Πολύμετρο

Το πολύμετρο είναι ένα βασικό όργανο του ηλεκτρονικού εργαστηρίου, που συνδυάζει πολλά όργανα μαζί. Το βασικό πολύμετρο μπορεί να μετρήσει αντίσταση, τάση και ρεύμα. Ένα πολύμετρο μπορεί να είναι αναλογικό ή ψηφιακής τεχνολογίας, ανάλογα αν είναι κατασκευασμένο με αναλογικά ή ψηφιακά κυκλώματα αντίστοιχα.

Το αναλογικό πολύμετρο βασίζεται σε ένα αναλογικό μικροαμπερόμετρο στο οποίο ένας δείκτης είναι στερεωμένος σε ένα περιστρεφόμενο πηνίο, με αποτέλεσμα να δείχνει την ένδειξη πάνω σε μια βαθμονομημένη κλίμακα.

Το ψηφιακό πολύμετρο δείχνει την ένδειξη ψηφιακά σε μια μονάδα ψηφιακής ένδειξης αριθμών. Σήμερα το ψηφιακό πολύμετρο έχει εκτοπίσει το αναλογικό πολύμετρο το οποίο σπάνια υπάρχει στα ηλεκτρονικά εργαστήρια.

Ένα πολύμετρο μπορεί να είναι φορητό, για να μπορεί εύκολα να μετακινηθεί ή πολύμετρο πάγκου με το οποίο μπορούμε να κάνουμε μετρήσεις υψηλής ακριβείας.

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

Ο κύριος τύπος πολυμέτρου που χρησιμοποιείται στα εργαστήρια ηλεκτρονικών είναι το ψηφιακό πολύμετρο. Αυτός ο τύπος πολυμέτρου περιέχει ψηφιακά κυκλώματα τα οποία επεξεργάζονται το εισερχόμενο σήμα και δείχνουν το αποτέλεσμα σε μια ψηφιακή οθόνη, εξαλείφοντας το σφάλμα παράλλαξης των αναλογικών πολυμέτρων.

Τα βασικά χαρακτηριστικά των ψηφιακών πολυμέτρων είναι τα εξής:

1] Auto-range το ψηφιακό πολύμετρο με αυτή την δυνατότητα επιτρέπει να επιλέγει αυτόματα τη σωστή κλίμακα μέτρησης για το βέλτιστο αποτέλεσμα.
2] Auto-polarity το ψηφιακό πολύμετρο με αυτή την δυνατότητα επιτρέπει την ένδειξη του προσήμου για μετρήσεις τάσεων και ρευμάτων, ως προς τον τρόπο που είναι συνδεμένοι οι ακροδέκτες.
3] A graphic representation το ψηφιακό πολύμετρο με αυτή την δυνατότητα εμφανίζουν μια οριζόντια μπάρα από κουκίδες που το συνολικό μήκος είναι ανάλογο προς ως το μέτρηση σήμα.

Για ένα βασικό ψηφιακό πολύμετρο, η χαμηλότερη περιοχή μέτρησης τάσης μπορεί να είναι μερικές εκατοντάδες μιλιβολτς DC ή AC ενώ η χαμηλότερη περιοχή μέτρησης ρεύματος είναι μερικές εκατοντάδες μικροαμπέρ. Υπάρχουν στην αγορά διαθέσιμα ψηφιακά πολύμετρα με μεγαλύτερη ευαισθησία μέτρησης τάσης και ρεύματος.

Για να μπορέσει ένα ψηφιακό πολύμετρο να μετρήσει AC ποσότητες, περιλαμβάνει ένα μετατροπέα ποσοτήτων AC σε DC με αποτέλεσμα την μέτρησης της μέσης τιμής. Σε αυτού του τύπου ψηφιακό πολύμετρα, η μέτρηση της μέσης τιμή ημιτονοειδών σημάτων ισούται με τη ενεργός τιμή τους. Αν το ψηφιακό πολύμετρο είναι “true RMS”, η ένδειξη για την ενεργό τιμή είναι ακριβής ανεξάρτητα τον τύπο της κυματομορφής (τετραγωνική, τριγωνική, πριονωτή κ.ά.)

Αναλογικά πολύμετρα

Η απεικόνιση των ενδείξεων σε ένα αναλογικό πολύμετρο, βασίζεται στη θέση ενός δείκτη πάνω σε μια βαθμονομημένη κλίμακα. Ο δείκτης είναι στερεωμένος σε ένα πηνίο που βρίσκεται μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο και αναρτάται με ένα σπειροειδές ελατήριο. Για την μέτρηση τάσης ή ρεύματος το πηνίο αντλεί ένα πολύ μικρο ρεύμα από το προς μέτρηση κύκλωμα.

Για την μέτρηση τάσεων, ένα αναλογικό πολύμετρο συνδέετε παράλληλα με το κύκλωμα, μετρά τάσεις με την σύνδεση αντιστάσεων σε σειρά με το όργανο κινητού πηνίου. Με ένα περιστρεφόμενο διακόπτη συνδέουμε την κατάλληλη αντίσταση για να έχουμε την σωστή περιοχή τάσεων. Για το ίδιο πολύμετρο η μέτρηση ρευμάτων επιτυγχάνεται σε σύνδεση του, σε σειρά με το προς μέτρηση κύκλωμα. Η μέτρηση ρευμάτων επιτυγχάνεται με την σύνδεση αντιστάσεων χαμηλής τιμής παράλληλα με το όργανο κινητού πηνίου.

Για την μέτρηση AC σημάτων ένα αναλογικό πολύμετρο περιλαμβάνει μια γέφυρα διόδων για την μετατροπή του σήματος AC σε DC. Ένα αναλογικό πολύμετρο μετρά τη μέση τιμή του AC σήματος. Η μέση τιμή είναι ίση με την ενεργός τιμή μόνο για ημιτονοειδή σήματα εισόδου. Έτσι το αναλογικό πολύμετρο κάνει ακριβείς μετρήσεις μόνο για ημιτονοειδή σήματα εισόδου.

Ανάλυση μετρήσεων

Η ανάλυση ενός πολυμέτρου ορίζεται σαν την μικρότερη υποδιαίρεση της κλίμακας που χρησιμοποιεί. Η ανάλυση ενός πολυμέτρου εξαρτάται από την περιοχή των μετρήσεων που χρησιμοποιεί.

Για ένα ψηφιακό πολύμετρο η ανάλυση εκφράζεται με το μικρότερο σημαντικό ψηφίο της ένδειξης. Για παράδειγμα, αν η ένδειξη ενός ψηφιακού πολυμέτρου για την 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 πολυμέτρου

Με τον όρο ακρίβεια πολυμέτρου ορίζουμε πόσο απέχει η πραγματική τιμή μιας τάσης ή έντασης από την μετρούμενη τιμή.

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. Παράδειγμα, αν ένα αναλογικό πολύμετρο έχει ακρίβεια 3% για μέτρηση τάσης στην κλίμακα των 100volts, το σφάλμα είναι 3V ανεξάρτητο από την μετρούμενη τιμή.

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 σαν βολτόμετρο, η αντίσταση εισόδου πρέπει να είναι πολύ μεγάλη σε σχέση με την αντίσταση του υπό μέτρηση κυκλώματος. Ο λόγος είναι ότι το πολύμετρο σε κατάστασης βολτομέτρου τραβάει ένα πολύ μικρό ρεύμα από το υπό μέτρηση κύκλωμα που πρέπει να φανεί ανεπηρέαστο από την παρουσία του πολυμέτρου.

Ένα τυπικό πολύμετρο στην κλίμακα βολτομέτρου, η αντίσταση εισόδου κυμαίνεται από 1ΜΩ έως 10ΜΩ, ενώ για ένα πολύμετρο υψηλής ποιότητας, έχει 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