Πολύμετρο

Το πολύμετρο γνωστό ως VOM (Volt-Ohm meter) είναι ένα ηλεκτρονικό όργανο μέτρησης που συνδυάζει πολλά μετρητικά όργανα σε μια μονάδα. Ένα τυπικό πολύμετρο περιλαμβάνει βασικές λειτουργίες, όπως μέτρηση τάσης, ρεύματος και αντίστασης. Ένα πολύμετρο μπορεί να είναι κατασκευασμένο με αναλογικά ή ψηφιακά κυκλώματα.

Το αναλογικό πολύμετρο, βασίζεται σε ένα αναλογικό κινητού πηνίου μικροαμπερόμετρο, στο οποίο ο δείκτης κινείται πάνω σε μια βαθμονομημένη κλίμακα, αφού πρώτα επιλέξουμε την κλίμακα ανάλογα με το είδος της μέτρησης που θέλουμε να κάνουμε. Το ψηφιακό πολύμετρο απεικονίζει τις ενδείξεις σε μια μονάδα ψηφιακής ένδειξης αριθμών. Σήμερα τα ψηφιακά πολύμετρα έχουν εκτοπίσει τα αναλογικά πολύμετρα, τα οποία σπάνια χρησιμοποιούνται.

Ένα πολύμετρο μπορεί να είναι φορητό, για να μπορεί εύκολα να μεταφερθεί ή όργανο πάγκου με το οποίο μπορούμε να κάνουμε υψηλής ακρίβειας μετρήσεις.

Ποσότητες που μπορούν να μετρηθούν

Ένα βασικό ψηφιακό πολύμετρο μπορεί να μετρήσει τις παρακάτω ποσότητες:

1] Τάση συνεχούς και εναλλασσόμενου σε Volts
2] Ρεύμα συνεχούς και εναλλασσόμενου σε Ampers (η περιοχή συχνοτήτων για AC μετρήσεις για να προκύψουν ακριβείς μετρήσεις πρέπει να δίνεται)
3] Αντίσταση σε Ohms

Επιπρόσθετα μερικά πολύμετρα μπορούν να μετρήσουν:

1] Χωρητικότητα σε Farands
2] Decibels
3] Συχνότητα σε Hertz
4] Αυτεπαγωγή σε Henrys
5] Θερμοκρασία σε βαθμούς Κελσίου ή Φαρενάιτ (μαζί με το κατάλληλο probe μέτρησης θερμοκρασίας)
6] Έλεγχος συνέχειας: ηχεί όταν ένα κύκλωμα είναι αγώγιμο
7] Έλεγχος διόδων (μέτρηση της πτώσης τάσης σε ορθή πόλωση) και έλεγχος τρανζίστορ (μέτρηση απολαβής ρεύματος και άλλων παραμέτρων)

Ψηφιακά πολύμετρα

Τα πολύμετρα που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι κατά κόρο ψηφιακά. Τα ψηφιακά πολύμετρα έχουν ψηφιακά κυκλώματα τα οποία επεξεργάζονται το σήμα ελέγχου ψηφιακά. Το αποτέλεσμα το απεικονίζουν με ψηφιακό τρόπο, σε μια ψηφιακή διάταξη αριθμών, εξαλείφοντας το σφάλμα παράλλαξης των αναλογικών οργάνων.

Βασικά χαρακτηριστικά των ψηφιακών πολυμέτρων είναι τα ακόλουθα:
1] Auto-ranging Τα ψηφιακά πολύμετρα με αυτή τη δυνατότητα επιλέγουν αυτόματα την κλίμακα μέτρησης, για το βέλτιστο αποτέλεσμα. Για παράδειγμα, ένα ψηφιακό πολύμετρο τεσσάρων ψηφίων με auto-ranging επιλέγει την κατάλληλη κλίμακα για απεικόνιση 1,234 αντί 0,012. Επειδή τα πολύμετρα με auto-ranging χρησιμοποιούν πολύπλοκα ψηφιακά κυκλώματα κοστίζουν περισσότερο από τα απλά.
2] Auto-polarity για μετρήσεις συνεχούς, τα ψηφιακά πολύμετρα με αυτή τη δυνατότητα, δείχνουν αν η εφαρμοζόμενη τάση ή ρεύμα είναι θετική ή αρνητική σε σχέση με το τρόπο σύνδεσης των ακροδεκτών που κάνουν την δειγματοληψία.
3] A graphic representation. Μερικά ψηφιακά πολύμετρα πάνω στην οθόνη, εμφανίζουν μια μπάρα από ορθογώνιες κουκίδες, που το συνολικό μήκος είναι ανάλογο στο προς μέτρηση σήμα.

Στα γενικής χρήσης ψηφιακά πολύμετρα, η χαμηλότερη περιοχή μέτρησης τάσης είναι μερικές εκατοντάδες μιλιβολτς AC ή DC και η χαμηλότερη περιοχή μέτρησης ρεύματος μπορεί να είναι μερικές εκατοντάδες μικροαμπέρς, αν και όργανα με μεγαλύτερη ευαισθησία μέτρησης ρεύματος είναι διαθέσιμα.

Για τη μέτρηση AC ποσοτήτων ένα ψηφιακό πολύμετρο έχει διατάξεις μετατροπής AC σε DC ποσότητες, για τις οποίες μετράει τη μέση τιμή. Για την μέτρηση της ενεργούς τιμής οι μετρήσεις είναι ακριβείς για ημιτονοειδή σήματα εισόδου. Αν το ψηφιακό πολύμετρο είναι “true RMS” η ένδειξη για την ενεργό τιμή είναι ακριβής ανεξάρτητα από τον τύπο της κυματομορφής (τετραγωνική, τριγωνική, πριονωτή κ.ά.)

Αναλογικά πολύμετρα

Για την ένδειξη των μετρήσεων, τα αναλογικά πολύμετρα βασίζονται σε ένα δείκτη στερεωμένο σε ένα περιστρεφόμενο πηνίο. Σε ένα αναλογικό πολύμετρο, το ρεύμα που χρειάζεται για την κίνηση του δείκτη αντλείται από τος προς μέτρηση κύκλωμα. Για την αποφυγή της φόρτισης του κυκλώματος, με την άντληση ρεύματος για την κίνηση του δείκτη, μερικά αναλογικά πολύμετρα παρεμβάλλουν αναλογικό ενισχυτή. Αυτό αυξάνει την πολυπλοκότητα του οργάνου, για το οποίο χρησιμοποιούνται κυκλώματα τρανζίστορ FET με υψηλή αντίσταση εισόδου.

Για τη μέτρηση συνεχούς τάσης, ένα αναλογικό πολύμετρο συνδέει αντιστάσεις σε σειρά με το όργανο δείκτη κινητού πηνίου. Ένας διακόπτης συνδέει μεγαλύτερες αντιστάσεις για μεγαλύτερες περιοχές τάσης. Για το ίδιο πολύμετρο, αντιστάσεις χαμηλής τιμής συνδέονται παράλληλα με το όργανο δείκτη κινητού πηνίου, για να μπορούμε να μετράμε τιμές ρεύματος.

Τα αναλογικά πολύμετρα κινητού πηνίου ανταποκρίνονται στη μέση τιμή των ποσοτήτων που μετρά (τάση ή ρεύμα). Για την μέτρηση ΑC σημάτων, το προς μέτρηση σήμα περνά από ένα ανορθωτή διόδων. Γενικά, η μέση τιμή και η ενεργός τιμή ενός σήματος είναι διαφορετικές και είναι ανάλογες για ημιτονοειδής κυματομορφές και έτσι το πολύμετρο κάνει ακριβής μετρήσεις για ημιτονοειδή σήματα εισόδου.

Ανάλυση μετρήσεων

Η ανάλυση ενός πολυμέτρου είναι η μικρότερη υποδιαίρεση της κλίμακας που χρησιμοποιεί. Η ανάλυση εξαρτάται από την περιοχή των μετρήσεων που χρησιμοποιεί. Για παράδειγμα, ένα πολύμετρο έχει ανάλυση 1mV σε μια κλίμακα 10V μπορεί να δείχνει αλλαγές στις μετρήσεις με διαφορά 1mV.

Η ανάλυση ενός ψηφιακού πολυμέτρου, εκφράζεται με το μικρότερο σημαντικό ψηφίο της ένδειξης. Για παράδειγμα αν η ένδειξη για τη μέτρηση τάσης είναι 1,234 volts η ανάλυση είναι 1mV.

Εάν το πιο σημαντικό ψηφίο δεν παίρνει όλες τις τιμές από 0 έως 9, αυτό λέγεται κλασματικό ψηφίο. Αν η μέγιστη ένδειξη ενός ψηφιακού πολυμέτρου είναι 19999 λέμε ότι το πολύμετρο είναι 4½ ψηφίων. Ένα ψηφιακό πολύμετρο 3¾ ψηφίων μπορεί να απεικονίζει ενδείξεις από 0 εως 3,999 ή 5,999 ανάλογα τον κατασκευαστή.

Σε ένα ψηφιακό πολύμετρο ορίζοντας το “display counts” είναι ένας άλλος τρόπος ορισμού της ανάλυσης του οργάνου. Το “display counts” ορίζεται σαν τον μεγαλύτερο αριθμό ή τον μεγαλύτερο αριθμό συν ένα της μεγαλύτερης ένδειξης που το ψηφιακό πολύμετρο μπορεί να δείξει. Για παράδειγμα ένα 5½ ψηφιακό πολύμετρο το “display counts” μπορεί να οριστεί ίσο με 199999 ή 200000

Ακρίβεια πολυμέτρων

Για ένα αναλογικό πολύμετρο η ακρίβεια των μετρήσεων, περιορίζεται από το πάχος του δείκτη, το σφάλμα παράλλαξης (η όραση της ένδειξης από γωνία), η ακρίβεια στην εκτύπωση των κλιμάκων, την βαθμονόμηση του μηδέν, ο αριθμός των περιοχών μέτρησης, το σφάλμα μη οριζόντιας τοποθέτησης του οργάνου. Σφάλμα επίσης προκύπτει με την μη σωστή μέτρηση των υποδιαιρέσεων κατά την ανάγνωση της ένδειξης. Ένα συνηθισμένο αναλογικό πολύμετρο έχει ακρίβεια ±3% αν και υπάρχουν αναλογικά πολύμετρα με μεγαλύτερη ακρίβεια.

Η ακρίβεια ενός αναλογικού πολυμέτρου αναφέρεται στην ένδειξη πλήρους κλίμακας. Για παράδειγμα, ένα όργανο με ακρίβεια 3% όταν δείχνει 30V στην κλίμακα των 100V το σφάλμα είναι 3V δηλαδή το 10% της μέτρησης.

Ένα τυπικό φορητό ψηφιακό πολύμετρο,μπορεί να έχει ακρίβεια ± 0.5% στην μέτρηση DC ποσοτήτων, ενώ ένα ψηφιακό πολύμετρο πάγκου μπορεί να έχει ακρίβεια καλύτερη από ±0,01%. Η ακρίβεια σε ένα ψηφιακό πολύμετρο περιορίζεται στο σφάλμα του μετατροπέα από αναλογικό σε ψηφιακό στο κύκλωμα του πολυμέτρου.

Ένα ψηφιακό πολύμετρο μπορεί να θεωρηθεί ως “average responding” στις AC μετρήσεις εκτός κι αν αναφέρεται “true RMS” Ένα “true RMS” οι AC μετρήσεις είναι ακριβείς ανεξάρτητα την κυματομορφή μέτρησης σε αντίθεση στο “average responding” που οι μετρήσεις είναι ακριβείς μόνο για ημιτονοειδής κυματομορφές εισόδου.

Ευαισθησία και αντίσταση εισόδου

Όταν ένα πολύμετρο χρησιμοποιείται για την μέτρηση τάσης, η αντίσταση εισόδου του πολυμέτρου πρέπει να είναι πολύ μεγάλη σε σχέση με την αντίσταση του υπό μέτρηση κύκλωμα, τέτοια ώστε η λειτουργία του κυκλώματος να μένει ανεπηρέαστη και η ένδειξη να είναι ακριβείς. Η ευαισθησία εισόδου του πολυμέτρου για μετρήσεις τάσης είναι ανάλογη της αντίστασης εισόδου του οργάνου. Για μετρήσεις ρευμάτων η αντίσταση εισόδου του πολυμέτρου πρέπει να είναι πολύ μικρή σε σχέση με την αντίσταση του υπό μέτρηση κυκλώματος.

Όργανα με ηλεκτρονικό ενισχυτή στην είσοδο τους (όλα τα ψηφιακά πολύμετρα και μερικά αναλογικά πολύμετρα), έχουν σταθερή αντίσταση εισόδου, τόσο υψηλή που δεν επηρεάζει το υπό μέτρηση κύκλωμα, που μπορεί να είναι από 1 έως 10ΜΩ. Η σταθερή αντίσταση εισόδου, επιτρέπει τη χρήση υψηλής αντίστασης probes διαιρέτη τάσης, για τη μέτρηση υψηλών τάσεων.

Τα ψηφιακά πολύμετρα υψηλής ποιότητας έχουν αντίσταση εισόδου μεγαλύτερη από 10GΩ.

Τα περισσότερα αναλογικά πολύμετρα με δείκτη κινητού πηνίου δεν έχουν ενισχυτή εισόδου και τραβάνε ρεύμα από το υπό μέτρηση κύκλωμα για την κίνηση του δείκτη.

Η αντίσταση εισόδου ενός αναλογικού πολυμέτρου εξαρτάται από την ευαισθησία του οργάνου και την περιοχή μέτρησης. Ένα αναλογικό πολύμετρο με ευαισθησία 20,000 Ohm/Volt στην κλίμακα 100V έχει σταθερή αντίσταση εισόδου σε όλη την περιοχή, ίση με το γινόμενο 20.000 Ohm/volt ·100V = 2.000.000 Ohms = 2MΩ