Как рассчитать абсолютную ошибку измерений при использовании цифрового мультиметра - Ремонт и установка крупной бытовой техники

Измеряемые величины не могут быть определены абсолютно достоверно. Измерительные инструменты и системы всегда имеют некоторое допустимое отклонение и помехи, которые выражаются степенью неточности. К тому же, необходимо учитывать и особенности конкретных приборов.

В отношении неточности измерений часто используются следующие термины:

Погрешность — ошибка между истинным и измеренным значением
Точность — случайный разброс измеренных значений вокруг их среднего
Разрешение — наименьшая различаемая величина измеренного значения

Часто эти термины путаются. Поэтому здесь я хотел бы подробно рассмотреть вышеуказанные понятия.

Неточность измерения

Неточности измерения могут быть разделены на систематические и случайные измерительные ошибки. Систематические ошибки вызваны отклонениями при усилении и настройкой «нуля» измерительного оборудования. Случайные ошибки вызваны шумом и индуцированными напряжениями и/или токами.

Погрешность и точность

Часто понятия погрешность и точность рассматриваются как синонимы. Однако, эти термины имеют совершенно различные значения. Погрешность показывает, насколько близко измеренное значение к его реальной величине, то есть отклонение между измеренным и фактическим значением. Точность относится к случайному разбросу измеряемых величин.

Когда мы проводим некоторое число измерений до момента стабилизации напряжения или же какого-то другого параметра, то в измеренных значениях будет наблюдаться некоторая вариация. Это вызвано тепловым шумом в измерительной цепи измерительного оборудования и измерительной установки. Ниже, на левом графике показаны эти изменения.

Погрешность и точность

Определения неопределенностей. Слева — серия измерений. Справа — значения в виде гистограммы.

Гистограмма

Измеренные значения могут быть изображены в виде гистограммы, как показано справа на рисунке. Гистограмма показывает, как часто наблюдается измеренное значение. Самая высокая точка на гистограмме, это чаще всего наблюдаемое измеренное значение, в случае симметричного распределения равно среднему значению (изображено синей линии на обоих графиках). Черная линия представляет истинное значение параметра. Разница между средним измеренной величины и истинным значением и является погрешностью. Ширина гистограммы показывает разброс отдельных измерений. Этот разброс измерений называется точностью.

Используйте правильные термины

Погрешность и точность, таким образом, имеют различные значения. Поэтому вполне возможно, что измерение является очень точным, но имеющим погрешность. Или наоборот, с малой погрешностью, но не точное. В общем, измерение считается достоверным, если оно точное, и с малой погрешностью.

Погрешность

Погрешность является индикатором корректности измерения. Из-за того, что в одном измерении точность оказывает влияние на погрешность, то учитывается среднее серии измерений.

Погрешность измерительного прибора обычно задается двумя значениями: погрешностью показания и погрешностью по всей шкале. Эти две характеристики вместе определяют общую погрешность измерения. Эти значения погрешности измерения указываются в процентах или в ppm (parts per million, частей на миллион) относительно действуюшего национального стандарта. 1% соответствует 10000 ppm.

Погрешность приводится для указанных температурных диапазонов и для определенного периода времени после калибровки. Обратите внимание, что в разных диапазонах, возможны, и различные погрешности.

Погрешность показаний

Указание процентного отклонения без дополнительной спецификации также относится к показанию. Допустимые отклонения делителей напряжения, точность усиления и абсолютные отклонения при считывании и оцифровке являются причинами этой погрешности.

Неточность показаний

Неточность показаний в 5% для значения 70 В

Вольтметр, который показывает 70.00 В и имеет спецификацию «± 5% от показаний», будет обладать погрешностью в ±3.5 В (5% от 70 В). Фактическое напряжение будет лежать между 66.5 и 73.5 вольтами.

Погрешность по всей шкале

Этот тип погрешности обусловлен ошибками смещения и ошибками линейности усилителей. Для приборов, которые оцифровывают сигналы, присутствует нелинейность преобразования и погрешности АЦП. Эта характеристика относится ко всему используемому диапазону измерений.

Вольтметр может иметь характеристику «3% шкалы». Если во время измерения выбран диапазон 100 В (равный полной шкале), то погрешность составляет 3% от 100 В = 3 В независимо от измеренного напряжения. Если показание в этом диапазоне 70 В, то реальное напряжение лежит между 67 и 73 вольтами.

Допустимое отклонение по шкале

Погрешность 3% шкалы в диапазоне 100 В

Из приведенного выше рисунка ясно, что этот тип допустимых отклонений не зависит от показаний. При показании 0 В реальное напряжение лежит между -3 и 3 вольтами.

Погрешность шкалы в цифрах

Часто для цифровых мультиметров приводится погрешность шкалы в разрядах вместо процентного значения.

У цифрового мультиметра с 3½ разрядным дисплеем (диапазон от -1999 до 1999), в спецификации может быть указано «+ 2 цифры». Это означает, что погрешность показания 2 единицы. Например: если выбирается диапазон 20 вольт (± 19.99), то погрешность шкалы составляет ±0.02 В. На дисплее отображается значение 10.00, а фактическое значение будет между 9.98 и 10.02 вольтами.

Вычисление погрешности измерения

Спецификации допустимых отклонений показания и шкалы вместе определяют полную погрешность измерения прибора. Ниже при расчете используются те же значения, что и в приведенных выше примерах:

Точность: ±5% показания (3% шкалы)

Диапазон: 100 В

Показание: 70 В

Полная погрешность измерения вычисляется следующим образом:

$[ frac{%_{reading}}{100%} =frac{5%}{100%} cdot 70B = 3.5B ]$

$[ frac{%_{fullscale}}{100%} cdot range = frac{3%}{100%} cdot 100B = 3B ]$

В этом случае, полная погрешность ±6.5В. Истинное значение лежит между 63.5 и 76.5 вольтами. На рисунке ниже это показано графически.

Полное допустимое отклонение

Полная неточность для неточностей показания 5% и 3% шкалы для диапазона 100 В и показания 70 В

Процентная погрешность — это отношение погрешности к показанию. Для нашего случая:

$[ frac{uncertainty}{reading} cdot 100% = frac{6.5}{70 B} cdot 100% = 9.3%]$

Цифры

Цифровые мультиметры могут иметь спецификацию «± 2.0% показания, + 4 цифры». Это означает, что 4 цифры должны быть добавлены к 2% погрешности показания. В качестве примера снова рассмотрим 3½ разрядный цифровой индикатор. Он показывает 5.00 В для выбранного диапазона 20 В. 2% показания будет означать погрешность в 0,1 В. Добавьте к этому численную погрешность (= 0,04 В). Общая погрешность, следовательно, 0,14 В. Истинное значение должно быть в диапазоне между 4.86 и 5,14 вольтами.

Суммарная погрешность

Зачастую в расчет принимается только погрешность измерительного прибора. Но также, дополнительно следует принимать во внимание погрешности измерительных инструментов, в том случае, если они используются. Вот несколько примеров:

Увеличение погрешности при использовании пробника 1:10

Если в процессе измерений используется щуп 1:10, то необходимо учитывать не только измерительную погрешность прибора. На погрешность также влияет входной импеданс используемого прибора и сопротивление щупа, которые вместе составляют делитель напряжения.

Подключенный к осциллографу щуп 1:1

На рисунке выше схематически показан осциллограф с подключенным к нему пробником 1:1. Если мы рассмотрим этот пробник как идеальный (нет сопротивления соединения), то приложенное напряжение передается прямо на вход осциллографа. Погрешность измерения теперь определяется только допустимыми отклонениями аттенюатора, усилителя и цепями, принимающими участие в дальнейшей обработке сигнала и задается производителем прибора. (На погрешность также влияет сопротивление соединения, которое формирует внутреннее сопротивление . Оно включается в заданные допустимые отклонения).

На рисунке ниже показан тот же самый осциллограф, но теперь ко входу подключен щуп 1:10. Этот пробник имеет внутреннее сопротивление соединения и вместе со входным сопротивлением осциллографа образует делитель напряжения. Допустимое отклонение резисторов в делителе напряжения является причиной его собственной погрешности.

Пробник 1:10, подключенный к осциллографу

Пробник 1:10, подключенный к осциллографу, вносит дополнительную погрешность

Допустимое отклонение входного сопротивления осциллографа может быть найдено в его спецификации. Допустимое отклонение сопротивления соединения щупа не всегда дано. Тем не менее, погрешность системы заявляется производителем определенного осциллографического пробника для конкретного типа осциллографа. Если щуп используется с другим типом осциллографа, нежели рекомендуемый, то измерительная погрешность становится неопределенной. Этого нужно всегда стараться избегать.

Предположим, что осциллограф имеет допустимое отклонение 1.5% и используется щуп 1:10 с погрешностью в системе 2.5%. Эти две характеристики можно перемножить для получения полной погрешности показания прибора:

$[%_{total}=left[ 1-left(1+frac{%_{reading}}{100%}right)cdotleft(1+frac{%_{system}}{100%}right)right]cdot 100%= ]$

$[= left[left(1+frac{1.5%}{100%}right) cdot left(1+frac{2.5%}{100%}right)-1right] cdot 100%=4.037%]$

Здесь $%_{total}$ — полная погрешность измерительной системы, $%_{reading}$ — погрешность показания прибора, $%_{system}$ — погрешность щупа, подключенного к осциллографу, подходящего типа.

Измерения с шунтирующим резистором

Часто при измерениях токов используют внешний шунтирующий резистор. Шунт имеет некоторое допустимое отклонение, которое влияет на измерение.

Увеличение погрешности при использовании шунтирующего резистора

Заданное допустимое отклонение шунтирующего резистора влияет на погрешность показания. Для нахождения полной погрешности, допустимое отклонение шунта и погрешность показаний измерительного прибора перемножаются:

$[ %_{total}=left[1-left(1+frac{%_{reading}}{100%} right)right] cdot 100%=]$

$[=left[left(1+frac{1.5%}{100%}right) cdot left( 1+frac{2%}{100%}right) right] cdot 100 % = 3.53%]$

В этом примере, полная погрешность показания равна 3.53%.

Сопротивление шунта зависит от температуры. Значение сопротивления определяется для данной температуры. Температурную зависимость часто выражают в .

Для примера вычислим значение сопротивления для температуры окружающей среды $T_{env}=30 ^circ C$ . Шунт имеет характеристики: Ом (соответственно $R_{nom}$ и $T_{nom}$ ) и температурную зависимость .

$[left[1+(T_{env} - T_{nom}) cdot frac{ppm}{1000000} right] cdot R_{nom} = ]$

$[ = left[ 1+(30 ^circ C - 22 ^ circ C) cdot frac{20}{1000000}right] cdot 100 Omega = 100.016 Omega]$

Ток, протекающий через шунт является причиной рассеяния энергии на шунте, что приводит к росту температуры и, следовательно, к изменению значения сопротивления. Изменение значения сопротивления при протекании тока зависит от нескольких факторов. Для проведения очень точного измерения, необходимо откалибровать шунт на дрейф сопротивления и условия окружающей среды при которых проводятся измерения.

Точность

Термин точность используется для выражения случайности измерительной ошибки. Случайная природа отклонений измеряемых значений в большинстве случае имеет тепловую природу. Из-за случайной природы этого шума не возможно получить абсолютную ошибку. Точность дается только вероятностью того, что измеряемая величина лежит в некоторых пределах.

Распределение Гаусса

Тепловой шум имеет гауссово, или, как еще говорят, нормальное распределение. Оно описывается следующим выражением:

$[ f(x)=frac{1}{sigma sqrt{2 cdot pi}} cdot exp{left[frac{-(x-mu)^2}{2 cdot sigma^2}right]} ]$

Здесь — среднее значение, показывает дисперсию и соответствует RMS-значению шумового сигнала. Функция дает кривую распределения вероятностей, как показано на рисунке ниже, где среднее значение и эффективная амплитуда шума .

Распределение вероятностей

Распределение вероятностей с и

В таблице указаны шансы получения значений в заданных пределах.

Граница	Шанс
0.5·σ	38.3 %
0.674·σ	50.0 %
1·σ	68.3 %
2·σ	95.4 %
3·σ	99.7 %

Как видно, вероятность того, что измеренное значение лежит в диапазоне ± равна .

Повышение точности

Точность может быть улучшена передискретизацией (изменением частоты дискретизации) или фильтрацией. Отдельные измерения усредняются, поэтому шум значительно снижается. Также снижается разброс измеренных значений. Используя передискретизацию или фильтрацию необходимо учитывать, что это может привести к снижению пропускной способности.

Разрешение

Разрешением, или, как еще говорят, разрешающей способностью измерительной системы является наименьшая различимая измеряемая величина. Определение разрешения прибора не относится к точности измерения.

Цифровые измерительные системы

Цифровая система преобразует аналоговый сигнал в цифровой эквивалент посредством аналого-цифрового преобразователя. Разница между двумя значениями, то есть разрешение, всегда равно одному биту. Или, в случае с цифровым мультиметром, это одна цифра.

Возможно также выразить разрешение через другие единицы, а не биты. В качестве примера рассмотрим цифровой осциллограф, имеющий 8-битный АЦП. Чувствительность по вертикали установлена в 100 мВ/дел и число делений равно 8, полный диапазон, таким образом, равен 800 мВ. 8 бит представляются 2⁸=256 различными значениями. Разрешение в вольтах тогда равно 800 мВ / 256 = 3125 мВ.

Аналоговые измерительные системы

В случае аналогового прибора, где измеряемая величина отображается механическим способом, как в стрелочном приборе, сложно получить точное число для разрешения. Во-первых, разрешение ограничено механическим гистерезисом, причиной которого является трение механизма стрелки. С другой стороны, разрешение определяется наблюдателем, делающем свою субъективную оценку.

Вы можете пропустить чтение записи и оставить комментарий. Размещение ссылок запрещено.

Источник

Лабораторная
работа «ЦИФРОВОЙ МУЛЬТИМЕТР»

Задание

1. Произвести прямое
измерение R.

2. По известным
метрологическим характеристикам
мультиметра (Приложение 1) рассчитать
предельные значения абсолютной
погрешности прямого измерения R.

3. Произвести
косвенное измерение R
путем измерения падения напряжения на
резисторе и тока через резистор (рис.1).

Рисунок
1.

Величина
R
определяется по закону Ома следующим
образом:

R=U/I

4.
С использованием известных характеристик
использованных средств измерения
рассчитать предельные значения абсолютной
погрешности косвенного измерения R
по п. 3.

5.
Сравнить полученные результаты измерений.

Методические
указания

1. В мультиметре
предусмотрена возможность прямого
измерения R.
Нужно только оптимально выбрать диапазон
измерения.

2. Вычисление
предельных значений абсолютной
погрешности прямого измерения – здесь
и далее «предельных значений» написано
во множественном числе, потому что их
два: они одинаковы по модулю, но разные
по знаку – производится прямо по
известным метрологическим характеристикам
мультиметра (Приложение 1).

3. При изменении
напряжений и токов мультиметром надо
соблюдать осторожность, чтобы не
испортить прибор:

СНАЧАЛА
установите переключатель мультиметра
в нужное

положение и только
ПОТОМ
подключайте его.

Если Вы сделаете
наоборот, Вы можете сразу испортить
прибор. Пусть, например, Вам надо измерить
напряжение. Если Вы сначала подключите
прибор к источнику напряжения, а потом
будете крутить переключатель, то Вы
можете при этом пройти через поддиапазоны
измерения тока. Через прибор пройдёт
большой ток, и он будет испорчен.

Если требуемый
поддиапазон измерения заранее не ясен,

установите
переключатель на поддиапазон с НАИБОЛЬШИМ
пределом измерения,
а потом переключайте его на меньшие и
остановитесь на оптимальном.

4.
Перед тем как вычислять предельные
значения абсолютной погрешности
косвенного измерения надо решить, из
каких составляющих они складываются.
В схеме рис. 1 присутствует инструментальная
составляющая погрешности косвенного
измерения сопротивления, связанная с
мультиметром, а именно – с погрешностью
измерения им токов и напряжений.
Предельные значения погрешности
измерения токов и напряжений мультиметром
можно найти по его метрологическим
характеристикам (Приложение 1).

Кроме инструментальной
составляющей погрешности косвенного
измерения сопротивления в схеме рис. 1
присутствует ещё и методическая
погрешность, связанная с тем, что выходное
сопротивление R_и
источника напряжения ИН и сопротивление
миллиамперметра R_mA
не равны нулю, а сопротивление вольтметра
R_V
не бесконечно велико.

Инструментальная
составляющая.

Для формулы R
= U/I
(табл. 1) предельные значения инструментальной
составляющей удобнее всего найти,
суммируя предельные значения относительных
погрешностей мультиметра, как вольтметра
(δ_V_,п)
и как миллиамперметра (δ_mA_,п):

δ_п
= ± (δ_V_,п+ δ_mA_,п);
δ_V_,п
= Δ_V_,п/U;
δ_mA_,п
= Δ_mA_,п/I;

Предельная
погрешность косвенного измерения R
Δ_к,п
= δ_пR,

где Δ_V_,п
и Δ_mA_,п
вычисляются по метрологическим
характеристикам мультиметра (Приложение
1).

Методическая
составляющая.

На рис. 2 источник
напряжения ИН представлен эквивалентной
схемой, со-

Рис. 2. Эквивалентные
схемы, соответствующие рис. 1.

держащей
последовательное соединение э.д.с. Е и
сопротивление R_и,
вольтметр – сопротивлением R_V,
миллиамперметр – сопротивлением R_mA.

В схеме рис. 2,а

,
(1)

а в схеме рис. 2,б

.
(2)

Поделив (1) на (2),
получим

(3)

При R_mA/R
<< 1; R_и/R
<< 1 и, тем более R_и/R_V
<< 1, пользуясь свойствами малых
величин и пренебрегая величинами второго
порядка малости, вместо (3) получим

(4)

Таким образом,
значение сопротивления, вычисляемое
по формуле R
= U/I
после измерения U
и I
по схемам рис. 1, т.е. косвенно измеренное
значение определяется левой частью
(4), а действительное
значение – это R
в этой формуле. Это значит, что относительная
методическая погрешность косвенного
измерения

δ_м
=
= 100,
%. (5)

Реально R_V
составляет около 1 МОм, R_и
– около 100 Ом, и R_mA< R_и.
Поскольку R_V
>> R,
второе слагаемое в скобках в правой
части (5) много меньше первого, и значит
можно считать, что

δ_м
= 100R_mA/R,
%,

а абсолютная
методическая погрешность

Δ_м
= R_mA.

При известном
значении R_mA
можно исключить методическую погрешность
внесением поправки и получить исправленный
результат косвенного измерения:

R_к_,_испр
= U/I – R_mA.
(6)

В документации
мультиметра М-830 сведений о R_mAнет, но
значение R_mA
можно определить экспериментально
(рис. 3):

Рис. 3. Схема для
определения сопротивления R_mA.

Для этой схемы
кроме исследуемого мультиметра нужен
милливольтметр. Можно использовать
такой же мультиметр, попросив его на
короткое время у другой бригады и
установив на нём самый чувствительный
диапазон измерения напряжения постоянного
тока.

R_mA=U/I

ПРИЛОЖЕНИЕ
1

Метрологические
характеристики цифрового мультиметра
М830

Напряжение
постоянного тока

U
– измеренное значение напряжения

Постоянный
ток

Верхний предел диапазона измерения, мА	Значение единицы младшего разряда (квант q), мкА	Предельные значения абсолютной погрешности при температуре 18 ÷ 28 ⁰С
0,2	0,1	± (1,0 % от I + 2q)
2	1	Такие же
20	10	Такие же
200	100	± (1,2 % от I + 2q)

Верхний предел диапазона измерения, В	Значение единицы младшего разряда (квант q), мВ	Предельные значения абсолютной погрешности при температуре 18 ÷ 28 ⁰С
0,2	0,1	± (0,25 % от U + 2q)
2	1	± (0,5 % от U + 2q)
20	10	Такие же
200	100	Такие же
1000	1000	Такие же

I
– измеренное значение тока; диапазон
0 ÷10 А не используется

Сопротивление

Верхний предел диапазона измерения, кОм	Значение единицы младшего разряда (квант q), Ом	Предельные значения абсолютной погрешности при температуре 18 ÷ 28 ⁰С
0,2	0,1	± (0,8 % от R + 2q)
2	1	Такие же
20	10	Такие же
200	100	Такие же
2 МОм	1 кОм	± (1,0 % от R + 2q)

R
– измеренное
значение сопротивления

Содержание
отчета:

Результаты
прямого измерения R.
Предельная погрешность.
Результаты
прямого измерения R.
Предельная погрешность.
Схемы
измерения.
Выводы.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Источник

Автор

dimanaviator · Опубликовано 12 минут назад

отмерил нужной длины для вторички силовой 20 жил 0,53 провода, сплел их в не тугую косу и в термоусадку ей и буду мотать, сразу одним этаким литцендратом по 10 жил в каждую полуобмотку, с изоляцией силовой вторички вопрос решен, но мне нужно еще намотать слаботочные обмотки для +15В/-15В и 12В учитывая что там стабилизаторы на выходе то мотаю на 20В все то есть 3 обмотки по 4 витка, класть их сверху силовой вторички будет не красиво так как силовая имеет приличный диаметр и слаботочки сверху будут сильно по ним пересекаться так как количество витков мало, может слаботочки положить сразу после первички? но возникает вопрос по изоляции первички относительно слаботочных вторичек, самого лака на проводах маловато. Еще мне не нравится что выводы первички болтаются относительно кольца, хочу закрепить, цапон лака в хозяйстве не оказалось, думаю или просто подклеить выходы первички цианакрилатом относительно кольца или заплести ниткой с так же пропиткой клеем по нитке. Фазировка тут на сколько я понимаю не принципиальна по выводам относительно платы, главное чтобы все обмотки в одну сторону, и полуобмотки правильно сфазированны относительно друг друга то есть начало с концом для получения средней точки.

Источник

Что такое погрешность цифрового мультиметра?
Как обеспечивается стабильность показаний цифрового мультиметра?
Что означает разрешение измерения?
Что такое диапазон измерений мультиметра?
В чем разница между отсчетами и разрядностью?

Важно, чтобы показания измерений мультиметра всегда были правильными. Еще более важно понимать, что они означают. Погрешность и прецизионность — это характеристики, которые определяют достоверность измерения. Высокая прецизионность обеспечивает лучшую повторяемость результатов, а низкая погрешность приближает показания измерения к истинному значению.

Цифровой мультиметр Fluke 117 для электромонтажных работ с бесконтактным измерением напряжения

Документация

Любой измерительный прибор имеет относительную погрешность. Обычно этот параметр фиксирован и индивидуален для каждого мультиметра. Он отражается в документации, прилагаемой к товару. Данные о погрешности обозначаются знаком процента или «плюса-минуса». Производитель указывает максимально допустимый диапазон отклонений, который получает после калибровки на заводе.

Однако перед использованием можно определить точность мультиметра самостоятельно. Часто два разных экземпляра, выпущенных одним и тем же производителем, могут иметь разные погрешности.

Для правильной оценки лучше использовать абсолютную цифру, которая приводится в конце шкалы погрешностей. Например, если нужно произвести измерения, где диапазон напряжения составляет 2 В, погрешность не должна составлять больше ±41 мВ.

Если паспортные данные мультиметра рассчитывают погрешность в процентном соотношении, например, ± 0,5% и ± 1D, то считаем. 0,5% от 2 В Получается значение 40 мВ, в этом случае единицей меньшего разряда выступает 1 мВ.

Если вы выявили, что на данном отрезке измерений мультиметр показывает отклонения, больше предусмотренных, ему требуется калибровка. Если правильно провести процедуры, показания будут точнее тех, которые указывает производитель в паспорте товара.

Что означает разрешение измерения?

Разрешение — это наименьшее изменение значения, которое может обнаружить и отобразить прибор.

В качестве примера, не связанного с электричеством, возьмем две линейки. Линейка с ценой деления 1 мм обладает большим разрешением, чем линейка с ценой деления 5 мм.

Представьте, что измеряется напряжение обычной 1,5-вольтовой батарейки. Если разрешение цифрового мультиметра составляет 1 мВ в диапазоне 3 В, при измерении напряжения можно увидеть изменение на 1 мВ. В диапазоне 3 В можно увидеть изменение измеряемой величины на одну тысячную или 0,001 вольта.

В характеристиках измерительного прибора разрешение может называться «максимальным разрешением», под которым понимается минимальное различимое изменение вблизи нижнего предела диапазона измерения.

Например, максимальное разрешение, равное 100 мВ (0,1 В), означает, что в случае, когда настройка диапазона мультиметра установлена на измерение максимально возможного напряжения, его значение будет отображаться с точностью до одной десятой вольта.

Разрешение можно увеличить: для этого на цифровом мультиметре необходимо выбрать меньший диапазон, при условии, что измеренное значение по-прежнему находится в его пределах.

Определение и отображение разрешения цифрового мультиметра

Варианты определения погрешности

Как откалибровать прибор – вопрос достаточно сложный, потому что единая методика, описывающая данные действия, не предусмотрена. Каждый пользователь подбирает удобный для себя метод, которых наиболее соответствует модели его мультиметра и является доступным.

Большинство мультиметров используется для измерения напряжения, прозвона электросетей, измерения сопротивления, ими проверяют транзисторы, конденсаторы, некоторые модели способны измерять температуру. Не столь важно, какой модели у вас прибор. Методика калибровки может быть единой для нескольких продуктов разных компаний.

В основном мультиметры имеют стандартную схему. Полученные показания они превращают в напряжение, которое сравнивается с образцовым значением, называемым VREF. Благодаря этому и удается получить измеряемые величины.

Для того чтобы они были максимально точными, необходимо, чтобы образцовое напряжение было приближено к идеальному. Так как величину ему в большинстве случаев задает обычный резистивный делитель, точность данных может зависеть от того, насколько свежая у прибора батарея. Если она разряжена, мультиметр будет выдавать неверные данные.

Неточность образцового напряжения сделает неверными и все остальные величины, получаемые при помощи мультиметра. Методика калибровки требует точной установки именно этого исходного параметра.

Совет. Перед тем как настраивать прибор, замените батарею или убедитесь в том, что она хорошо заряжена.

Многие мультиметры имеют подстроечные элементы для калибровки. Это переменные резисторы с дополнительным выводами. Искать их несложно, они имеют специальные обозначения на плате.

Если прибор старого образца, и плата таких обозначений не имеет, найдите примерное их месторасположение, а затем сравните со схемой мультиметра.

Погрешность

Погрешность измерительного прибора обычно задается двумя значениями: погрешностью показания и погрешностью по всей шкале. Эти две характеристики вместе определяют общую погрешность измерения. Эти значения погрешности измерения указываются в процентах или в ppm (parts per million, частей на миллион) относительно действуюшего национального стандарта. 1% соответствует 10000 ppm.

Погрешность показаний

Неточность показаний

Погрешность по всей шкале

Допустимое отклонение по шкале

Погрешность шкалы в цифрах

Часто для цифровых мультиметров приводится погрешность шкалы в разрядах вместо процентного значения.

Вычисление погрешности измерения

Точность: ±5% показания (3% шкалы)

Диапазон: 100 В

Показание: 70 В

Полная погрешность измерения вычисляется следующим образом:

Полное допустимое отклонение

Процентная погрешность — это отношение погрешности к показанию. Для нашего случая:

Цифры

Калибратор или образцовое напряжение

Для калибровки может быть применен специальный прибор типа АКИП-2201. Он выдает показания с высокой точностью, и на них можно ориентироваться для подгонки своего мультиметра.

Однако стоимость такого калибратора высока, поэтому им пользуются только специализированные компании, которые занимаются калибровкой приборов и вопросами метрологии.

Более доступный вариант для калибровки в домашних условиях – применить источник образцового напряжения. С его помощью можно провести калибровку популярных мультиметров Mastech и других марок.

В качестве источника можно использовать микросхему REF5050 на 5 В или специальный контрольный источник AD584, или любой другой с высокой точностью, который удастся найти. У нее заявленная точность 0,05%. Подключив мультиметр к схеме, подстроечными элементами добиваются правильные показания прибора.

Какая прецизионность у цифрового мультиметра?

Прецизионность — это способность цифрового мультиметра регулярно воспроизводить близкие друг к другу показания.

Для наглядности в качестве примера часто приводят расположение пулевых отверстий на мишени для стрельбы. Предполагается, что винтовка нацелена на «яблочко» мишени и стрельба каждый раз осуществляется из одного положения.

Если отверстия располагаются кучно, но за пределами «яблочка», можно считать, что стрельба винтовки (или, точнее, стрелка) характеризуется высокой прецизионностью, но и высокой погрешностью.

Если отверстия располагаются кучно и в пределах «яблочка», значит, винтовка стреляет с высокой прецизионностью и низкой погрешностью. Если отверстия распределены случайным образом по всей мишени, значит, винтовка обладает высокой погрешностью и низкой прецизионностью (и повторяемостью).

В некоторых случаях величина прецизионности (повторяемости) важнее погрешности. Если измерения повторяемые, можно определить характер ошибки и компенсировать ее.

Этапы процедуры

Нужно в первую очередь сделать следующее:

настроить делитель, который и определяет исходное VREF, для этого вам потребуется потенциометр VR1;
переключите мультиметр на деление 200мВ для измерения постоянного тока;
используйте вольтметр, точность которого известна, подайте на вход нужное напряжение. Чем ближе оно к указанной точке диапазона, тем лучше: например, подойдет напряжение 190мВ;
после этого можно настраивать показания мультиметра. Если вы меняете полярность, прибор должен реагировать и выдавать соответствующий знак.

Кроме этого, проверяется работа устройства и в других диапазонах. Если он исправен, расхождений не появится. Для того чтобы проконтролировать показатели, можно произвести повторное измерение напряжения, используя 36 вывод АЦП.

В этом случае напряжение должно составить 100 мВ. Однако не стоит ожидать высокой точности прибора. Дело в том, что часто производители устанавливают однооборотные потенциометры с сопротивлением 20 кОм, в результате чего не удается получить высокоточных показаний устройства.

Резистор переменный VR2 применяется для калибровки мультиметра при работе с переменным напряжением тока. Потребуется установить мультиметр в тот же диапазон, что использовался ранее – 200 мВ, но напряжение уже следует давать переменное.

На выход подают 190 мВ, частота должна составлять 100 Гц. Оцените полученные данные и настройте показания мультиметра, стараясь приблизить их к максимально точным.

Измеритель емкости настраивается при помощи переменного резистора VR3, но для этого нужен эталонный конденсатор. Благодаря ему удается измерить коэффициент усилия. Выходное напряжение мультиметра в этом случае будет прямо пропорциональным величине емкости, подвергнутой измерению; измерять требуется, используя АЦП.

Настройка измерителя температуры

Если мультиметр имеет внутренний датчик температуры, чаще всего для этого применяют диодD13: падение напряжения будет зависеть от температуры.

Например, если ТКН р-n перехода имеет отрицательное значение, типовым параметром будет являться 2 мВ/°С. Если требуется измерить значение температуры внешней среды, применяется термопара К-типа, чаще всего она является стандартной, прилагаемой к прибору. Изготавливается она из биметаллического сплава, подключать ее требуется параллельно внутреннему датчику.

Для калибровки показателя температуры надо отталкиваться от двух точек: 0°С (для этого требуется резистор VR5) и любая температура, которая известна вам точно, используется резистор VR4.

Совет. Для того чтобы добиться от мультиметра максимальной точности, нужно выбирать максимально высокое значение температуры, которое доступно вам для измерения.

Например, проводя калибровку дома, можно использовать емкость со льдом, температуру собственного тела или кипящую воду. Однако с последней стоит проявлять осторожность, так как в зависимости от атмосферного давления температура кипения воды может меняться в значении, достаточном, чтобы прибор показывал неточные данные.

Используя температуру собственного тела, контроль вы сможете осуществить при помощи ртутного термометра.

Вывод можно сделать следующий. Методика проверки мультиметров таким способом не является универсальной, однако она наиболее удобна для настройки оборудования в домашних условиях.

Калибровка мультиметра может потребоваться, если необходимо добиться более точных показаний. Каждый мультиметр нужно проверять хотя бы один раз в 2-3 года, потому что настройки сбиваются, и он начинает выдавать неверные данные. Учитывая, что общей методики для всех видов устройств не существует, владельцы прибегает к различным средствам.

Документация

Если паспортные данные мультиметра рассчитывают погрешность в процентном соотношении, например, ± 0,5% и ± 1D, то считаем. 0,5% от 2 В Получается значение 40 мВ, в этом случае единицей меньшего разряда выступает 1 мВ.

В чем разница между отсчетами и разрядностью?

Цифровой мультиметр с отображением отсчетов и разрядности

Отсчеты и разрядность — это термины, которые используются для описания разрешения цифрового мультиметра. Сегодня чаще всего цифровые мультиметры классифицируют по общему числу отсчетов, а не по разрядности.

Отсчеты: разрешение цифрового мультиметра также обозначается в отсчетах. Чем больше отсчетов, тем выше разрешение для определенных измерений. Например, мультиметр с 1999 отчетами не может измерять напряжение до одной десятой вольта, если измеряется 200 В и более. Компания Fluke производит цифровые мультиметры с разрядностью 3½ и числом отсчетов до 6000 (то есть максимальное число отсчетов на дисплее измерительного прибора составляет 5999), а также измерительные приборы с разрядностью 4½, с числом отсчетов 20000 или 50000.

Разрядность: в линейку продукции Fluke входят цифровые мультиметры с разрядностью 3½ и 4½. Например, цифровой мультиметр с разрядностью 3½ может отображать три полных разряда и один неполный разряд. Три полных разряда отображаются в виде чисел от 0 до 9. Неполный разряд, который считается наиболее значимым, отображается в виде 1 или остается пустым. Мультиметр с разрядностью 4½ может отображать четыре полных разряда и один неполный разряд, то есть разрешение такого прибора выше, чем у мультиметра с разрядностью 3½.

Варианты определения погрешности

Совет. Перед тем как настраивать прибор, замените батарею или убедитесь в том, что она хорошо заряжена.

Неточность измерения

Погрешность и точность

Определения неопределенностей. Слева — серия измерений. Справа — значения в виде гистограммы.

Гистограмма

Используйте правильные термины

Калибратор или образцовое напряжение

Этапы процедуры

Нужно в первую очередь сделать следующее:

настроить делитель, который и определяет исходное VREF, для этого вам потребуется потенциометр VR1;
переключите мультиметр на деление 200мВ для измерения постоянного тока;
используйте вольтметр, точность которого известна, подайте на вход нужное напряжение. Чем ближе оно к указанной точке диапазона, тем лучше: например, подойдет напряжение 190мВ;
после этого можно настраивать показания мультиметра. Если вы меняете полярность, прибор должен реагировать и выдавать соответствующий знак.

Сфера применения

Эти универсальные приборы позволяют измерять несколько параметров постоянного и переменного тока: напряжение, ток, сопротивление, в то время как специализированные приборы, такие как омметры, амперметры и вольтметры, могут измерить только один определенный параметр цепи.

Мультиметры широко используются в промышленной сфере, электротехнике, электронике, в инженерных расчетах, при проведении ремонтных и эксплуатационных работ. Вместе с контрольными лампами мультитестеры применяют при отделочных работах, во время монтажа и подключения электрической сети. Использование мультиметров дает возможность обеспечения качественной установки электрооборудования.

Настройка измерителя температуры

Совет. Для того чтобы добиться от мультиметра максимальной точности, нужно выбирать максимально высокое значение температуры, которое доступно вам для измерения.

Используя температуру собственного тела, контроль вы сможете осуществить при помощи ртутного термометра.

Зная, как проверить мультиметр на работоспособность, можно получить корректные показания выполняемых замеров.

Как можно проверить мультиметр?

Мультиметр может иметь очень разнообразный функционал, представленный определением:

показателей напряжения и сопротивления, «прозвонкой»;
емкостных параметров конденсатора;
таких показателей, как освещенность и шум;
уровня частоты;
температурных показателей;
целостности и полярности таких элементов, как транзисторы и полупроводниковые диоды;
наличия или отсутствия дефектов на соединениях.

При выборе электроизмерительного прибора, непосредственно перед приобретением, очень важно обратить особое внимание на следующие показатели тестера:

наличие нанесенного на корпус логотипа, свидетельствующего о сертификации прибора по результатам государственного тестирования;
качественные характеристики коммутационного устройства, так как долгосрочная эксплуатация чаще всего присуща приборам, выпускаемым известными и хорошо зарекомендовавшими себя производителями;
показатели разрядности дисплея у приборов цифрового типа. Мультиметры, имеющие разряд 3,5, отображают значения в пределах 0,001, а при разряде на уровне 2,5 — в диапазоне 0,01;
показатели допустимых погрешностей, которые могут в значительной степени колебаться, но не должны превышать 10%.

Проверка работоспособности приобретаемого электроизмерительного прибора — обязательное условие беспроблемной эксплуатации, и чаще всего осуществляется параллельным подключением к электрической розетке вольтметра с последующей сверкой показаний на приборах или при помощи батарейки.

Топ-7 мультиметров

Будем считать, что с теорией мы разобрались. Рассмотрим лучшие модели мультиметров: бюджетные для домашнего использования и профессиональные приборы подороже.

Лучшие бюджетные мультиметры

Bort BMM-800

Недорогой, довольно простой портативный аппарат ценой около 400 рублей. Способен прозванивать цепь со звуковой индикацией повреждения проводки, определять работоспособность диодов и транзисторов и фиксировать результаты измерения. Погрешность измерений не превышает 1-2%. Питается 9-вольтовыми батарейками типа «Крона». Хороший вариант для использования дома, правда, надёжность щупов вызывает некоторые сомнения.

Цена: ₽ 441

ELITECH ММ 100

Цена этого красавца в модном красном корпусе всего 300 рублей. Работает от батареек 6LR61. Умеет, в принципе, всё, что должен уметь домашний авометр, включая измерение переменного напряжения, определение работоспособности диодов и транзисторов, а также прозвонку электрической цепи. Погрешность в работе не превышает 2%. Не самую высокую разрядность — всего 2 разряда — и короткие провода при такой цене и недостатками-то как-то неловко называть.

Цена: ₽ 280

ELITECH ММ 200К

Цифровой мультиметр ценой около 900 рублей. В отличие от большинств аконкурентов оснащён не только щупами на проводах, но и токоизмерительными клещами. Питается от батарейки стандарта 6LR61. Помимо всего прочего способен измерять температуру (в пределах 750 градусов по Цельсию), определять целостность диодов и транзисторов, прозванивать цепь, работать как с переменным, так и с постоянным током. Погрешность не превышает 2,5%.

Цена: ₽ 870

РЕСАНТА DT 838

Мультиметр от отечественного бренда (пусть и китайского производства) стоит всего около 400 рублей. Способен измерять работоспособность диодов и транзисторов, работать с цепями переменного и постоянного тока. Отличительная черта этого прибора — очень маленькая погрешность для такой скромной цены: при измерениях мультиметр будет врать не более, чем на 0,5-1,5%. Остальные характеристики аппарата вполне стандартны для его класса и цены. Хороший помощник для экономного домашнего электрика.

Цена: ₽ 329

IEK Master MAS830L

Этот мультиметр отличается от других аналогичных приборов ярким жёлтым корпусом, который защищён от влаги и пыли по стандарту IP20. В остальном это довольно типичный, хотя и качественный прибор, который умеет всё, что должен уметь порядочный мультиметр стоимостью 650 рублей. Погрешность в измерениях колеблется от 0,8% до 5% — для домашнего использования таких показателей вполне достаточно. Прозванивать проводку, определять работоспособность транзисторов и диодов, работать с переменным и постоянным током авометр умеет. Главный недостаток — небольшой диапазон рабочих напряжений, от 200 до 600 В.

Цена: ₽ 649

Лучшие профессиональные мультиметры

МЕГЕОН 12700

Цифровой мультиметр с разрядностью дисплея 2,5 и подсветкой экрана. Погрешность измерений не превышает 1%, что вполне достаточный результат даже для профессионального использования. Кроме прозвона проводки на предмет наличия повреждений и оценки состояния диодов и транзисторов прибор умеет определять ёмкость конденсаторов, фиксировать измерения и работать как с постоянным, так и с переменным током. Стоит для своих характеристик прибор не так уж и дорого, всего 3400 рублей.

Цена: ₽ 3 407

МЕГЕОН 12735

Точность у этого мультиметра чуть ниже, чем у старшего брата, который расположился выше: погрешность измерений может достигать 2,5%. Зато здесь есть функция автоматического выбора диапазона измерений, подсветка дисплея, возможность прозвона цепи, измерения ёмкости конденсаторов, работы с цепями переменного и постоянного тока, определение работоспособности диодов и трансзисторов. Питается прибор от батареек типа ААА и стоит не так уж дорого для авометра с такими характеристиками — всего около 1600 рублей.

Цена: ₽ 1 660

Использование батарейки

Проверка прибора батарейкой удобна и заключается в том, что результатом смены полярности щупов становится выведение мультиметром абсолютно одинаковых показателей замеров напряжения.

выбор режима работы электроизмерительного прибора, который соответствует замерам уровня постоянного напряжения;
установка измерительных пределов, равных 20 В.

После того, как будут приложены приборные щупы на контакты батареи, замеряются показатели напряжения и снимаются данные.

Исправная батарея показывает напряжение, равное 1,35 В. Однако, в малотребовательных приборах вполне могут использоваться элементы с уровнем заряда не менее 1,2 В. Батареи с минимальным зарядом подлежат обязательной утилизации.

Повторное тестирование позволяет проверять емкостные показатели элемента в условиях нагрузки:

подсоединение щупа мультиметра к контактам питающего элемента;
параллельное подключение нагрузочного элемента;
выдерживание паузы в пределах 30-40 сек.;
снятие полученных результатов.

Следует отметить, что обеспечение максимальной точности получаемых измерений, предполагает предварительную установку на приборе наименьшего предела замеряемого напряжения, благодаря чему легко определяется погрешность измерений.

Многие производители новых источников питания незначительно завышают уровень напряжения, что позволяет обеспечивать батарейке максимально продолжительный срок службы.

Максимально точные данные удаётся получить при замерах с нагрузкой, а в качестве основного нагрузочного элемента, чаще всего используется традиционная лампочка, предназначенная для установки в карманный фонарик.

Замыкание контактов в режиме измерения сопротивления

В условиях отсутствия специального оборудования, применяемого с целью калибровки измерительного прибора, проверка точности получаемых показаний определяется не только при помощи обычной батарейки, но и посредством замыкания контактов на режиме замеров показателей сопротивления.

Требуется обратить внимание на тот факт, что данные работы могут быть произведены исключительно в режиме замеров уровня сопротивления, так как некоторые модели, предназначенные для измерения других параметров, в результате замыкания контактов часто выходят из строя.

Режим измерения сопротивления/прозвонка/диодный тест

После того, как щупы будут подключены к соответствующим разъемам, и произойдёт контактное замыкание, индикатор измерительного прибора должен выражать сопротивление «О». Наличие любых других показаний свидетельствует о неисправности тестера.

При необходимости выполняется измерение резисторного сопротивления с заведомо известными показателями. Однако даже исправные мультиметры в результате неправильной эксплуатации, способны искажать получаемые данные. Используется стандартное правило подключения, при котором щуп красного цвета подсоединяется к положительному полюсу, а черный провод — к отрицательному.

Показания прибора

Мультиметры представлены аналоговыми моделями и приборами цифрового типа. Все тестеры отличаются по функционалу, а также точности получаемых показаний. Популярные аналоговые мультиметры все данные о выполняемых измерениях показывают стрелкой и шкалой. Работа с таким типом прибора не всегда удобна и требует некоторой сноровки, а кроме всего прочего, стрелочный тестер нужно держать в стабильно зафиксированном положении, что не позволит стрелке «скакать».

Мультиметр Aneng AN8001

В цифровых мультиметрах результаты замеров, а точнее показания, выводятся на удобный ЖК-экран, и имеют вид интуитивно понятных цифровых значений, что исключает ошибки, которые допускают малоопытные мастера при снятии данных.

Такие тестирующие приборы очень просты в эксплуатации, поэтому получили широкое распространение. Стоимость любого измерительного устройства варьирует в зависимости от качественных характеристик, функционала и точности получаемых показаний. Стандартный тестер позволяет произвести замеры тока, напряжения и сопротивления.

Чтобы правильно считывать цифровые данные результатов замеров, нужно помнить, что при диапазоне измерений 200mV показатели на экране составляют «1», при 2,0V — «1,607», величины 20V соответствует уровень «1,60», а 200V — «1,6».

Большой и маленький тестер

Отсутствие правильных показателей на приборе, может свидетельствовать об употреблении разряженных батарей питания, недостатка активности пользователя и переводе тестера в режим «экономный», неправильном подключении щупов, выходе из строя плавкого предохранителя, а также установке переключателя в ошибочный режим. При необходимости следует выполнить подстройку выбора диапазона ручным способом.

Сравнительная таблица лучших мультиметров

Название	Основные характеристики	Цена
Bort BMM-800	Способен прозванивать цепь со звуковой индикацией повреждения проводки, определять работоспособность диодов и транзисторов и фиксировать результаты измерения.	₽ 441
ELITECH ММ 100	Работает от батареек 6LR61, умеет, в принципе, всё, включая измерение переменного напряжения, определение работоспособности диодов и транзисторов, а также прозвонку электрической цепи.	₽ 280
ELITECH ММ 200К	Оснащён токоизмерительными клещами, питается от батарейки стандарта 6LR61, способен измерять температуру (в пределах 750 градусов по Цельсию).	₽ 870
РЕСАНТА DT 838	Способен измерять работоспособность диодов и транзисторов, работать с цепями переменного и постоянного тока, очень маленькая погрешность.	₽ 329
IEK Master MAS830L	Защищён от влаги и пыли по стандарту IP20, погрешность в измерениях колеблется от 0,8% до 5% — для домашнего использования таких показателей вполне достаточно.	₽ 649
МЕГЕОН 12700	С разрядностью дисплея 2,5 и подсветкой экрана, погрешность измерений не превышает 1%, что вполне достаточный результат даже для профессионального использования.	₽ 3 407
МЕГЕОН 12735	Есть функция автоматического выбора диапазона измерений, подсветка дисплея, возможность прозвона цепи, измерения ёмкости конденсаторов, работы с цепями переменного и постоянного тока.	₽ 1 660

Источник

Допуски в мультиметрах

Аналоговые мультиметры

В аналоговых мультиметрах погрешность измерения указывается в процентах. Это значение (напр., ± 1,5%) относится к полному отклонению стрелки в соответствующем диапазоне измерения.

Пример
Предположим, измерительный прибор находится в диапазоне 15 В, то есть погрешность ± 1,5% от 15 В составит ± 0,225 В — независимо от фактически измеренного напряжения.

Какова относительная погрешность в% в диапазоне 15 В при измеренном напряжении в 12 В?
Результат: относительная погрешность составляет 1,88%.

Какова относительная погрешность в% в диапазоне 15 В при измеренном напряжении в 1 В?
Результат: относительная погрешность составляет 22,5%.

Поэтому при использовании аналоговых мультиметров диапазон измерения необходимо выбирать таким образом, чтобы измеряемое значение находилось в последней трети шкалы.

Цифровые мультиметры

Для цифровых мультиметров существуют два указания допуска, Типичный пример — 0,25% + 1 разрядная цифра. В данном случае указанные в процентах (± 0,25%) относится не к конечному диапазону, а к фактически индицируемому значению. К погрешности в процентах добавляется еще так называемая погрешность разряда. Она обозначает дополнительное отклонение в разрядах, повышающее или понижающее последний разряд высвечиваемого значения.

Пример
При выбранном диапазоне 20 В и индицируемом значении 12 В допустимое отклонение в нашем примере должно составлять +-30 мВ (0,25% от 12 В). В 3 1/2 — разрядном мультиметре это означает показание между 11,97 В и 12,03 В. При учете погрешности разряда — в нашем примере ± 1 разряд — получается возможное показание между 11,96 В и 12,04 В. В этом случае общая погрешность в процентах для этого значения будет составлять ± 0,33%. Если в этом же диапазоне значение измерения составит 1 В, погрешностью в 0,25% можно пренебречь, поскольку она составит всего ± 2,5 мВ и на дисплее не появится. Погрешность разряда, напротив, в данном случае более серьезная, поскольку возможно показание между 1,01 В и 0,99 В. Это соответствует отклонению 1 %.

В цифровых мультиметрах диапазон индикации также должен выбираться таким образом, чтобы измеренное значение находилось по возможности в последней части диапазона измерения.

Источник