Ψηφιακό πολύμετρο
Το ψηφιακό πολύμετρο είναι ένα από τα βασικότερα όργανα που πρέπει να υπάρχει σε ένα σωστό ηλεκτρονικό εργαστήριο, για το λόγο ότι, με αυτό το όργανο μπορούμε να κάνουμε τις βασικότερες μετρήσεις, όπως μέτρηση της τάσης, του ρεύματος, της αντίστασης.
Το ψηφιακό πολύμετρο αποτελείται από ψηφιακά κυκλώματα και χρησιμοποιεί ψηφιακή τεχνολογία στη μέτρηση των μεγεθών. Το πολύμετρο αυτό εμφανίζει τα αποτελέσματα των μετρήσεων ψηφιακά, σε μονάδες απεικόνισης τύπου LCD ή LED.
Ένα πολύμετρο μπορεί να είναι φορητό, για να μπορεί να μεταφερθεί εύκολα ή όργανο πάγκου με το οποίο μπορούμε να κάνουμε υψηλής ακριβείας 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
Ωστόσο, χρησιμοποιώντας ψηφιακή τεχνολογία στην κατασκευή ενός πολυμέτρου, του δίνει την δυνατότητα μέτρησης και άλλων ποσοτήτων όπως
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)
Ενώ μερικές από αυτές τις δευτερεύουσες μετρήσεις να μην είναι τόσο ακριβής, όπως με ένα ειδικευμένο όργανο, αυτές μπορεί να είναι χρήσιμες όταν με ένα πολύμετρο θέλουμε να κάνουμε προσεγγιστικές μετρήσεις και ειδικά όταν δεν έχουμε την δυνατότητα χρήσης ειδικευμένων οργάνων.
Βασικά χαρακτηριστικά ψηφιακών πολυμέτρων
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, αυτά 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 θετικό ή αρνητικό 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.
Μετρήσεις AC ποσοτήτων
Για τη μέτρηση AC ποσοτήτων ένα ψηφιακό πολύμετρο έχει διατάξεις διόδων ανόρθωσης για να μετατρέπει AC ποσότητες σε DC και στη συνέχεια να τις ψηφιοποιεί. Με αυτό τον τρόπο μετράει την μέση τιμή της AC ποσότητας. Για την μέτρηση της ενεργούς τιμής, οι μετρήσεις είναι ακριβείς για ημιτονοειδή σήματα εισόδου. Αν το ψηφιακό πολύμετρο είναι του τύπου “true RMS” η ένδειξη για την ενεργό τιμή είναι ακριβής ανεξάρτητα από τον τύπο της κυματομορφής (τετραωνική, τριγωνική, πριονωτή κ.ά.)
Ανάλυση μετρήσεων
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 ενός ψηφιακού πολυμέτρου
Η ακρίβεια ενός ψηφιακού πολυμέτρου αναφέρεται στο κατά πόσο σωστά μετράει μια ποσότητα και συγκεκριμένα κατά πόσο η μετρούμενη τιμή διαφέρει από την πραγματική. Η ακρίβεια ενός ψηφιακού πολυμέτρου αναφέρεται με την μορφή συν-πλην επί τοις εκατό (±%) στην οποία η μετρήθηκα τιμή αποκλίνει από την πραγματική 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 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.
Τα ψηφιακά πολύμετρα περιλαμβάνουν ηλεκτρονικό ενισχυτή στην είσοδο τους με αποτέλεσμα να έχουν σταθερή αντίσταση εισόδου, τόσο υψηλή που δεν επηρεάζει το υπό μέτρηση κύκλωμα, που μπορεί να είναι από 1 έως 10ΜΩ. Τα ψηφιακά πολύμετρα υψηλής ποιότητας έχουν αντίσταση εισόδου μεγαλύτερη από 10GΩ.
Μέτρηση τάσης με το ψηφιακό πολύμετρο
Η μέτρηση τάσεων με ένα ψηφιακό πολύμετρο είναι μια βασική διαδικασία που απαιτεί λίγα απλά βήματα. Το πολύμετρο μπορεί να μετρήσει τόσο συνεχείς τάσεις (DC) όσο και εναλλασσόμενες τάσεις (AC).
Βήματα Μέτρησης Τάσης:
Α) Επιλογή Μονάδας Μέτρησης (AC ή DC):
- DC Τάση (συνεχής τάση): Αν μετράς την τάση μπαταριών, ηλεκτρονικών κυκλωμάτων ή άλλων συνεχών πηγών τάσης, επέλεξε την κλίμακα DCV (συμβολίζεται με ένα σύμβολο “V” και μια ευθεία γραμμή).
- AC Τάση (εναλλασσόμενη τάση): Για μετρήσεις σε πρίζες, συσκευές που λειτουργούν με AC ή άλλες εναλλασσόμενες πηγές τάσης, επέλεξε την κλίμακα ACV (συμβολίζεται με “V” και ένα κυματιστό σύμβολο).
Β) Επιλογή Κλίμακας Μέτρησης:
- Τα περισσότερα πολυμέτρα είναι αυτόματης κλίμακας (auto-range), οπότε θα ρυθμιστούν αυτόματα στην κατάλληλη τάση.
- Αν το πολύμετρο έχει χειροκίνητη επιλογή κλίμακας, επέλεξε την κλίμακα που καλύπτει την αναμενόμενη τιμή της τάσης που θα μετρήσεις. Για παράδειγμα, αν μετράς μια τάση περίπου 12V, επέλεξε την κλίμακα 20V.
Γ) Τοποθέτηση των Ακροδεκτών:
- Σύνδεσε τον μαύρο ακροδέκτη στη θύρα COM του πολύμετρου.
- Σύνδεσε τον κόκκινο ακροδέκτη στη θύρα V του πολύμετρου (η θύρα αυτή χρησιμοποιείται για τη μέτρηση τάσης).
Δ) Σύνδεση των Ακροδεκτών στην Πηγή Τάσης:
- Τοποθέτησε τον μαύρο ακροδέκτη στην αρνητική (ή γείωση) πλευρά της πηγής τάσης (π.χ. το αρνητικό πόλο της μπαταρίας).
- Τοποθέτησε τον κόκκινο ακροδέκτη στην θετική πλευρά της πηγής τάσης (π.χ. το θετικό πόλο της μπαταρίας).
Ε) Ανάγνωση της Μέτρησης:
- Δες την ένδειξη στην οθόνη του πολύμετρου. Η ένδειξη είναι η τάση που μετράται.
- Αν μετράς συνεχές ρεύμα και η πολικότητα είναι αντίστροφη (π.χ. αν έβαλες λάθος τους ακροδέκτες), θα δεις αρνητική τιμή στην οθόνη. Η τάση όμως είναι η ίδια, απλώς αντιστρέφεται το πρόσημο.
ΣΤ) Απενεργοποίηση Πολύμετρου:
- Αφού ολοκληρώσεις τη μέτρηση, αποσύνδεσε τους ακροδέκτες και απενεργοποίησε το πολύμετρο για να εξοικονομήσεις ενέργεια.
Προφυλάξεις:
- Μην μετράς τάση στη θέση μέτρησης ρεύματος (Α), καθώς μπορεί να καταστραφεί το πολύμετρο ή το κύκλωμα.
- Προσοχή με τις υψηλές τάσεις (AC): Κατά τη μέτρηση τάσης σε οικιακές πρίζες ή άλλες υψηλές τάσεις, πρόσεχε τη σωστή τοποθέτηση των ακροδεκτών και απόφυγε την άμεση επαφή με τους αγωγούς.
Μέτρηση ρεύματος με το ψηφιακό πολύμετρο
Η μέτρηση της έντασης του ρεύματος με ένα ψηφιακό πολύμετρο είναι μια πιο προσεκτική διαδικασία σε σχέση με τη μέτρηση τάσης ή αντίστασης, καθώς απαιτεί τη σύνδεση του πολύμετρου σε σειρά με το κύκλωμα. Αυτό σημαίνει ότι το ρεύμα πρέπει να διέρχεται μέσω του πολύμετρου. Ακολουθούν τα βήματα για τη σωστή μέτρηση της έντασης του ρεύματος:
Βήματα μέτρησης ρεύματος
Α) Επιλογή Μονάδας Μέτρησης (AC ή DC):
- Αν μετράς ρεύμα σε ένα DC κύκλωμα(π.χ. μπαταρίες ή ηλεκτρονικά κυκλώματα), επέλεξε την κλίμακα DCA (συνεχές ρεύμα).
- Αν μετράς ρεύμα σε ένα AC κύκλωμα (π.χ. οικιακές συσκευές), επέλεξε την κλίμακα ACA (εναλλασσόμενο ρεύμα).
Β) Επιλογή Κλίμακας Μέτρησης:
- Αν το πολύμετρο είναι αυτόματης κλίμακας, θα προσαρμόσει αυτόματα την κλίμακα στην ένταση που μετράται.
- Αν το πολύμετρο έχει χειροκίνητη επιλογή κλίμακας, πρέπει να επιλέξεις τη σωστή κλίμακα με βάση το αναμενόμενο ρεύμα. Αν δεν είσαι σίγουρος για το μέγεθος της έντασης, επέλεξε μια υψηλότερη κλίμακα (π.χ. 10A) για να αποφύγεις τυχόν βλάβη στο πολύμετρο. Μπορείς στη συνέχεια να μειώσεις την κλίμακα για μεγαλύτερη ακρίβεια.
Γ) Τοποθέτηση των Ακροδεκτών:
- Σύνδεσε τον μαύρο ακροδέκτη στη θύρα COM του πολύμετρου.
- Σύνδεσε τον κόκκινο ακροδέκτη στη θύρα A (ή 10A) αν αναμένεται ένταση μέχρι 10A. Για χαμηλότερα ρεύματα (συνήθως έως 200mA), ο κόκκινος ακροδέκτης τοποθετείται στη θύρα mA.
Δ) Σύνδεση του Πολύμετρου στο Κύκλωμα (Σε Σειρά):
- Για να μετρήσεις το ρεύμα, πρέπει να διακόψεις το κύκλωμα και να συνδέσεις το πολύμετρο σε σειρά με την πηγή και το φορτίο.
- Ο μαύρος ακροδέκτης του πολύμετρου πρέπει να συνδεθεί στην πλευρά του κυκλώματος που πηγαίνει προς την πηγή (αρνητικό πόλο σε DC ή την επιστροφή σε AC).
- Ο κόκκινος ακροδέκτης πρέπει να συνδεθεί στην πλευρά του φορτίου (θετικό πόλο σε DC ή την έξοδο της πηγής σε AC).
Ε) Ανάγνωση της Μέτρησης:
- Το πολύμετρο θα δείξει την ένταση του ρεύματος που διαρρέει το κύκλωμα στην οθόνη.
- Βεβαιώσου ότι η ένταση δεν υπερβαίνει το όριο της κλίμακας του πολύμετρου για να αποφύγεις ζημιά στο εργαλείο.
ΣΤ) Απενεργοποίηση και Αποσύνδεση Πολύμετρου:
- Αφού ολοκληρώσεις τη μέτρηση, αποσύνδεσε τους ακροδέκτες από το κύκλωμα και απενεργοποίησε το πολύμετρο.
- Βάλε ξανά τους ακροδέκτες στις κανονικές θύρες (COM και V/Ω) για άλλες μετρήσεις (όπως τάση ή αντίσταση), ώστε να μην προκληθεί βλάβη αν επιχειρήσεις να μετρήσεις κάτι άλλο ενώ είναι συνδεδεμένο στη θύρα μέτρησης ρεύματος.
Σημαντικές Προφυλάξεις:
- Μην μετράς ρεύμα σε πρίζες AC με το πολύμετρο αν δεν είναι κατάλληλα διαμορφωμένο για αυτό (χρήση του κατάλληλου εύρους).
- Μην συνδέεις το πολύμετρο σε παράλληλη σύνδεση με το κύκλωμα όταν μετράς ρεύμα, γιατί αυτό μπορεί να προκαλέσει βραχυκύκλωμα ή ζημιά στο πολύμετρο.
- Προσοχή στη μέγιστη ένταση που μπορεί να αντέξει το πολύμετρο (συνήθως 10A για πολλά πολύμετρα). Αν μετράς υψηλότερα ρεύματα, μπορεί να χρειαστεί ειδικό πολύμετρο ή λαβίδες για ρεύματα (current clamp).
Μέτρηση της αντίστασης με το ψηφιακό πολύμετρο
Η μέτρηση της αντίστασης με ένα ψηφιακό πολύμετρο είναι μια σχετικά απλή διαδικασία. Ακολουθώντας τα σωστά βήματα και λαμβάνοντας τις απαραίτητες προφυλάξεις, μπορείς να μετρήσεις την αντίσταση διαφόρων εξαρτημάτων ή κυκλωμάτων. Ας δούμε τα βήματα:
Βήματα μέτρησης αντίστασης
Α) Απενεργοποίηση Κυκλώματος:
- Για να μετρήσεις την αντίσταση ενός εξαρτήματος ή κυκλώματος, το κύκλωμα πρέπει να είναι απενεργοποιημένο και χωρίς ρεύμα. Αν προσπαθήσεις να μετρήσεις αντίσταση σε ενεργοποιημένο κύκλωμα, μπορεί να καταστρέψεις το πολύμετρο ή να προκαλέσεις εσφαλμένες μετρήσεις.
- Για μετρήσεις σε εξαρτήματα (π.χ. αντιστάσεις), βεβαιώσου ότι δεν είναι συνδεδεμένα σε πηγή ρεύματος ή ότι δεν βρίσκονται σε κάποιο ενεργό κύκλωμα.
Β) Επιλογή Κλίμακας Αντίστασης (Ω):
- Επέλεξε την κλίμακα αντίστασης (Ω) στο πολύμετρο. Τα περισσότερα ψηφιακά πολύμετρα έχουν αυτόματη επιλογή κλίμακας (auto-range), αλλά αν το πολύμετρο σου είναι χειροκίνητης κλίμακας, πρέπει να επιλέξεις την κατάλληλη κλίμακα αντίστασης με βάση το εύρος που περιμένεις.
- Για παράδειγμα, αν μετράς μια αντίσταση περίπου 1 kΩ, επέλεξε την κλίμακα των 2 kΩ ή μεγαλύτερη.
Γ) Σύνδεση των Ακροδεκτών:
- Σύνδεσε τον μαύρο ακροδέκτη στη θύρα COM του πολύμετρου.
- Σύνδεσε τον κόκκινο ακροδέκτη στη θύρα Ω/V (η οποία χρησιμοποιείται για τη μέτρηση αντίστασης).
Δ) Σύνδεση Ακροδεκτών στο Εξάρτημα:
- Τοποθέτησε τους ακροδέκτες του πολύμετρου στα δύο άκρα του εξαρτήματος ή του κυκλώματος που θέλεις να μετρήσεις.
- Η πολικότητα (ποιο καλώδιο είναι συνδεδεμένο πού) δεν έχει σημασία στη μέτρηση της αντίστασης, εκτός αν μετράς στοιχεία όπως διόδους ή άλλα εξαρτήματα με συγκεκριμένη πολικότητα.
Ε) Ανάγνωση της Αντίστασης:
- Δες την ένδειξη στην οθόνη του πολύμετρου. Η τιμή που εμφανίζεται είναι η αντίσταση του εξαρτήματος ή του κυκλώματος σε Ω (Ωμ). Αν το πολύμετρο εμφανίζει “OL” (Overload), αυτό σημαίνει ότι η αντίσταση είναι πολύ υψηλή για την επιλεγμένη κλίμακα. Σε αυτή την περίπτωση, πρέπει να αλλάξεις την κλίμακα σε υψηλότερη.
ΣΤ) Απενεργοποίηση Πολύμετρου:
- Αφού ολοκληρώσεις τη μέτρηση, απενεργοποίησε το πολύμετρο για να εξοικονομήσεις ενέργεια και αποσύνδεσε τους ακροδέκτες.
Προφυλάξεις:
- Βεβαιώσου ότι το κύκλωμα είναι απενεργοποιημένο. Αν προσπαθήσεις να μετρήσεις αντίσταση σε ένα ενεργοποιημένο κύκλωμα, μπορεί να καταστρέψεις το πολύμετρο ή να πάρεις λάθος αποτελέσματα.
- Αφαιρέστε εξαρτήματα από το κύκλωμα αν είναι δυνατόν. Αν μετράς αντίσταση σε ένα κύκλωμα, άλλες συνδεδεμένες αντιστάσεις ή εξαρτήματα μπορεί να επηρεάσουν τη μέτρηση. Είναι καλύτερο να μετράς τα εξαρτήματα ξεχωριστά αν χρειάζεσαι ακριβή αποτελέσματα.
- Μην αγγίζεις τα άκρα των ακροδεκτών με τα δάχτυλα. Τα δάχτυλα έχουν μικρή αντίσταση και αυτό μπορεί να επηρεάσει τη μέτρηση.