Технические характеристики современных мультиметров

Технические характеристики современных мультиметров

Министерство образования и науки Российской Федерации

Брянский государственный технический университет

Реферат на тему:

"Технические характеристики современных мультиметров"

Брянск 2013

Содержание

Введение

. Описание АЦП серии 7106

. Функциональная схема цифрового мультиметра

. Элементы цифрового мультиметра

. Основные характеристики мультиметров

Вывод

Список литературы

Введение

Понятие "мультиметр" более точно отражает назначение этого многофункционального прибора. Число имеющихся разновидностей настолько велико, что каждый инженер может найти прибор, в точности отвечающий его специфическим требованиям как по виду и диапазону измеряемых величин, так и по набору сервисных функций. Кроме стандартного набора величин (напряжения и силы постоянного и переменного тока, а также сопротивления) современные мультиметры позволяют измерять емкость и индуктивность, температуру (с помощью внутреннего датчика или внешней термопары), частоту (Гц и об/мин), а также скважность, длительность импульсов и интервалы между импульсами в случае импульсного сигнала. Почти все они могут осуществлять прозвонку (проверку целостности цепи с подачей звукового сигнала при ее сопротивлении ниже определенной величины). Очень часто в них реализованы такие функции, как проверка полупроводниковых приборов (падение напряжения на pn-переходе, коэффициент усиления транзисторов) и генерация простого тестового сигнала (обычно меандр определенной частоты). Многие последние модели обладают вычислительными возможностями и графическим дисплеем для отображения формы сигнала, правда, с невысоким разрешением.

Среди сервисных функций особое внимание привлекает таймер выключения питания и достаточно редко встречающаяся, но временами незаменимая подсветка дисплея. Популярностью пользуется автоматический выбор предела измерения - у большинства последних моделей мультиметров переключатель режима служит лишь для выбора измеряемой величины, а предел измерения прибор определяет сам. Некоторые простые модели и вовсе не имеют такого переключателя. Но в некоторых случаях подобное "разумное" поведение прибора может доставлять неудобства.

Весьма полезна фиксация (удержание) показаний. Чаще всего она производится при нажатии соответствующей клавиши, но некоторые приборы позволяют автоматически фиксировать любое стабильное и отличное от нуля измерение. Иногда фиксация возможна для кратковременных замыканий или размыканий цепи (триггер) в режиме прозвонки.

Мощные цифровые процессоры позволяют вычислять истинное среднеквадратичное значение измеряемого сигнала с учетом или без учета высших гармоник. Такие приборы стоят дороже, но только они годятся для диагностики проблем в силовых сетях с нелинейными нагрузками. Дело в том, что обычные цифровые мультиметры измеряют среднее значение сигнала, но, исходя из предположения о строгой синусоидальной форме измеряемого сигнала, они откалиброваны для отображения среднеквадратичного значения. Такое допущение приводит к ошибкам в случаях, когда измеряемый сигнал имеет другую форму или является суперпозицией нескольких синусоидальных сигналов или синусоиды и постоянной составляющей. Размер ошибки зависит от формы сигнала и может быть весьма существенным (десятки процентов).

Цифровая обработка результатов измерений требуется гораздо реже: при удержании максимальных (пиковых) значений, при пересчете значений по закону Ома (например, на известном резисторе измеряется напряжение, а отображается рассчитанный ток), при относительных измерениях с вычислением дБ, а также при запоминании нескольких измерений с вычислением средней величины по нескольким отсчетам.

Для инженеров важное значение имеют такие характеристики мультиметров, как разрешение и точность. Прямой зависимости между ними нет. Разрешение зависит от разрядности АЦП и числа отображаемых на дисплее знаков (обычно 3,5; 3,75, 4,5 или 4,75 - для носимых, и 6,5 - для настольных). Но сколько бы ни имел знаков дисплей, точность будет определяться характеристиками АЦП мультиметра и алгоритмом вычислений. Обычно погрешность указывают в процентах от измеряемой величины. Для носимых мультиметров она находится в пределах от 0,025 до 3%, в зависимости от вида измеряемой величины и класса прибора.

Некоторые модели имеют одновременно стрелочный и цифровой индикаторы. Очень удобен индикатор с двумя цифровыми шкалами для отображения второй одновременно измеряемой или вычисляемой в ходе измерения величины. Но еще полезней индикатор, где вместе с цифровой имеется аналоговая (столбиковая) шкала. Обычно в цифровых мультиметрах используются сравнительно медленные, но точные и устойчивые к помехам АЦП, где реализован метод двойного интегрирования. Поэтому информация на цифровом дисплее обновляется достаточно медленно (не чаще 4 раз в секунду).

Новые мультиметры с графическим дисплеем предусматривают возможность отображения формы сигнала, так что с небольшой натяжкой их можно отнести к простейшим осциллографам. Таким образом, мультиметр как бы вбирает в себя свойства все большего числа приборов. Более того, некоторые мультиметры могут работать под управлением компьютера и передавать на него результаты измерений для дальнейшей обработки (носимые разновидности - обычно через интерфейс RS-232, а настольные - по GPIB).

мультиметр полупроводниковый цифровой сигнал

. Описание АЦП серии 7106

"Сердцем" мультиметра является микросхема аналого-цифрового преобразователя (АЦП), выполняющая также функции управления жидкокристаллическим (LCD - Liquid Crystal Display) или светодиодным (LED - Light Emission Diode) индикатором. Для того, чтобы создать мультиметр, необходимо иметь микросхему АЦП, знать ее технические характеристики, назначение выводов, варианты типового применения и несколько простых формул для расчета номиналов внешних элементов - конденсаторов и резисторов, что требуется при различных вариантах использования АЦП. АЦП необходим для того, чтобы аналоговое значение входного напряжения преобразовать в цифровой код для отображения значения величины на LCD.

Наиболее удачен по конструкции и поэтому широко применяется АЦП серии 7106. Эта микросхема выпускается многими производителями, поэтому перед цифрами могут стоять разные буквенные сочетания. Большинство описываемых мультиметров собрано именно на основе этой микросхемы. Ее отечественный аналог - 572ПВ5.

Микросхемы серии 7106 выпускаются в корпусах двух типов: 40-контактном PDIP для обычного монтажа на печатную плату или 44-контактном MQFP для поверхностного монтажа (рис. 1). Они абсолютно одинаковы по характеристикам, а применение корпусов разных типов зависит от конструктивных особенностей создаваемых на их основе приборов. Данные микросхемы обеспечивают:

•           гарантированное отображение нулевых показаний на всех пределах измерений при входном напряжении, равном 0 В;

•           определение полярности входного сигнала;

•           типовое значение входного тока, равное 1 пА (1x10^-12 А);

•           дрейф нуля, составляющий менее 1 мкВ/°С;

•           низкое напряжение собственных шумов, менее 15 мкВ.

Он имеет встроенные схемы синхронизации и опорного напряжения. Потребляемая от источника питания мощность составляет менее 10 мВт.

Напряжение питания микросхемы может быть не более 15 В (типовое значение 9 В).

Одновременно с АЦП серии 7106 выпускаются также микросхемы серии 7107. По основным параметрам они идентичны. Однако АЦП серии 7107 требует применения двуполярного источника питания ±5 В.

Рис. 1 Типовые корпуса АЦП серии 7106

. Функциональная схема цифрового мультиметра

Рис. 2 Функциональная схема цифрового мультиметра

На рис. 2 представлена функциональная схема цифрового мультиметра. Прибор содержит коммутатор К измеряемых сигналов, операционный усилитель ОУ, аналого-цифровой преобразователь АЦП и цифровой индикатор ЦИ. Таким образом, реализуется измерение на нижнем пределе измерения постоянного тока.

Ко входам коммутатора подключены различные измерительные преобразователи. Для простоты на рис. 2 показано три преобразователя. Первый - аттенюатор А служит для преобразования постоянного напряжения высокого уровня в постоянное напряжение более низкого уровня. Второй - прецизионный выпрямитель ПВ служит для преобразования переменного напряжения (тока) в напряжение постоянного тока. Третий преобразователь ПR преобразует сопротивление в напряжение постоянного тока. Чаше 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.

Число преобразователей на входе коммутатора может быть увеличено. Например, могут применяться преобразователи в постоянное напряжение емкости С, индуктивности L, температуры Г, освещенности £, частоты/и др. Для измерения температуры используется обычно датчик на основе полупроводникового диода или (чаще) мостовая схема с термодатчиком на основе металлического терморезистора или эффекта Пельтье (позволяет измерять температуру от -60 до примерно + 1000 °С).

Разумеется, чем больше преобразователей содержит мультиметр, тем сложнее его электронная начинка и дороже прибор. Впрочем, стоит отметить, что для построения типовых цифровых мультиметров выпускаются специализированные интегральные микросхемы, содержащие практически все упомянутые узлы. Именно поэтому нередко мультиметры даже разных фирм по метрологическим и электрическим характеристикам похожи "как две капли воды". Они обычно отличаются разрядностью дисплея и погрешностью. Чем последняя меньше, тем, как правило, дороже прибор, больше его габариты и масса. Последнее связано с применением прецизионных резисторов и конденсаторов, габариты и масса которых заметно больше, чем у обычных компонентов.

Некоторые мультиметры оснащены простыми средствами для прозвона цепей со звуковой индикацией (если сопротивление цепи меньше заданного в десятки Ом), тестирования микросхем различной логики, проверки диодов и транзисторов. Последняя реализуется обычно заданием в базу стабильного небольшого тока и измерением тока коллектора. Он пропорционален коэффициенту передачи тока базы В (или ИВЕ). Иногда мультиметры снабжаются средствами контроля логических микросхем и даже простым генератором тестовых сигналов на несколько частот.

Все это превращает мультиметры в действительно универсальные и довольно неприхотливые приборы.

. Элементы цифрового мультиметра

Реализация автоматического выбора предела измерений

Для работы схемы автоматического выбора предела измерений требуется три сигнала:

•           сигнал превышения порога измерения;

•           сигнал об уровне напряжения ниже порога измерения;

•           сигнал синхронизации.

Первые два из них служат для управления сдвигом предела измерения цифровой шкалы и становятся активными в результате ошибки преобразования или высокой погрешности при преобразовании. Сигнал синхронизации управляет сдвигом показаний цифровой шкалы. Он появляется только один раз в течение цикла преобразования, если только не происходит его сбоя, и становится неактивным после успешного завершения преобразования.

Индикация состояния батареи питания

Стандартным источником питания для мультиметров на основе АЦП серии 7106 является батарейка типа "Крона" или 6F22 напряжением 9 В. Для индикации ее разряженного состояния с помощью схемы, изображенной на рис. 3, на соответствующий сегмент индикатора LCD подается напряжение сигнализации разряда.

Рис.3. Схема индикации разряда батареи

Измерение сопротивления, проводимости и тока

Функция измерения сопротивления и проводимости на основе АЦП серии 7106 реализуется достаточно просто. На рис. 4 изображен один из вариантов измерителя сопротивления. R_STD - это высокоточный (прецизионный) резистор, R_x - резистор, сопротивление которого необходимо измерить. На дисплее будут отображены показания, равные

(R_x / R_STD)х1000

Для построения омметра с широким пределом измерений необходимо использовать несколько прецизионных резисторов.

Для того, чтобы измерить проводимость, следует поменять местами резисторы R_STD и R_x.

Рис.4. Схема измерения сопротивления

Простой измеритель тока может быть построен в соответствии со схемой, изображенной на рис.5. Низкое значение тока утечки АЦП (максимум - 10^-12А) позволяет измерять малые токи величиной от нескольких пикоампер и выше. Ограничения на точность измерения малых токов накладывает только ток утечки переключателя и точность прецизионных резисторов.

Рис. 5 Схема измерения тока

4. Основные характеристики мультиметров

Мультиметры серии MY61, MY62, MY64, MY68

Габариты приборов составляют 189x91x31,5 мм. Вес - 310 г. Основные параметры приведены в табл. 1.

Таблица 1

Мультиметры серии 830, 830D

Мультиметры серии 830 имеют LCD с разрядностью 3V₂. Высота цифр LCD составляет 13 мм. Максимально индицируемое число - 1999. Базовая погрешность составляет: при измерении напряжения постоянного тока - 0,5%; напряжения переменного тока - 1,2%; величины постоянного тока - 1%; сопротивления - 0,8%. Обеспечивается индикация разряда батареи "ВАТ" и перегрузки "1".

Габариты приборов составляют 125x65x28 мм. Вес - 180 г. Это одна из самых популярных моделей мультиметров. Кроме описываемых выпускаются приборы этой же серии с другими буквенными индексами, которые незначительно отличаются между собой. Основные параметры приведены в табл. 2.

Таблица 2

Мультиметры серии 890

Мультиметры серии 890 имеют ЖКИ с разрядностью 3’/₂ и 32 диапазона измерений. Высота цифр LCD составляет 22 мм. Максимально индицируемое число - 1999. Базовая погрешность составляет: при измерениях напряжения постоянного тока - ±0,5%; напряжения переменного тока - ±0,8%; силы постоянного тока - ±0,8...2%; силы переменного тока - ±1,0...3,0%; сопротивления - ±0,8-5%; емкости - ±4,0, частоты - ±1,5%. Обеспечивается индикация разряда батареи "ВАТ" и перегрузки "1".

Габариты приборов составляют 170x88x38 мм. Вес - 340 г. Основные параметры приведены в табл. 3.

Таблица 3

Вывод

В наше время измерительные технологии достигли определенного уровня. Некоторое время назад подобные приборы были громоздкими и дорогостоящими, их точность была не такой большой как современные мультиметры. Сейчас любой инженер может найти для себя мультиметр с множеством различных функций за небольшую стоимиость. Так как современные цифровые мультиметры оснащены достаточно мощными процессорами, они выполняют измерения с большой скорость и точностью. Также многие мультиметры оснащаются ж/к дисплеями для вывода графиков и интерфейсами для подключения компьютеру.

Список литературы

. Современные цифровые мультиметры / Садченков Д. А. - М.:СОЛОН-Пресс. - 2002. - 112с.

. Измерительные приборы и массовые электронные измерения / Афонский А. А., Дьяконов В. П. - М.:СОЛОН-Пресс, 2007. - 544с.: ил.

. http:// www.tools.ru/tools/130983.html