Porady
Multimetry » Jedno urządzenie pomiarowe do wielu zadań
Podczas instalacji, konserwacji i naprawy instalacji elektrycznych lub systemów elektronicznych nieuniknione jest rejestrowanie wielu wartości elektrycznych. Często wyznaczane są przy tym różne wielkości pomiarowe, takie jak napięcie, prąd czy rezystancja.
Aby prawidłowo rejestrować odpowiednie wartości pomiarowe, używane urządzenie pomiarowe musi spełniać określone parametry. Oczywiście istnieją specjalne woltomierze, amperomierze lub omomierze, które są optymalnie dopasowane do danego zadania.
Serwisanci natomiast preferują w takich przypadkach multimetr, który bez problemu poradzi sobie ze wszystkimi różnymi zadaniami pomiarowymi. Jak to działa i na co zwrócić uwagę przy multimetrze, wyjaśniamy poniżej.
Czym jest multimetr?
Multimetr służy do pomiaru różnych wielkości elektrycznych, takich jak napięcie, prąd czy rezystancja. Poszczególne funkcje pomiarowe są bardzo często podzielone na różne zakresy pomiarowe. Dzięki temu powstaje szeroki łączny zakres pomiarowy o wysokiej rozdzielczości i dobrej dokładności.
Do podstawowych funkcji pomiarowych multimetru należą przede wszystkim funkcje pomiaru napięcia i prądu dla prądu stałego i przemiennego. Dostępna funkcja pomiaru rezystancji jest często łączona z akustycznym sygnalizatorem do badania ciągłości obwodu.
Lepiej wyposażone i zazwyczaj cyfrowe multimetry oferują funkcje dodatkowe, takie jak pomiar częstotliwości, współczynnika wypełnienia czy pojemności. Funkcja testu diod również często należy do wyposażenia. Dodatkowo dostępne są urządzenia z osobnymi zakresami pomiarowymi, umożliwiające na przykład precyzyjny pomiar temperatury.
Również prędkości obrotowe, poziomy hałasu, natężenie oświetlenia czy duże prądy można mierzyć za pomocą zewnętrznych czujników lub specjalnych multimetrów cęgowych. Pomiar prądu cęgami okazał się szczególnie praktyczny, ponieważ dzięki bezdotykowemu pomiarowi nie trzeba przerywać obwodu elektrycznego. Multimetr jest zatem prawdziwie wielofunkcyjnym urządzeniem pomiarowym, które można wykorzystać w wielu zadaniach z dziedziny elektroniki, techniki, serwisu i hobby.
Multimetr: analogowy czy cyfrowy?
W klasycznym urządzeniu pomiarowym wartość pomiaru wyświetlana jest za pomocą wskazówki. Do wyświetlania napięcia stałego (DC) stosuje się mierniki magnetoelektryczne, a przy napięciu przemiennym (AC) mierniki elektromagnetyczne.
W wysokiej jakości urządzeniach pomiarowych włożono ogromny mechaniczny wysiłek, aby za pomocą precyzyjnych mechanizmów pomiarowych osiągnąć dokładne wyniki. Ponieważ mechanizmy te osiągają maksymalne wychylenie wskazówki już przy bardzo niskich napięciach, za pomocą odpowiednich rezystorów szeregowych można dostosować mechanizm do różnych zakresów napięcia. Tym samym pomiar od wejścia do wyświetlania jest sterowany napięciem, a więc analogowy.
W cyfrowym multimetrze rejestracja mierzonego napięcia odbywa się początkowo również analogowo. Jednak zmierzona wartość napięcia nie jest podawana na wskaźnik. Wyświetlana wartość napięcia jest digitalizowana za pomocą przetwornika analogowo-cyfrowego, a następnie wyświetlana na wyświetlaczu numerycznym. Dzięki temu błędy odczytu, które regularnie zdarzają się przy miernikach wskazówkowych, są wysoce nieprawdopodobne.
Multimetr w porównaniu: jakie są typy i konstrukcje?
Multimetry występują w wielu konstrukcjach i odmianach. Dominują jednak multimetry cyfrowe z wyświetlaczem LCD, które w dużej mierze wyparły multimetry analogowe z mechanizmem wskazówkowym. Powodem są niższa cena zakupu i znacznie większa odporność na wstrząsy. Dochodzi do tego fakt, że cyfrowo wyświetlana wartość pomiaru jest łatwiejsza i szybsza w odczycie. Mimo to multimetry z wyświetlaniem analogowym mają nadal swoje uzasadnienie. Dzięki płynnie wskazującemu mechanizmowi umożliwiają łatwiejszą i lepszą obserwację trendu przy wahających się i zmiennych wartościach. To również powód, dla którego w miernikach do zabudowy nadal chętnie stosuje się wyświetlanie analogowe.
Multimetry ręczne
Powszechne i prawdopodobnie najbardziej znane są multimetry ręczne, które dzięki kompaktowej konstrukcji i zasilaniu z baterii lub akumulatorów są mobilne, a tym samym bardzo elastyczne w użyciu. Proste modele dla początkujących z wyświetlaniem cyfrowym są dostępne już w korzystnej cenie i należą obecnie do podstawowego wyposażenia niemal każdego entuzjasty techniki. Profesjonalne multimetry ręczne znajdują zastosowanie u fachowców w zakresie instalacji elektrycznych i elektroniki, w elektronice samochodowej oraz u techników serwisowych każdej specjalizacji.
Ponieważ często do prawidłowego umieszczenia sond pomiarowych potrzebne są obie ręce, dodatkowe trzymanie urządzenia pomiarowego nie zawsze jest możliwe. Dlatego dostępne są cyfrowe multimetry ręczne, które dzięki kompaktowym konstrukcjom mocno przypominają dwubiegunowe testery napięcia. Podobnie jak w testerze napięcia, jedna sonda pomiarowa jest połączona bezpośrednio z obudową, dzięki czemu można go łatwo zastosować i podczas obsługi łatwo odczytać.
Multimetry stołowe
Multimetry stołowe znajdują, jak sugeruje sama nazwa, swoje miejsce zazwyczaj stacjonarnie na stołach roboczych w laboratoriach i warsztatach serwisowych. Z reguły dysponują wysokimi dokładnościami pomiarowymi i rozdzielczościami, wieloma funkcjami pomiarowymi oraz dużym, dobrze czytelnym wyświetlaczem. Czasami zamontowane są podwójne wyświetlacze lub wyświetlacze graficzne. Urządzenia z wyświetlaczami graficznymi umożliwiają nie tylko prezentację wartości pomiarowych w formie wykresów trendu i słupkowych. Możliwe jest również przedstawienie wartości pomiarowych w przebiegu czasowym jako krzywej lub wykresu. Częściowo na tylnej stronie urządzenia znajdują się dodatkowe wejścia pomiarowe, aby urządzenie można było zintegrować z systemami pomiarowymi bez plątaniny kabli z przodu. Również dodatkowe interfejsy lub możliwości rozbudowy w postaci specjalnych gniazd do współpracy z oprogramowaniem PC mogą być dostępne. Urządzenia z wbudowaną pamięcią lub gniazdem na pendrive'a umożliwiają rejestrowanie danych również bez podłączenia do systemu rejestracji danych pomiarowych lub komputera.
Multimetry cęgowe
Multimetry cęgowe łączą klasyczne funkcjonalności cęgów prądowych z funkcjami multimetru cyfrowego. Prądy są mierzone bezdotykowo za pomocą cęgów pomiarowych. Wystarczy objąć cęgami pojedynczą żyłę przewodzącą prąd. Przerywanie przewodu nie jest konieczne. Do pomiaru napięć, rezystancji oraz badania ciągłości obwodu przewidziane są podłączane przewody pomiarowe. Podobnie jak multimetry ręczne, również cyfrowe multimetry cęgowe mogą oferować rozszerzone funkcje pomiarowe. Można na przykład mierzyć częstotliwości, temperatury i pojemności lub testować diody. Z kolei same cęgi prądowe nie posiadają ani gniazd pomiarowych, ani funkcji multimetru; mierzą wyłącznie prąd.
Jak mierzy się multimetrem?
W zależności od tego, jaki pomiar ma zostać przeprowadzony, multimetr cyfrowy musi posiadać określone „właściwości wewnętrzne". Przy pomiarze napięcia multimetr cyfrowy jest podłączany równolegle do punktów pomiarowych. W takim przypadku multimetr nie może obciążać mierzonego obwodu. Dlatego rezystancja wewnętrzna multimetru cyfrowego przy pomiarze napięcia musi być bardzo wysoka. W przeciwieństwie do tego rezystancja wewnętrzna przy pomiarze prądu musi być bardzo mała. Aby zmierzyć prąd, multimetr musi zostać włączony w istniejący obwód. Dlatego multimetry cyfrowe z reguły posiadają różne gniazda do podłączania przewodów pomiarowych.
Wskazówka praktyczna: uwaga przy przełączaniu z pomiaru prądu na pomiar napięcia
Podczas wyszukiwania usterek w obwodzie elektrycznym może zaistnieć konieczność pomiaru zarówno prądu, jak i napięcia. Zdarza się, że na multimetrze przełącza się jedynie przełącznik wyboru zakresu z zakresu prądu na zakres napięcia. Niestety, zapomina się przy tym przepiąć czerwony przewód pomiarowy z gniazda pomiaru prądu na gniazdo pomiaru napięcia. Urządzenie pomiarowe nadal jest niskooporowe i przy kolejnym pomiarze napięcia stanowi zwarcie. Ponieważ producenci urządzeń pomiarowych znają to zjawisko, chronią wejście pomiaru prądu szybkim bezpiecznikiem precyzyjnym. Często do urządzeń dołączane są nawet zapasowe bezpieczniki.
Kryteria zakupu multimetru – na co zwrócić uwagę?
Kategoria pomiarowa
Oprócz decyzji o multimetrze ręcznym, stołowym lub multimetrze z cęgami prądowymi, należy z góry ustalić, w jakim środowisku będą prowadzone pomiary. Norma EN 61010-1 opisuje dopuszczalne zakresy zastosowania środków pomiarowych i kontrolnych dla instalacji elektrycznych i urządzeń, dzieląc je na tak zwane kategorie pomiarowe. Wyróżnia się tutaj następujące:
CAT I: pomiary w obwodach niepołączonych bezpośrednio z siecią. Przykład: baterie i akumulatory.
CAT II: pomiary w obwodach połączonych elektrycznie bezpośrednio z siecią niskiego napięcia. Przykłady: urządzenia gospodarstwa domowego lub elektronarzędzia z wtyczką sieciową.
CAT III: do pomiarów wewnątrz instalacji budynkowej, w której odbiorniki są na stałe podłączone do sieci elektrycznej. Przykłady: rozdzielnice, gniazda lub lampy.
CAT IV: pomiary u źródła instalacji niskiego napięcia. Przykłady: liczniki energii, przyłącze główne, bezpieczniki główne.
Te cztery kategorie są dodatkowo podzielone według ich zakresów napięcia (300 V, 600 V i 1000 V). Możliwe jest na przykład, że producent klasyfikuje urządzenie pomiarowe w kategorii CAT III do napięcia 1000 V, a w kategorii CAT IV do maks. 600 V.
Uwaga: Ze względów bezpieczeństwa w żadnym wypadku nie wolno używać urządzenia pomiarowego, które nie jest dopuszczone przynajmniej do stosowanej kategorii pomiarowej!
True RMS
W środowisku przemysłowym zalecane jest stosowanie multimetru cyfrowego TRMS, który dzięki metodzie pomiarowej „True RMS" umożliwia tak zwane pomiary wartości skutecznej rzeczywistej. Przemienniki częstotliwości w napędach silników i wiele innych odbiorników impulsowych pracują bowiem z niesinusoidalnymi prądami lub zniekształcają sygnał sinusoidalny. Dochodzą do tego często wysokoczęstotliwościowe nakładki sygnałowe, które prowadzą do dodatkowych niedokładności pomiaru. Konwencjonalne multimetry cyfrowe popełniają tutaj częściowo znaczne błędy pomiaru, ponieważ potrafią prawidłowo mierzyć tylko czyste, sinusoidalne napięcia i prądy. Stosowanie multimetru bez TRMS jest dziś poza zwykłym hobby niezalecane, ponieważ wyłącznie sinusoidalne i niezniekształcone formy sygnałów występują obecnie bardzo rzadko.
Dokładność pomiaru
Dokładność pomiaru, rozdzielczość i wymagane funkcje pomiarowe muszą pasować do odpowiednich zadań pomiarowych. Sama rozdzielczość wyświetlacza niekoniecznie świadczy o rzeczywistej dokładności pomiaru. Wiele cyfr po przecinku wygląda na wyświetlaczu LCD imponująco, ale liczy się rzeczywista dokładność pomiaru i wyświetlania. Można ją znaleźć dla poszczególnych funkcji pomiarowych i zakresu pomiarowego w karcie katalogowej lub opisie produktu.
Interfejsy i możliwość kalibracji
Jeśli dane pomiarowe mają być rejestrowane i analizowane lub jeśli mają być prowadzone częściowo zautomatyzowane procesy testowe, niezbędne jest, aby multimetr cyfrowy posiadał wymagane interfejsy. Oprócz znanego interfejsu USB w środowisku profesjonalnym dostępne są jeszcze interfejsy IEEE-488 (GPIB) i RS-232. Użytkownicy komercyjni muszą zazwyczaj regularnie poddawać swoje urządzenia pomiarowe kalibracji. Zaleca się więc z góry zwrócić uwagę, czy rozważany multimetr cyfrowy może być w ogóle kalibrowany zgodnie z odpowiednią normą kalibracyjną – na przykład w akredytowanym laboratorium kalibracyjnym ISO.
Obsługa i serwis
Dobra ergonomia obsługi jest ważna, podobnie jak czytelny wyświetlacz, który dobrze odczytuje się nawet pod skośnym kątem widzenia. Jeśli w przypadku multimetrów stołowych przewidziano montaż w szafie rack, urządzenie musi być do tego mechanicznie przystosowane (zestaw montażowy 19 cali) i posiadać również wejścia pomiarowe z tyłu. Dobry serwis jest atutem: większość użytkowników nie może długo obejść się bez często potrzebnego urządzenia pomiarowego, gdy konieczna jest naprawa lub kalibracja. Znani producenci utrzymują z reguły centra serwisowe, które takie usługi wykonują szybko i niezawodnie.
Często zadawane pytania o multimetry
Jaka jest różnica między woltomierzem a multimetrem?
Woltomierz służy wyłącznie do pomiaru napięcia. Multimetr potrafi dodatkowo mierzyć prądy, rezystancje i częściowo inne wielkości pomiarowe.
Co oznacza AC/DC?
Skrót AC oznacza „Alternating Current", czyli prąd przemienny, a DC oznacza „Direct Current", czyli prąd stały.
Jakie rodzaje baterii są odpowiednie do multimetrów cyfrowych?
Multimetry są zasilane bateriami w standardowym formacie. Jaki konkretny typ jest stosowany, zależy od wielkości obudowy i jest określane przez producenta urządzenia pomiarowego. Przy wymianie baterii należy bezwzględnie używać wysokiej jakości egzemplarzy, aby uniknąć uszkodzeń spowodowanych przez wyciekające baterie.
Co oznacza czas pracy baterii w multimetrze?
Czas pracy baterii określa, jak długo urządzenie pomiarowe może być używane z nowymi bateriami. Ponieważ pobór prądu jest bardzo niski, czasy pracy są odpowiednio długie. Wiele multimetrów ma na wyświetlaczu symbol baterii, który ostrzega przed słabnącymi bateriami. Dodatkowo automatyczne układy wyłączające chronią baterie przed niepotrzebnym rozładowaniem, gdy urządzenie nie zostało wyłączone.
Co oznacza Auto-Range w multimetrze?
Urządzenie pomiarowe z Auto-Range automatycznie dostosowuje swój zakres pomiarowy do mierzonej wartości. Gwarantuje to możliwie dokładne wyświetlanie wartości pomiaru na wyświetlaczu LCD. W technice pomiarowej zwykle ustawia się urządzenie zawsze na największy możliwy zakres pomiarowy, gdy rzeczywista wielkość mierzonej wartości nie jest jasna.
Co oznacza True RMS (TRMS) w multimetrze?
Określenie True RMS (Root Mean Square) oznacza wartość skuteczną rzeczywistą. Wartość skuteczna jest przy napięciu i prądzie przemiennym ważnym parametrem. Na przykład napięcie skuteczne w gniazdku sieciowym wynosi 230 V, podczas gdy szczytowe napięcie fali sinusoidalnej wynosi 325 V, czyli znacznie więcej. Przy sinusoidalnym przebiegu sygnału multimetry z określaniem wartości średniej pokazują jeszcze dość dokładne wyniki pomiarów. Jednak gdy kształt krzywej mierzonego sygnału odbiega od sinusoidy i jest na przykład trójkątny, prostokątny lub piłokształtny, urządzenia pomiarowe z określaniem wartości średniej dostarczają silnie zafałszowanych wyników. Multimetry z TRMS natomiast nawet w tych przypadkach automatycznie pokazują dokładną wartość skuteczną.