проделанной работы, которая, как мы теперь знаем, напрямую связана с потенциальной энергией, которую заряды потеряли («потратили») в своем путешествии, то, что мы называем разностью потенциалов или напряжением.
В DVM работа, выполняемая зарядами, более тонкая. Современные DVM используют МОП-транзисторы, которые имеют «затвор» и «канал». «Ворота» — это место накопления электронов, но, чтобы остаться там, электроны должны сначала преодолеть электростатическое отталкивание электронов, уже находящихся там, и близлежащих электронов в «канале» полевого МОП-транзистора. (Так работает конденсатор, а затвор полевого МОП-транзистора, по сути, представляет собой крошечный конденсатор). Это «работа», которую мы измеряем, потенциальная энергия, которую они тратят на преодоление этого отталкивания, чтобы занять область ворот.
Однако, оказавшись там, присутствие этих накопленных электронов затвора отталкивает и вытесняет электроны из канала.
С меньшим количеством электронов, присутствующих в канале, для участия в электрическом токе сопротивление канала значительно увеличивается, что является значительным изменением по сравнению с крошечным количеством энергии, которое его спровоцировало.
Мы можем использовать это сопротивление канала как часть более крупной цепи, чтобы в конечном итоге получить любое напряжение или ток, которые мы хотим, в зависимости от измеряемой разности потенциалов, энергии, которая в первую очередь заполнила затвор зарядами.
Просто так:
Этот простейший вольтметр, который я знаю, это моя кожа. Если я приложу клеммы батареи PP3 к своему языку, я создаю путь для зарядов на одной клемме, чтобы двигаться к другой, через мой язык, и выполнять там работу по мере их перемещения. Большая часть работы, которую они выполняют, — это нагрев, но некоторая работа выполняется для ионизации соединений в нервной системе, что я ощущаю как покалывание. Сила покалывания связана с потенциальной энергией, расходуемой электронами при их путешествии по моему языку, что мы и подразумеваем под «напряжением».