Vedeli by ste si vybrať ... ?

MULTIMETER   doc. Ing. Peter Kukuča, CSc., MIEE  
     Multimeter je ďalším elektronickým meracím prístrojom, s ktorým sa možno stretnúť na každom kroku. Hoci jeho použitie je väčšinou veľmi jednoduché, výber vhodného prístroja môže ovplyvniť nielen pohodlie obsluhy, ale aj správnosť výsledkov merania.
 

1. Analógový alebo číslicový ?

 
     Hoci sa táto otázka zdá byť už neaktuálna, nemusí to vždy byť pravda. Analógové zobrazenie výsledku merania má viacero výhod. Umožňuje ľahšie sledovať zmeny, nastaviť maximum alebo minimum; súčasné sledovanie viacerých  číslicových prístrojov je mimoriadne náročné. Preto sa možno stále častejšie stretnúť s číslicovými multimetrami, ktoré majú aj analógové zobrazenie hodnoty meranej veličiny. Presnosť analógových meracích prístrojov (MP) je veľmi často postačujúca, ich niektoré vlastnosti môžu byť dokonca lepšie než pri lacných číslicových prístrojoch, napr. frekvenčný rozsah, nezávislosť od tvaru signálu a pod. Špičkové číslicové prístroje, samozrejme, majú podstatne lepšie vlastnosti, ale za podstatne vyššiu cenu. Aj bežné číslicové meracie prístroje mávajú jednoduchšiu obsluhu a odčítanie údajov a často poskytujú možnosť merať viac veličín. Okrem napätia, prúdu a odporu, bežných pri analógových MP, to býva frekvencia, kapacita, parametre tranzistorov atď. Pretože číslicové multimetre (DMM) sa už používajú častejšie než analógové a pravdepodobnosť ich nevhodného použitia je (nielen) preto väčšia, budeme sa v ďalšom venovať len im.
 

2. Presnosť

 
     Pri DMM automaticky predpokladáme vysokú presnosť merania. Ale predpokladať nestačí. Treba sa presvedčiť, t. j. prečítať si špecifikáciu chýb merania v návode na používanie.
 
     Najbežnejšia chyba, ktorej sa možno dopustiť, je posudzovať presnosť merania pomocou DMM len na základe počtu miest na displeji. Dĺžka displeja je totiž odvodená od najpresnejšieho merania, čiže väčšinou od merania jednosmerného napätia alebo odporu.
 
     Presnosť číslicových meracích prístrojov sa vyjadruje jedným z dvoch spôsobov
 
     ±(0.1 % z údaja + 0.05 % z rozsahu)
     ± (0.01 % + 2 digity)
 
     Maximálne chyby merania zaručované výrobcom sa teda vypočítajú ako súčet dvoch častí, z ktorých jedna je vztiahnutá na údaj prístroja (nameranú hodnotu) a druhá na rozsah, na ktorom sa meralo. Podobne je to aj pri druhom zápise, kde prvá časť vyjadrenia chyby je vztiahnutá na údaj MP a druhá časť zápisu závisí len od zvoleného rozsahu, resp. od príslušnej rozlišovacej schopnosti. Jeden digit je hodnota meranej veličiny zodpovedajúca jednotke na najnižšom ráde displeja MP. Viac digitov je príslušný násobok tejto hodnoty. Oba spôsoby zápisu sú teda ekvivalentné a možno ich navzájom prepočítať.
 
     Príklad: Multimetrom s presnosťou deklarovanou vzťahom ± (0.1 % z údaja + 0.05 % z rozsahu) na rozsahu 2 V sme namerali napätie 1.234 V. Výrobcom zaručovaná maximálna chyba údaja je ± (0.1 % z 1.234 + 0.05 % z 2.000) = ± 0.0022 V, čo predstavuje relatívnu chybu ± 0.18 %. Výsledok merania je 1.234 V ± 0.003 V alebo 1.234 V ± 0.2 %. Údaj o chybe merania by mal mať poslednú (najmenej významnú) platnú číslicu v tom istom ráde ako výsledok merania. Zaručovaná (maximálna) chyba merania sa zaokrúhľuje vždy nahor.
 
     Triapolmiestny multimeter, ktorý má presnosť deklarovanú vzťahom ± (0.1 % + 1 digit) na rozsahu 2 V, má také isté zaručované maximálne chyby ako predchádzajúci prístroj. Ak sme namerali -1.234 V, výsledok merania je -1.234 V ± 0.003 V alebo -1.234 V ± 0.2 %.
 
     Pri veľmi presných prístrojoch sa možno stretnúť namiesto percent (stotina) s pomerovou jednotkou ppm^*) (part per million - milióntina).
 
     Deklarácia chýb DMM je uvedená v návode na používanie, väčšinou vo forme tabuľky spolu s ďalšími údajmi - vstupný odpor, frekvenčný rozsah, úbytok napätia pri meraní prúdu a pod.
 
     A práve tu sa môžeme presvedčiť, že aj pri meraní tej istej veličiny môžu byť chyby merania na rôznych rozsahoch rôzne. Pre rôzne merané veličiny sa môžu zaručované hranice relatívnych chýb líšiť aj o niekoľko rádov.
 

3. Striedavé merania

 
     Najväčšie prekvapenie môže DMM priniesť pri meraní striedavého napätia a prúdu. Kým bežný magneto-elektrický voltmeter s usmerňovačom má frekvenčný rozsah rádove jednotky kHz, lacné 3 1/2 miestne číslicové DMM majú najčastejšie frekvenčný rozsah 400 Hz. Sú teda vhodné v podstate len na meranie napätia sieťovej frekvencie. Okrem toho, chyba údaja týchto prístrojov pri meraní striedavých veličín býva pomerne vysoká - viac ako 1-2 %. Ak teda chcete merať aj striedavé napätie alebo prúd, nezabudnite sa presvedčiť, či deklarované hranice chýb a frekvenčný rozsah zvoleného DMM vyhovuje vašim požiadavkám.
 
     Hoci sa na prevod striedavej veličiny na jednosmernú v DMM stále častejšie používajú prevodníky efektívnej hodnoty na jednosmerné napätie, ešte stále sa možno stretnúť, hlavne pri lacnejších prístrojoch, s jednoduchým dvojcestným usmerňo-vačom. To ale znamená, že takéto MP merajú strednú hodnotu napätia alebo prúdu. Ukazujú síce 1,11-násobok tejto hodnoty, to je ale efektívna hodnota len pre harmonický (sinusový) priebeh meranej veličiny. Pri meraní signálov iných tvarov môže dôjsť k značnej chybe merania (jednotky až desiatky percent). Prístroje merajúce efektívnu hodnotu nezávisle od časového priebehu napätia alebo prúdu bývajú označované ako TRUE RMS, teda merajúce skutočnú efektívnu hodnotu.
 
     Aj dokonalý DMM môže ukazovať nesprávne hodnoty, ak meraný signál obsahuje jednosmernú aj striedavú zložku, ktorých hodnoty sa podstatne líšia. Ak napríklad meriame relatívne malú jednosmernú zložku striedavého napätia a zvolíme jej zodpovedajúci rozsah (prípadne to za nás spraví DMM, ak má automatické prepínanie rozsahov), môže vďaka obmedzenému dynamickému rozsahu vstupných obvodov dôjsť k orezaniu striedavej zložky napätia a tým aj k ovplyvneniu hodnoty jednosmernej zložky. Výsledkom je neodhadnuteľná a nekorigovateľná chyba merania. Pri takýchto meraniach je vhodné použiť rozsah zodpovedajúci maximálnej hodnote meraného napätia. DMM s automatickou voľbou rozsahov (autorange) by mal mať aj možnosť ručnej voľby rozsahu.
 

4. Vstupný odpor

 
     Základnou podmienkou každého merania je, aby sa pripojením meracieho prístroja nezmenili pomery v meranom objekte. V prípade merania elektrického napätia to znamená požiadavku čo najväčšieho vstupného odporu meracieho prístroja. Vstupný odpor DMM býva bežne 10 M. Pre väčšinu meraní to postačuje, niekedy je to však málo. Niektoré DMM umožňujú voľbu vstupného odporu medzi touto hodnotou a podstatne vyššou, aj keď nie presne definovanou hodnotou, napr.  > 10 G.
 

5. Možnosti automatizácie merania

 
     Merania niekedy vyžadujú spracovanie výsledkov viacerých odčítaní štatistickými metódami, porovnanie rôznych meraní, nájdenie extrémnych hodnôt alebo zistenie, či zadané hodnoty boli prekročené. DMM schopné vykonať takéto úlohy už nie sú vzácnosťou. Ak sú však naše úlohy veľmi zložité alebo potrebujeme spracovať mimoriadne veľa meraní, najvýhodnejším sa javí prepojenie DMM s počítačom. Ak chceme automatizovať len meranie s jedným DMM, najjednoduchším a najlacnejším riešením je prístroj schopný komunikovať po sériovej linke RS-232, ktorý možno pripojiť ku každému osobnému počítaču. Toto riešenie ponúkajú aj niektoré pomerne lacné DMM.
 
     Systémovejším riešením je použitie DMM so zbernicou GPIB. Ponúkajú ho síce len drahšie prístroje a vyžaduje použitie špeciálnej karty do počítača, umožňuje však súčasné riadenie a odčítanie viacerých prístrojov.
 

6. Záver

 
     Číslicové multimetre sa pohodlne obsluhujú, poskytujú stále viac funkcií a sú cenovo čoraz prístupnejšie. Správne využitie ich možností však vyžaduje detailne poznať význam a špecifikáciu ich jednotlivých parametrov. Len tak sa možno vyvarovať nepríjemných prekvapení pri ich použití.
 
^*)Podľa STN ISO 31-0: 1997 sa skratka ppm nesmie používať
  Časopis EE, 4, 1998, č. 3, s. 28-29