Расчет параметров мультиметров
план-конспект занятия

Практическая работа

«Расчёт параметров мультиметра»

Цель работы:

1. Научиться определять параметры аналоговых мультиметров
2. Научиться определять значение параметров, измеряемых мультиметром
3. Закрепить навыки по расчёту коэффициента шкалы, измеренного значения, диапазонов измерения.

4.1 Краткие теоретические сведения

Мультиметр также называют комбинированным прибором, тестером или ампервольтомметром.

В настоящее время широко распространены аналоговые и цифровые мультиметры.

Аналоговый мультиметр включает в себя индикатор магнитоэлектрической системы, набор шунтов и добавочных резисторов. Для измерения переменных токов и напряжении в прибор также входит преобразователь переменного тока в постоянный, называемый выпрямителем (детектором), который выполнен по схеме двухполупериодного выпрямления. Для измерения активного сопротивления в аналоговом мультиметре предусмотрен химический источник питания (батарейка), а для измерения больших значений сопротивлений подключают внешний источник напряжения в несколько десятков вольт.

К достоинствам мультиметров можно отнести:

• многофункциональность, т.е. возможность их использования для измерения большого числа параметров (тока, напряжения, активного сопротивления резисторов, емкости конденсаторов, параметров маломощных транзисторов — и т.д.);
• многопредельность, а следовательно, широкий диапазон измерения параметров;
• малые габаритные размеры, масса и цена;
• универсальность, т.е. возможность измерения переменных и постоянных токов и напряжений.

Недостатками мультиметров являются:

• узкий частотный диапазон;
• большие приведенная () и действительная () погрешности измерения (причем и у цифровых мультиметров);
• непостоянство входного сопротивления в различных пределах измерения;
• большая потребляемая мощность из исследуемой цепи.

Цифровые мультиметры имеют расширенный диапазон измеряемых параметров, при их использовании нет необходимости определять цену деления и коэффициент шкалы, а следовательно, исключается субъективная ошибка оператора, однако стоимость их выше, чем аналоговых.

На задней панели аналоговых мультиметров приводятся сведения, позволяющие определить входное сопротивление прибора в используемом пределе измерения.

Если тестер используется как вольтметр, то его входное сопротивление определяется по формуле

               (4.1)

где  — выбранный предел измерения; — значение тока, указанное на задней панели прибора.

Если тестер используется как амперметр, то его входное сопротивление рассчитывается по формуле

               (4.2)

где  — выбранный предел измерения; U — значение напряжения, указанное на задней панели прибора.

В паспортах некоторых тестеров приводятся удельные сопротивления по постоянному и переменному токам. В этом случае входное сопротивление тестера:

Малое внутреннее сопротивление тестера, используемого в качестве вольтметра, оказывает мутирующее действие на исследуемую цепь, при этом кроме основной погрешности измерения появляется погрешность шунтирования. Следовательно, чем внутреннее сопротивление тестера, используемого для измерения напряжения, больше, тем лучше.

4.2 Примеры решения задач

Пример 4.1.

На рис. 4.1 изображена лицевая панель мультиметра Ц4353. Требуется определить перечень измеряемых данным прибором параметров.

Рис. 4.1 Изображение лицевой панели мультиметра Ц4353 и данные с задней панели прибора, необходимые для определения его входного сопротивления.

Решение. Рассмотрим изображение лицевой панели, начав с надписей под клеммами (зажимами) прибора. Зажим, обозначенный «*», является общим, т.е. он используется при измерении любого параметра.

Клемма, обозначенная буквами «pF», предназначена для измерения емкости конденсаторов, следовательно, при измерении емкости конденсаторов используются клеммы «*» и «pF».

Справа от клеммы «pF» расположена клемма, обозначенная V, А, +Ω, -kΩ, т.е. мультиметром можно измерять напряжение, ток и сопротивление резисторов. Причем надпись «+Ω» означает, что для измерения сопротивления в Омах следует использовать прямую шкалу, а в килоомах — обратную.

Для измерения переменного тока предназначена верхняя шкала мультиметра, обозначенная знаком «~», а для измерения постоянного тока — шкала «—V, А».

Следовательно, окончательно можно утверждать следующее: данным мультиметром можно измерять напряжение постоянного и переменного токов, постоянный и переменный токи, сопротивление резисторов и емкость конденсаторов.

Пример 4.2. 

Требуется определить следующие паспортные характеристики мультиметра Ц4353:

1. диапазоны измерения напряжения постоянного и переменного токов;
2. диапазоны измерения постоянного и переменного токов;
3. диапазон измерения сопротивления резисторов;
4. диапазон измерения емкости конденсаторов.

Решение:

I. Диапазон измерения напряжения постоянного тока находим по шкале, изображенной на рис. 4.2, а.

Рис. 4.2. Изображения (а...г) шкал мультиметра к примеру 4.2

По переключателю пределов измерения определим минимальное и максимальное номинальные напряжения , .

Расчет минимального напряжения выполняется с учетом градуировки и коэффициента шкалы.

Так как не совпадает (не равно) с максимальным значением градуировки, то

коэффициент шкалы

Первое оцифрованное деление на рассматриваемой шкале — . Умножив это значение на коэффициент шкалы, получим В=12,5 мВ.

Следовательно, граничные значения диапазона измеряемых мультиметром напряжений постоянного тока .

Диапазон измерения напряжения переменного тока находим по шкале, изображенной на рис. 4.2, б:

, .

Коэффициент шкалы:

Следовательно, граничные значения диапазона измеряемых мультиметром напряжений переменного тока .

II. Диапазон измерения постоянного тока находим по шкале, изображенной на рис. 4.2, в.

,  .

Коэффициент шкалы:

Следовательно, граничные значения диапазона измеряемых мультиметром напряжений переменного тока .

Диапазон измерения переменного тока находим по шкале, изображенной на рис. 4.2, г:

,  .

Коэффициент шкалы:

Следовательно, граничные значения диапазона измеряемых мультиметром напряжений переменного тока .

III. Специфика нахождения диапазона измерения сопротивления резисторов заключается в том, что коэффициент шкалы при этом определять не требуется.

Для определения на шкале минимального предела измерения сопротивления «Ω» (см. рис. 4.1) найдем первое оцифрованное деление — 10 и перемножив их получим 10Ω. Для нахождения максимальную цифру 500 на шкале «кΩ» умножим на максимальную цифру множителя по килоомам — 10кΩ, т.е. = 500*10 кОм = 5000кΩ=5 МОм.

Следовательно .

IV. Диапазон измерения емкости конденсаторов определяется аналогично диапазону измерения сопротивления резисторов:

Следовательно .

Пример 4.3. 

Требуется определить цену деления и чувствительность по напряжению постоянного тока в пределе 1,5В (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Фрагмент шкалы мультиметра к примеру 4.3

Решение.

Коэффициент шкалы

, тогда цена деления:

Чувствительность:

Пример 4.4. 

Требуется определить погрешность измерения мультиметром Ц4353 напряжения постоянного тока, равного 20 В.

Решение. Погрешность измерения вычисляем по формуле (2.5).

На изображении лицевой панели мультиметра Ц4353 (см. рис. 4.1) находим его класс точности при измерении постоянных величин:

Выбираем предел измерения напряжения  = 30 В. Тогда

Пример 4.5.

Требуется определить входное сопротивление мультиметра Ц4353 в выбранном в примере 4.4 пределе измерения.

Решение. По условию примера 4.4 мультиметр применяется в качестве вольтметра, поэтому для расчета входного сопротивления используем формулу (4.1)

Значение тока, протекающего через мультиметр, найдем в знаменателе строки на задней панели прибора (Рис 4.1) в знаменателе строки

т.е. в формулу (4.1) подставим значение тока, равное 0,055 мА, и выбранный предел измерения  = 30 В:

Пример 4.6. 

Требуется определить измеряемый параметр прибором при следующих известных данных:

Положение переключателя пределов................................150V

Нажатая кнопка...................................................................  «~»

Положение стрелки...............................................................22

Рис. 4.4. Фрагмент шкалы мультиметра Ц4353 к примеру 4.6

Решение. Использовав изображение фрагмента шкалы мультиметра, приведенный на рис. 4.4, рассчитаем коэффициент шкалы:

Результат измерения получим, умножив показание стрелки прибора на коэффициент шкалы: