FAQ: цифровые мультиметры
Итак, делаем заготовку FAQ.
1. Что такое цифровой тестер/мультиметр (DMM) и для чего он нужен - особо объяснять, наверное не надо. Все и так в курсе.
2. Большинство ручных цифровых тестеров достаточно тормозные, т.к. и обновление показаний на индикаторе происходит не очень часто, и входной сигнал перед АЦП сильно сглаживается ФНЧ (RC-цепью с большой постоянной времени). Это затрудняет их использование для точной настройки величин в аппаратуре. Особенно неприятно, когда "тормозной" является имитация аналоговой шкалы.
3. У "продвинутых" ручных и большинства настольных тестеров можно менять соотношение точность/скорость, выбирая оптимум для конкретного применения. Кроме этого, у хороших тестеров делается встроенная функция отслеживания максимумов и минимумов сигнала с временным разрешением гораздо лучшим, чем отображение на экране (0,5...5 мс, 200-2000 измерений в секунду). Это, к примеру, позволяет мерить не только среднее значение, но и абсолютные величины пульсаций на сетевом выпрямителе (причем сразу "от" и "до") или "просадки"/выбросы напряжений под нагрузкой. С лучшей точностью, и удобнее, чем осциллографом.
4. В некоторых мультиметрах предусмотрена функция сбора данных - автоматическая запись во встроенную память (или передача на ПК) результатов измерений через определенные промежутки времени (шаг по времени - можно задавать, обычно от 0.05 до 100 сек). В таком режиме мультиметр заменяет самописец. Это полезно, например, при контроле каких-либо не очень быстро изменяющихся величин, типа построения температурных профилей или мониторинга напряжений.
5. Точность цифровых тестеров не всегда связана с количеством цифр. Всегда надо смотреть инструкцию. Кроме того, точность сильно зависит от вида измерений. Базовая (или наивысшая) точность обычно имеет место только при измерении постоянных напряжений, сопротивления и токи, как правило, мерятся с худшей точностью, еще хуже мерятся переменные напряжения/токи и тем более вспомогательные параметры, типа емкости/индуктивности. Тщательная настройка позволяет "выжать все" из тестера, но сама схемотехника/конструкция узлов для измерения "вспомогательных" параметров часто дает заметную нелинейность и другие погрешности. Реально можно добиться 0.5...2%. Специализированный RLC- метр будет точнее.
6. Идеально точных приборов не бывает. Погрешности любого ПРИБОРА (т.е. устройства, показания которого могут иметь юридическую силу при разрешении разногласий, см. также http://www.kipis.ru/info/docs/index....07&SHOWALL_1=1) определяется тремя основными составляющими: точностью калибровки (т.е. то, наcколько точно настроен прибор при калибровке), собственными погрешностями (неидеальностью конструкции) прибора и влиянием температуры/старения компонентов (например, "уход" резисторов делителей или ухудшение контактов в переключателях). Для удержания погрешностей в оговоренных изготовителем прибора рамках необходимо регулярное проведение поверок (сличения показаний с эталонными, более точными) и, при необходимости, проведение калибровки (настройки). Обычный межповерочный интервал составляет 1 год. Прибор с истекшим сроком поверки - не прибор, а индикатор, т.е. его показания не имеют юридической силы. В серьезных случаях прибор дополнительно поверяется и пломбируется непосредственно до и после проведения ответственных измерений.
Степень влияния погрешностей от старения зависит от их природы. Если речь о старении электрорадиокомпонентов, то оно неравномерно во времени - чем больше "возраст" компонента, тем медленнее меняются его свойства (естественно, в нормальных условиях, без катастрофических отказов). Поэтому "древние", но изначально прецизионные ЭРИ (как и эталоны R-L-C) представляют определенную ценность в метрологии - у них выше стабильность характеристик во времени. Другой характер имеет старение и износ коммутационных элементов - начиная с определенного момента они быстро приходят в негодность (по этой причине во многих измерительных системах есть счетчики ресурсов реле/переключателей, и по мере их исчерпания - выдается предписание на замену). Поэтому при интенсивной эксплуатации точнее, как правило, оказываются приборы с электронной коммутацией (например, для тестеров - это те, что с автоматическим выбором пределов, а не "крутилкой"). Тем более, что эти поворотные переключатели, как правило, выполняются на основе слегка позолоченных дорожек на печатной плате, и после износа покрытия они быстро приходят в негодность.
Влияние температуры, как правило, оговаривается в виде границ температуры (например, +/- 5 градусов относительно температуры калибровки +23), за которыми необходимо введение поправочного коэффициента.
Практически официальная поверка тестера сравнима с его ценой для дорогих и выше его цены для средних и дешевых, поэтому во многих случаях для фирм оказывается дешевле и проще ежегодно покупать новый прибор с первичной поверкой.
7. Еще важный момент - точность измерения постоянного напряжения в присутствии переменного. Особенно существенна при измерении малых постоянных напряжений в присутствии наводок на измерительные провода/щупы. Хороший тестер имеет подавление 50/60 Гц наводок не меньше 60 дБ, и это оговаривается в описании. Есть еще такой параметр, как подавление синфазных сигналов, но для практически любого компактного прибора с батарейным питанием он как правило, достаточно высок, чтобы не создавать проблем. Типичные цифры - 90...100 дБ и выше.
8. Тестер мерит (как может) то, что ему приходит на вход, а не то, что было в схеме до его подключения. Входной импеданс тестера не равен бесконечности в режиме измерения напряжения и не нулевой при измерении тока. В хороших тестерах есть режим действительно высокого входного сопротивления ("плавающих" входов, когда Rвх > 1 Гом) до напряжений 0.2...0.5, 2, 4...5, 10 или 20 В (от 4...5В - практически только в настольных). На остальных пределах - обычно 10 МОм. Но емкость в десятки пФ, хотя бы из-за проводов, есть всегда. При измерении переменного напряжения - обычно 1 МОм, 30...100 пФ. Сопротивление для измерения малых токов может доходить до сотен Ом. Разделительный конденсатор на входе в режиме измерений по переменному току может отсутствовать, что при попытке измерить чисто переменное напряжение в присутствии постоянного приведет к ошибке (исключение - режим AC+DC у "продвинутых" тестеров).
9. Стабильность настроек (калибровок) тестера - зависит от многих факторов. Не только от температуры, но и от того обстоятельства, что дешевые "крутилки" с течением времени теряют контакт, а несмытые остатки флюса на платах - дают утечки. Наивысшую стабильность дает программная коррекция, когда АЦП в тестере отделен от индикатора, и индицируемые значения вычисляет микроконтроллер, а коммутацию цепей - электронные ключи (при их правильном выполнении, естественно).
10. Частотомер во многих цифровых тестерах - АНАЛОГОВЫЙ, а если и цифровой - то нередко с опорным генератором на RC-цепочке. Его точность может быть и 1, и 3%. Всегда надо смотреть спецификацию.
11. Что про цифровые тестеры говорится редко: в отличие от стрелочных тестеров, которые на переменном токе/напряжении в 99% случаев имеют чисто пассивный диодный выпрямитель, в цифровых - практически всегда используется выпрямитель на ОУ или специализированной ИС. При этом полоса такого выпрямителя, как правило, много хуже, чем у простого диодного, и часто не достигает даже 20 кГц, зато лучше точность на низких частотах (до 1 кГц).
12. Вид измерений переменного тока (вид выпрямителя) очень важен для выполнения измерений связанных с определением мощности сигнала. Реально в ходу два типа: простой средневыпрямленный (иногда даже однополупериодный), Average Responce Meter - Avg, который откалиброван для правильных показаний только на синусе, на остальных сигналах врет, и TrueRMS, истинный среднеквадратичный, который показывает корень из усредненного значения квадрата входного сигнала, независимо от его формы (при условии, конечно, что полоса всех значимых составляющих сигнала и его пик-фактор находятся в оговоренных пределах). Пик-фактор (он же crest-factor) - это отношение пикового значения к среднеквадратичному, для синусоиды он равен 1.414, для шума примерно 3...4, для импульсов может быть и 10 (при скважности порядка 100), и даже больше при большой скважности (пропорционально корню скважности). True RMS может иметь два режима - обычный (AC), когда им измеряется только переменная составляющая входного сигнала (через разделительный конденсатор со входа), и AC+DC, когда корректно мерится действующее значение, к примеру, однополярных импульсов. Это абсолютно необходимо в преобразовательной технике, измерении "греющих" (эффективных) токов/напряжений в электротехнике (в тех же выпрямителях и тиристорных регуляторах) и при измерении напряжений/токов ШИМ-модулированных сигналов.
13. Точность (или полоса частот) True RMS измерителей сильно зависит от величины сигнала, это связано с тем, что динамический диапазон квадрата вдвое больше, чем исходных значений - при изменении входного напряжения в 20 раз, квадрат изменяется в 400. У "тепловых" и (в меньшей степени) сигма-дельта RMS измерителей проблемы с "0", на малых сигналах они начинают сильно врать и иметь нестабильные показания (кто помнит B3-40 и В3-57, поймет). Интегральные log-exp True RMS типа AD636 и им подобные - на малых сигналах резко теряют полосу и увеличивают время установления (но точность в пределах уменьшенной полосы сохраняется, ноль стоит хорошо). Это надо учитывать при выборе пределов True RMS - стараться работать на самом чувствительном, при котором еще нет перегрузки. По той же причине тестер, у которого точность RMS оговаривается для диапазона от 1...2...5% процентов шкалы, на деле гораздо точнее того, где, скажем, только от 10 или 20% до 100.
Есть определенный парадокс в том, что точность и/или полоса аналогового RMS-вычислителя (в теории наиболее корректного), для синусоидальных сигналов, особенно малых (менее 10% от шкалы), на практике часто хуже, чем у простого выпрямителя на диодах и ОУ. Это следствие бОльшей сложности алгоритма работы. Поэтому, если известно, что нет необходимости в измерении однополярных импульсов и сигналов с большим пик-фактором, раньше иногда применяли т.н. Quasi-RMS схему, которая представляет собой нечто среднее между выпрямителями средневыпрямленного и пикового значения. Используется тот факт, что среднеквадратичное значение больше или равно средневыпрямленному, но меньше пикового, т.е. лежит между ними. При хорошем выборе параметров схемы, для сигналов типа синусоид, шума и смеси синусоид и шумов, получается точность порядка 1% при очень простой конструкции. Экономные европейцы (типа Брюля) так делали и настольные вольтметры.
14. Тестеры каких изготовителей стоит рассматривать. На сегодняшний день выжили всего несколько фирм - сказались консолидация, глобализация и пр. (хотя брендов, естественно, больше, чем реальных производителей). Общее замечание: в зависимости от поставленных задач оптимальными являются тестеры от разных брендов. К примеру, нет никакого смысла искать 3-х значный тестер от Флюка, их в большем ассортименте и с хорошим качеством, притом за сильно меньшие деньги делают китайцы/тайваньцы. В то же время когда нужен действительно точный или долговечный прибор для эксплуатации "в хвост и в гриву", искать его среди самых дешевых китайцев явно не стоит.
Самую дешевую нишу среди хоть как-то (IMHO) похожих на прибор изделий, занимает Mastech. http://www.p-mastech.com.
Большинство их ассортимента - скорее индикаторы (т.е. не измерительные приборы в полном смысле слова, а так, посмотреть факт наличия некоторой величины и примерно оценить ее значение). Более-менее пригодны к употреблению, IMHO, только их "топовые" продукты, такие, как MY65, из новых - MS8218/8220/8217/8050. В то же время, к примеру, линейные блоки питания у этой фирмы - вполне работоспособны и при небольшой "доработке напильником" (уборка возможности выбросов - тиристор на выход) пригодны к употреблению, несмотря на дешевизну (она сказывается в основном на недодаче одновременно максимальных тока и напряжения, если в сети хоть чуть ниже 220, из-за экономии на конденсаторах и трансе, конденсаторов тогда стоит добавить).
Следующую нишу занимают Victor/Sinometer (подрядчик бренда Voltcraft), www.china-victor.com и C.E.M. http://www.cem-meter.com.cn. У них уже есть несколько пригодных к употреблению моделей, например, VC980+, VC9807+, VC9808+, VC8145, VC8155, DT9919/9917. Последние два - для тяжелых условий эксплуатации (CEM специализируется именно на приборах для промприменения, в частности, токовых клещах). Эти же конторы делают уже приемлемые по качеству щупы/провода.
Еще один изготовитель - APPA, http://www.appatech.com. Неплохие модели - APPA205, 207 и 303/305, еще 107/109, у них есть сбор данных. У первых четырех весьма информативный дисплей, уступающий только флагманам типа 289 Флюка, но собственно метрологические параметры (точность) - ничего выдающегося. Более младшие модели APPA не имеют нормировки погрешности по переменному напряжению даже в аудиополосе. Из особенностей - есть настольные модели с батарейным питанием, с отсеком для проводов/щупов. Для работы в таежной избушке, видимо (205 потребляет немного, поэтому очень долго - ~1000ч - работает на AA батарейках, 207 поточнее, поэтому потребляет существенно больше). По отношению "цена-качество" их продукция IMHO, при установленных на нее ценах на рынке РФ несколько проигрывает Victor/CEM.
Следующий изготовитель - Uni-Trend, www.uni-trend.com, кстати, один из подрядчиков Fluke. Хорошие модели - UT71C/D/E, попроще, но универсальный - UT70, из настольных - UT804/805. Платы на встречавшихся мне ручных UNI-T были изготовлены и собраны хуже, чем на Victor. Размер, на мой взгляд, великоват - занимает на столе много места, да и в карман не особо помещается. Но цифры просто громадные (большой индикатор).
Дальше уже идет "тяжелая артиллерия".
Sanwa - www.sanwa-meter.co.jp, эта японская фирма умудрилась не обанкротиться с 1941 года, специализируется именно на тестерах, флагман - PC5000, просто хорошие - PC500/510 и RD700/701. Приборы без особых наворотов в дизайне, небольшие по размерам, но хорошо продуманы, учтены многие "мелочи" (например, быстрая линейная шкала, быстро перебирают пределы, точный и быстрый частотомер, очень мало потребляют от батарей, изначально хорошие шнуры с золочеными щупами, у флагмана есть режим с 5+ цифрами и т.п.) и, как правило, отлично настроены. Кстати, кроме цифровых тестеров/токовых клещей, до сих пор производятся и стрелочные тестеры, в том числе ВЧ и в ударостойком исполнении. Цены вполне гуманные.
Fluke - в представлениях не нуждается, www.fluke.com. Флагманы Флюковского тестеростроения - 287/289, но фирменное блюдо - скопметры (196-199), действительно полноценные цифровые осциллографы, в том числе с гальванически развязанными каналами - выполненные в виде большого ручного мультиметра. На тестеры - см. даташиты внизу поста.
Agilent (бывший HP) - тоже, www.agilent.com. Делает и до сих пор очень хорошо практически весь спектр измерительной техники. Из ручных тестеров у них хороши U1251A/52A/53A, особенно 52A/53A, из массовых настольных - мировой бестселлер HP/Agilent 34401. Есть у них и некий аналог флюковских скопметров - U1602A/1604A.
Tektronix и Keithley на ниве ручных тестеров в настоящее время ничем не радуют (TX3 и TX1 сняты с производства). Остались только разъяснения как читать спецификации на тестеры - http://www2.tek.com/cmswpt/tidetails...ci=14120&lc=EN
15. Что такое "токовые клещи" и что ими дергают. Это не что иное, как разъемный токовый трансформатор, которым можно охватить проводник с током. Очень удобное и безопасное средство для измерения токов, особенно больших (до сотен ампер и более), т.к. они бесконтактные и не требуют разрыва цепи. Бывают двух типов: только для переменного тока (чистый трансформатор, вторичная обмотка с большим числом витков позволяет легко измерять токи от 10 мкА, например, токи утечки по земляному проводу - DT9809), и для постоянного тока (или универсальные AC/DC). В них для измерения магнитного потока используется магнитомодуляционный или холловский датчик. Чувствительность у них похуже, и возникает проблема стабильности "0". Тем не менее токовые клещи с отверстием малого диаметра и малым магнитным сопротивлением магнитопровода (например, DT337) позволяют мерить постоянный ток от нескольких миллиампер. Бывают как в виде самостоятельного прибора, так и в виде приставки, выдающей напряжение, пропорциональное току, которое можно мерить тестером или смотреть осциллографом. Точность токовых клещей обычно 1.5...5%, полоса порядка 1...5 кГц из-за влияния потерь/гистерезиса в магнитопроводе.
IMHO, из дешевых ручных тестеров "все в одном" - лучший Victor/Sinometer VC9808+ (отличие от 9805 - не мерит фаренгейты, только цельсии, зато есть сопротивление 2000 МОм - утечки искать, это бывает полезно).Сообщение от AleX902101
Не особенно точно (0,5...2%), но мерит все (hfeRLCFt...). Как радиолюбительский - самое оно. R до 2 ГОм. Пределы переменного напряжения от 200 мВ. Можно подстроить, чтобы был поточнее, и заменить ОУ (кажется, LM358 или TL062) в выпрямителе, чтобы расширить полосу. Выпрямитель, конечно, не TrueRMS, но для многих сигналов поправка известна или легко вычисляется, соответственно ее легко учесть (для шума - +13%).
Если без измерения индуктивности - VC9807A, он точнее и на одну цифру больше при сходной цене. Утечки тоже мерит (0.1nS=10ГОм). Частотомер, правда, только до 20 кГц.
Самый доступный из "взрослых" тестеров, с приличной точностью и TrueRMS - VC980+.
Подсветка для хорошего тестера, тем более для радиолюбителей, работающих дома, IMHO, совершенно ни к чему - в темноте никто не работает. Свет актуален только при работе в плохих условиях на объекте, а туда точный и дорогой прибор тащить часто нет смысла.
Добавлено через 1 минуту
У ряда флюков, 189/289 в том числе, есть возможность включить ФНЧ на 440Гц при измерении переменки, типа, чтобы выбросы/мусор в сети/UPS/PWM инверторах не мерить. LoZ - низкоомный вход для уменьшения помех, и еще у 289 по сравнению с 287, если мне не изменяет память, добавили миллиомметр - контакты проверять.
Кстати, из не так навороченных по управлению/индикации тестеров, но с хорошим набором функций, хорошей точностью на постоянном токе и приемлемым по точности (не более 1...1,5...2% до 20 кГц) AC+DC TrueRMS, кроме 187/189 (287/289) флюков есть еще японский Sanwa PC5000 и Agilent U1251A/1252A/1253A. Самый точный на синусе - Agilent 1252/1253, 0.6-0.8% на 20 кГц, и 3...4% на 100 кГц, но допустимый пикфактор у него меньше (3), чем у Sanwa, у того 5 на полной шкале и 10 на 50%. АС шум у японца мал (<= 50 мкВ RMS) и, как следствие, хорошая точность даже для сигналов порядка единиц мВ (но полоса 1% погрешности при этом всего несколько сот Гц, 2...3% на 1 кГц). Зачем, правда, нужен такой большой крестфактор при скромной полосе (в качестве RMS вычислителя там стоит AD737, пожертвовав пикфактором, можно существенно увеличить полосу) - вопрос открытый. Видимо, особенности японского менталитета..
Кроме вышеперечисленных, среди ручных DMM, похоже, AC+DC TrueRMS со сносной точностью (хотя бы для полного сигнала) на 20 кГц реально нема. Разве что еще хороший экземпляр Fluke 87V или Uni-T 71E. Вообще-то, и 87 и тем более 17Х флюки - выше 10...15 кГц и на синусе прилично врут (1.5...2% и более), не говоря о других формах сигнала (треугольник/импульсы). Приличные у Флюка в этом отношении только 187/189/287/289. Впрочем, выше 5...10 кГц врали (и сильнее) практически все остальные ручные и многие настольные мультиметры, что проходили через мои руки - ибо AD636 ($6) или 637 изготовителям жаба душит поставить в прибор дешевле килобакса. Так что мерить RMS AC+DC токи/напряжения, к примеру, в DC-DC преобразователях, цифровым осциллографом получается обычно точнее
Из не слишком дорогих приборов на рынке СНГ заметно точнее ручного Agilent 1252 мерит TrueRMS AC+DC напряжение, похоже, только UT805 (0.3% до 20 кГц, 0.6...2% на 100 кГц), но он уже настольный и 5,5-значный. Зато с хоть каким-то частотомером, и в те же и даже меньшие деньги, что иной ручной аджилент или флюк.
А вообще даже настольных вольтметров с измерением переменного напряжения/тока и AC+DC TrueRMS выше 20 кГц с действительно хорошей точностью (лучше 0.1%), да еще с хорошими пик-факторами, практически нет, всего несколько моделей в мире, т.к. сделать было сложно - а мало кому нужно. Зато 6, 7 или 8 цифр для - это пожалуйста, см. HP/Agilent 34401A, ~1% на 100 кГц - но 7 знаков.
Ответить с цитированием
Социальные закладки