Как пользоваться мультиметром, измерение постоянных напряжений

Слово мультиметр складывается из двух слов: multi – много и meter – измерения, измерительный прибор. Эти определения можно найти в англо-русском словаре multitran, и поэтому, с полной уверенностью можно сказать, что мультиметр это множество измерительных приборов «упакованных» в одну небольшую коробочку. Все эти измерительные приборы предназначены для измерений в электрических цепях, и начать рассказ об электрических измерениях, не вспомнив закон Ома, было бы непростительно.

В школьных учебниках про закон Ома для участка цепи написано так: «Ток в цепи (I) прямо пропорционален напряжению (U), и обратно пропорционален сопротивлению (R)». Все, кто занимается электричеством серьезно, знают эту фразу как Отче наш. И то сказать, не зная закон Ома – сиди дома.

Если закон Ома записать в виде математической формулы, то получится совсем просто: I=U/R.

Это закон Ома для участка цепи, которым мы здесь и ограничимся. Для получения правильных результатов следует в формулу подставлять значения тока в Амперах, напряжения в Вольтах, сопротивления в Омах. Первые буквы заглавные, поскольку единицы измерения произошли от фамилий ученых, открывших эти законы.

Правда, не возбраняется подставлять, например, сопротивление в килоомах (1 КОм = 1000 Ом), тогда ток получится в миллиамперах (1 мА = 0,001 А). Такой подстановкой в слаботочных цепях пользоваться приходится достаточно часто.

Простейшая электрическая цепь, показанная на рисунке 1, состоит из источника напряжения, соединительных проводов, выключателя и нагрузки. Но на примере этой цепи можно увидеть все, что упоминается в законе Ома, все, что можно измерить с помощью приборов, ознакомиться с подключением амперметра, вольтметра и омметра.

Рисунок 1. Простейшая электрическая цепь

Для проведения измерений токов, напряжений и сопротивлений потребуются три различных прибора: амперметр, вольтметр и омметр. Подключение приборов показано на рисунке 2.

Рисунок 2. Подключение измерительных приборов к электрической цепи

Из этого рисунка понятно, что амперметр включается в разрыв электрической цепи последовательно с нагрузкой, вольтметр подключается параллельно участку цепи, омметр также параллельно исследуемому участку, но напряжение питания при этом должно быть отключено, или вовсе проверяется никуда не подключенная деталь. Конечно, можно померить сопротивления резисторов R1, R2, не выпаивая их из схемы, только не забыть отключить питание.

Что не надо делать или верные способы спалить мультиметр

Вот тут сразу можно сделать несколько замечаний, задать несколько каверзных вопросов. Что будет, если поменять местами, перепутать, например, вольтметр и амперметр?

Вольтметр, включенный в разрыв цепи вместо амперметра особых неприятностей, скорей всего, не принесет: большое внутренне сопротивление вольтметра ограничит ток на таком уровне, что схема просто перестанет работать, как будто разомкнули выключатель.

Совсем другое дело, если амперметр включить на место вольтметра, например, вместо V1. Ток через амперметр достигнет максимума, который способен выдать источник питания, поскольку внутреннее сопротивление амперметра очень маленькое (при нормальном режиме измерения, чем меньше, тем лучше).

В случае гальванического элемента это не особо и страшно, поскольку ток ограничится внутренним сопротивлением батареи, а предел измерения амперметра достаточно большой (10 или более Ампер).

Именно так можно проверить гальванический элемент размера AA или AAA с напряжением 1,5В. Если элемент исправный, то амперметр покажет ток не менее 1А, или даже больше, в то время, как ток разряженного элемента не более нескольких миллиампер или вовсе никакого тока и нет.

Но такая рекомендация абсолютно непригодна для проверки аккумуляторов этих же размеров: аккумуляторы очень не любят коротких замыканий, и даже могут взорваться! Даже если до взрыва дело не дойдет, зарядить такой аккумулятор будет проблематично.

Если же амперметр (мультиметр в режиме измерения тока) «сунуть» в розетку 220В, то взрыв прибора просто неминуем. То же самое произойдет, если попытаться померить напряжение в розетке мультиметром в режиме измерения сопротивлений. Поверьте, таких случаев было немало. Вот почему не надо, когда не надо, чисто из интереса, мерить напряжение в розетке!

Это просто надо принять как закон, взять себе за правило. Ну, какая разница, сколько в этой розетке 210 или 235В? Ведь вся современная электронная техника работает в очень широком диапазоне напряжений, чему способствуют современные импульсные блоки питания.

Много приборов для простых измерений

Показанная на рисунке 2 электрическая цепь питается от источника постоянного тока – гальванической батареи, поэтому амперметр и вольтметр должны быть предназначены для измерения в цепях постоянного тока. Если же питание даже такой простой схемы осуществляется переменным током (220В, выключатель, лампочка), то и приборы потребуются переменного тока. Получается, что понадобится целая куча приборов, даже при столь простой схеме!

Эта простая схема показана для того, чтобы освежить в памяти способы подключения приборов. Более подробно об измерении токов и напряжений можно прочитать в статье «Измерения в электрических цепях».

Избавиться от такого количества приборов очень просто: все приборы собрать в одном корпусе и с помощью переключателей к каждому из них подключать одну и ту же измерительную стрелочную головку. Такие приборы когда-то назывались комбинированными или авометрами – АмперВольтОмметр.

Еще одно название этих приборов тестер, от английского test – проверка, проба, поскольку точность измерений такими приборами невелика. Как правило, это приборы 4-го класса точности, т.е. погрешность измерений, составляет 4%, что вполне достаточно для большинства практических целей.

В настоящее время стрелочные тестеры, не то что ушли на покой, но применяются достаточно редко, хотя в некоторых случаях, без них просто не обойтись. Но многие, в основном старые специалисты, предпочитают пользоваться именно стрелочными авометрами. Ну, это кто к чему привык. Вот так, потихоньку, мы подошли к современному комбинированному прибору – мультиметру.

Современный цифровой мультиметр

В отличие от антикварных авометров – тестеров, мультиметр стал прибором цифровым, на упаковочной коробке так и написано «Цифровой мультиметр». Это не от того, что показания выводятся в виде цифр, отличие заключается в самом принципе работы. Измеряемая величина, напряжение, ток или сопротивление с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) переводится в цифровой код, который затем показывается на цифровом жидкокристаллическом индикаторе.

Кроме, собственно, результатов измерений, на индикаторе может показываться дополнительная информация: состояние заряда батареи (когда батарею пора менять, на дисплее появляется мигающее изображение батарейки) и предупреждение об измерении высоких напряжений. Мультиметры, при небольших габаритах и незначительной цене, обладают высокой точностью измерений, что обеспечило им заслуженную популярность у пользователей.

Проще всего разобраться с устройством и работой прибора, когда он находится в руках. Но, коль скоро, такой возможности нет, то вполне подойдет и картинка с изображением прибора. Достаточно сделать фотографию и снабдить ее пояснительными надписями. Подобная фотография показана на рисунке 3 (для увеличения нажмите на рисунок).

Рисунок 3. Внешний вид цифрового мультиметра D838

Зачем и кому нужен мультиметр

Мультиметры серии D83X, являются бюджетным вариантом – при минимальной стоимости имеется набор всех, или почти всех режимов работы, которыми пользуется большинство электриков, электронщиков и просто те, кому приходится общаться с электричеством от случая к случаю. Существуют, конечно, и более дорогие модели, имеющие дополнительные пределы измерений и различные эксплуатационные удобства.

Прежде всего, это возможность измерения емкости конденсаторов и индуктивности катушек. Некоторые мультиметры имеют даже режим измерения частоты, правда, он, как правило, ограничен частотами звукового диапазона, до 20КГц. Практически все мультиметры, включая бюджетный вариант, имеют режим измерения коэффициента усиления маломощных транзисторов, но пользуются им не особо часто.

К дополнительным опциям можно также отнести подсветку шкалы (а как же еще проводить измерения ночью?) и кнопку сохранения последнего результата измерений. Такое запоминание дает возможность записать результат в блокнот или в предварительно напечатанную таблицу. Собственно, весьма полезное свойство.

Показанный на рисунке 3 мультиметр DT838 в качестве приятного дополнения, имеет режим измерения температуры: если просто включить мультиметр в этот режим, то с помощью внутреннего температурного сенсора можно наблюдать за температурой в рабочем помещении.

Прибор комплектуется внешней термопарой типа K, которая позволяет измерить температуру до нескольких сотен градусов, например, температуру паяльника или термофена.

Подобные приборы других серий, например, DT832 вместо измерителя температуры имеют встроенный генератор прямоугольных импульсов с фиксированной частотой около 1 КГц, что позволяет проверять, например, усилители звуковой частоты.

Не забывайте выключить мультиметр на ночь

Еще одно из приятных свойств, присущих более дорогим мультиметрам, это автоматическое выключение питания: по истечении 15 минут прибор отключается. Дальнейшая работа возможна лишь при повторном нажатии на кнопку включения прибора.

В приборах, подобных D83x выключение производится установкой единственного переключателя в положение OFF (см. рис. 3). Если очень увлечься работой и забыть выключить прибор, оставить его на ночь (почему-то такое случается чаще всего), то батарейку на следующий день придется поменять.

Стоимость батарейки «Крона» (старое отечественное название, теперь это просто тип 6F22) среднего качества невелика, и купить ее не проблема. Но, тем не менее, даже в одном из последних журналов «Радио» за 2014 год, а именно, в номере 9, появилась статья под названием «Преобразователь для питания цифрового мультиметра».

Преобразователь работает от одной батарейки размера AA или от одного никель-кадмиевого аккумулятора. Там же приведена несложная схема, печатная плата, методика сборки и настройки. В конце статьи дан перечень еще нескольких, более ранних публикаций на эту тему: тоже журналы «Радио» с подобными схемами.

Рисунок 4. Импортная «Крона»

Такая конструкция была уместна во времена советского всеобщего дефицита, когда «достать» батарейку «Крона» было невозможно, как и многое другое. Сейчас собирать такой преобразователь можно лишь только «из любви к искусству».

Вообще, редакция журнала «Радио» в последние годы ведет себя очень странно: вместо того, чтобы публиковать хорошие, интересные материалы, повышать качество публикаций, она (редакция) гоняется по файлообменникам и изымает оттуда свои творения под маркой закона о защите авторских прав.

Пусть читатель не подумает, что это субъективное мнение автора статьи о журнале: на форумах электронщиков на этот счет можно найти предостаточно рассуждений, куда более категоричных.

Приступим к изучению мультиметра

Нередко приходится слышать такие заявления: «Вот, я знаю, как прозвонить провод от электрогитары на обрыв или короткое замыкание. А другого мне и не надо». Чтобы таких заявлений было поменьше, давайте, еще раз обратимся к рисунку 3, который поможет разобраться, что же может измерить мультиметр.

На передней панели мультиметра сразу бросаются в глаза две больших детали: сверху жидкокристаллический индикатор (дисплей), а посередине большая круглая ручка управления. В данном приборе она, собственно, единственная, других попросту нет. Именно этой ручкой и осуществляется переключение режимов работы и пределов измерений на этих режимах. Мультиметры других торговых марок выглядят примерно также.

Для указания на выбранный предел измерений на ручке имеется скос с выдавленным треугольником, что не очень удобно при работе. Если этот треугольник залить белой краской, как показано на рисунке 3, то ошибочных включений будет намного меньше.

Режимы измерений

С помощью только что упомянутой ручки можно выбрать один из режимов измерений. Рассматриваемый мультиметр обеспечивает несколько РЕЖИМОВ:

• Измерение постоянных напряжений

• Измерение переменных напряжений

• Измерение постоянных токов

• Измерение сопротивлений

• Прозвонка проводов и полупроводников

• Измерение коэффициента усиления транзисторов

• Измерение температуры

Каждый режим измерений, кроме измерения температуры, прозвонки полупроводников и коэффициента усиления транзисторов, разбит на несколько ПРЕДЕЛОВ, что позволяет существенно повысить точность измерений, о чем будет рассказано далее.

В практической работе наиболее часто приходится измерять постоянные напряжения и пользоваться режимом «прозвонки» для определения целостности монтажа или исправности диодов, транзисторов, иногда даже микросхем. Поэтому об этих измерениях придется рассказать достаточно подробно.

Измерение постоянных напряжений

Электронная аппаратура питается от источников постоянного напряжения. Это могут быть аккумуляторы, гальванические элементы, а при питании от сети это блоки питания различных схем и конструкций. Поэтому, при ремонте и наладке электронной аппаратуры чаще всего приходится измерять постоянные напряжения на электродах транзисторов и микросхем, проверять режимы работы по постоянному току. Как пользоваться мультиметром для измерения постоянных напряжений, рассказывается дальше.

На рисунке 3 ручка переключения рода работ установлена в режим измерения постоянных напряжений, причем, на самый высокий предел до 1000В. При этом на дисплее показывается предупреждение об опасности высокого напряжения: HV - (high voltage - высокое напряжение). Такое же предупреждение появится, и на пределе измерения переменного напряжения 750В. Таким образом, сам прибор предупреждает, что на этом диапазоне измерений могут присутствовать опасные для жизни напряжения.

Но это вовсе не обязательно, поскольку на этом пределе можно измерять и напряжения совсем не опасные, например, в автомобильной проводке, где напряжение всего 12В, или просто отдельно взятый гальванический элемент. Правда, результаты измерений будут не очень точными. Более достоверные результаты получатся при измерении на пределе 20В.

Когда цифровые приборы были редкостью, - в основном это были громадные лабораторные приборы «с двумя ручками для переноски», практически все измерения проводились стрелочными авометрами. И тогда существовало такое правило, что наиболее точный результат получится, если в процессе измерения стрелка находится не ниже первой трети шкалы, лучше, если ближе к середине. Например, напряжение 5В можно измерить на пределе 30В, но результат будет точнее, если воспользоваться пределом 10В.

Этой рекомендации следует придерживаться и при работе с цифровым мультиметром, т.е. выбирать самый подходящий предел измерений. Об этом и будет рассказано дальше.

Пределы измерения постоянных напряжений

В РЕЖИМЕ измерения постоянных напряжений имеется пять ПРЕДЕЛОВ:

• 200m,

• 2000m,

• 20,

• 200,

• 1000.

На пределе 200m (здесь и далее, как написано на приборе рис.3) можно измерять напряжения, не превышающие 200 милливольт, если сказать проще, то всего 0,2В.

Предел 2000m позволяет измерять напряжение до 2В. Например, это позволяет измерить напряжение гальванического элемента или падение напряжения на резисторе в эмиттерной цепи транзистора.

Следующие три предела обозначены просто цифрами без букв: 20, 200, 1000. Это напряжения пределов измерения в Вольтах. Рассуждения о точности измерений могут подтвердить рисунки, показанные ниже. В качестве источника измеряемого напряжения был взят пальчиковый аккумулятор размера AA, просто первое, что попалось под руку, но результаты измерений получились достаточно наглядными.

Измерения на разных пределах

Первое измерение напряжения на аккумуляторе выполнено на пределе 1000, как показано на рисунке 5. Следует обратить внимание на то, что незначащие нули не гасятся на всех пределах.

Рисунок 5.

Здесь удалось намерить ровно 1В, поскольку разрешающая способность этого предела как раз 1В, десятые доли вольта просто не показываются, о чем говорит отсутствие запятой после младшего знака. Если измеряемое напряжение составляет, например, 135,2В, то удалось бы увидеть результат 135В.

Может кто-то скажет: «Подумаешь, две десятых вольта!». Да, во втором случае эти две десятых абсолютно никакой роли не играют, но при измерении напряжения на аккумуляторе такое округление результата измерений недопустимо.

Дело в том, что никель-кадмиевый или металлогидридный аккумулятор считается заряженным, если напряжение на нем не менее чем 1,2В. Если же напряжение всего 1В, то это говорит о том, что аккумулятор нуждается в подзарядке. А ведь именно он просто попался под руку, хотя был ни в чем не виноват.

Переключим предел измерения напряжения на 200. Тут уже появляется десятичная запятая, после которой будут показываться десятые доли вольта. Результат измерений намного ближе к истине, что и можно увидеть на рисунке 6.

Рисунок 6. Напряжение аккумулятора 1,2 В

На пределе измерений 20 результат будет точнее, до сотых долей вольта, посмотрите, на рисунок 7.

Рисунок 7. Напряжение аккумулятора 1,22 В

А на пределе 2000m результат показывается в милливольтах, т.е. с точностью до 1/1000 вольта (1 милливольт). Показано на рисунке 8.

Рисунок 8. Напряжение аккумулятора 1,222 В

Некоторые приборы имеют предел измерения 2 (2 вольта), тогда результат будет выглядеть, как 1,222В. После запятой имеются три знака, что также позволяет проводить измерения с разрешением в 1 милливольт.

Предел 200m позволяет измерить напряжения не выше 0,2В и для рассматриваемого случая (аккумулятор) он не подходит, просто маловат. Прибор, может быть, и не сгорит, но делать этого не следует. Вообще, существует такое ЗОЛОТОЕ правило: если величина измеряемого напряжения (тока) неизвестна хотя бы приблизительно, то измерения следует начинать с самого большего предела измерений!

Продолжение статьи: Как измерить мультиметром напряжение, ток, сопротивление, проверить диоды и транзисторы

Борис Аладышкин