Multimetry, mierniki cęgowe i multimetry stołowe

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.

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.