Цифровые мультиметры

Цифровые  мультиметры

Цифровые мультиметры - комбинированный электроизмерительный прибор, объединяющий в себе несколько функций. В минимальном наборе это вольтметр, амперметр и омметр.

Мультиметр может быть как лёгким переносным устройством, используемым для базовых измерений и поиска неисправностей, так и сложным стационарным прибором со множеством возможностей.

Наиболее простые цифровые мультиметры имеют разрядность 2,5 цифровых разряда (точность обычно около 10 %). Наиболее распространены приборы  с разрядностью 3,5 (точность обычно около 1,0 %). Выпускаются также чуть более дорогие приборы с разрядностью 4,5 (точность обычно около 0,1 %) и существенно  более дорогие приборы с разрядностью 5 и выше. Точность последних сильно зависит от диапазона измерения  и вида измеряемой величины, поэтому  оговаривается отдельно для каждого  поддиапазона. В общем случае точность таких приборов может превышать 0,01 %, несмотря на портативное исполнение.

Разрядность цифрового измерительного прибора, например, «3,5» означает, что  дисплей прибора показывает 3 полноценных  разряда, с диапазоном от 0 до 9, и 1 разряд — с ограниченным диапазоном. Так, прибор типа «3,5 разряда» может, например, давать показания в пределах от 0,000 до 1,999, при выходе измеряемой величины за эти пределы требуется переключение на другой диапазон (ручное или автоматическое).

Типичная погрешность  цифровых мультиметров при измерении  сопротивлений, постоянного напряжения и тока менее ±(0,2 % +1 единица младшего разряда). При измерении переменного напряжения и тока в диапазоне частот 20 Гц…5 кГц погрешность измерения ±(0,3 %+1 единица младшего разряда). В диапазоне высоких частот до 20 кГц при измерении в диапазоне от 0,1 предела измерения и выше погрешность намного возрастает, до 2,5 % от измеряемой величины, на частоте 50 кГц уже 10 %. С повышением частоты повышается погрешность измерения.

Входное сопротивление цифрового  вольтметра порядка 11 МОм (не зависит  от предела измерения, в отличие  от аналоговых вольтметров) , ёмкость — 100 пФ, падение напряжения при измерении тока не более 0,2 В. Количество разрядов не определяет точность прибора. Точность измерений зависит от точности АЦП, от точности, термо- и временной стабильности применённых радиоэлементов, от качества защиты от внешних наводок, от качества проведённой калибровки.

Типичные диапазоны измерений:

постоянное напряжение: 0..200 мВ, 2 В, 20 В, 200 В, 1000 В

переменное напряжение: 0..200 В, 750 В

постоянный ток: 0..2 мА, 20 мА, 200 мА, 10 А (обычно через отдельный вход)

переменный ток: нет

сопротивления: 0..200 Ом, 2 кОм, 20 кОм, 200 кОм, 2 МОм.

Принцип работы мультиметра основан на сравнивании входного сигнала с опорным. В основе цифрового мультиметра – АЦП двойного интегрирования. Изменение предела измерений реализуется на резисторных делителях; если в мультиметре есть милливольтовое деление, возможна реализация оборудования на встроенном усилителе с возможностью изменения коэффициента усиления. Напряжение измеряется путем прямого подключения к цепи. Измерение тока основано на падении напряжения на встроенных резисторах (разный резистор для разного предела измерения). Сопротивление измеряется при подаче фиксированного тока на резистор, с которого считывается значение (включение резистора реализовано на обратной связи инвертирующего усилителя).

Функциональная схема цифрового  мультиметра

• коммутатор К измеряемых сигналов
• операционный усилитель ОУ
• аналого-цифровой преобразователь АЦП
• цифровой индикатор ЦИ

Ко входам коммутатора  подключены различные измерительные  преобразователи. Для простоты на рисунке  показано три преобразователя.

1. Аттенюатор А служит для преобразования постоянного напряжения высокого уровня в постоянное напряжение более низкого уровня.

2. Прецизионный выпрямитель ПВ служит для преобразования переменного напряжения (тока) в напряжение постоянного тока.

3. Преобразователь ПR преобразует сопротивление в напряжение постоянного тока. Чаще всего это просто прецизионный источник постоянного тока, который задается через измеряемое сопротивление и создает на нем падение напряжения U = IR.

Таким образом, мультиметр может  измерять напряжение (и токи) постоянного  и переменного тока, а также  сопротивление.