Digitálny multimeter (DMM) je najčastejšie používaným prístrojom na pracovnom stole profesionála, ale aj amatéra. Či už robíme rýchle a jednoduché meranie napätia alebo zaznamenávame údaje napríklad o teplote počas dlhého časového obdobia, váš digitálny multimeter jednoducho musí fungovať vždy spoľahlivo a najmä presne - teda s čo najmenšou chybou merania. Je to taký ťažný kôň vášho pracovného stola. V mnohých ohľadoch má väčšina z nás so svojim digitálnym multimetrom viac menej jednostranný vzťah. Aj keď je digitálny multimeter dôležitý prístroj, nevenujeme mu ani zďaleka toľko času a pozornosti, ako by si zasluhoval. Od návrhu zapojenia cez prvotné spustenie prototypu a jeho ladenie až po testovanie a overovanie, je digitálny multimeter neustále prítomný počas celého cyklu vývoja od začiatku až do jeho konca. V tomto článku sa preto pozrieme bližšie na digitálny multimeter a všetko, čo dokáže urobiť, alebo čo by mal dokázať. Témy na ktoré sa pozrieme, sú užitočné či už uvažujete o nákupe multimetra, alebo sa chcete iba dozvedieť viac o prístroji, ktorý máte v súčasnosti na svojom pracovnom stole.

10 vecí, ktoré by ste mali vedieť pred kúpou stolného digitálneho multimetra

1. Stolový, alebo ručný?

Tento článok sa zameriava výlučne na stolové digitálne multimetre. Nebudeme sa v ňom preto zaoberať ručnými digitálnymi multimetrami, avšak majte na pamäti, že mnohé koncepty, ktoré sa týkajú stolových digitálnych multimetrov, sa vzťahujú aj na ručné multimetre. Vo všeobecnosti preto platí, že stolové multimetre majú vyššiu presnosť, lepšie rozlíšenie, lepšiu programovateľnosť systému a 4-vodičové meracie funkcie v porovnaní s klasickým ručnými multimetrom. Ručné digitálne multimetre majú tendenciu poskytovať nižšiu presnosť a ponúkajú jednoduchšie funkcie. Sú avšk koncipované ako prenosné a väčšinou sa používajú samostatne. Mnohí technici a elektrikári práve preto používajú ručné multimetre kvôli ich prenosnosti. Naopak tam, kde nie je kladená požiadavka na mobilitu, sa uprednostňujú stolové digitálne multimetre pre ich presnosť, široké možnosti merania a konektivitu. Niektoré ručné multimetre ponúkajú prepojenie s počítačom, či smartfónom pomocou rozhrania Bluetooth® a mobilnej aplikácie. Niektoré staršie modely poskytovali pripojenie pomocou IR portu, no v súčastnosti sa tento port už nevyskytuje. Na druhej strane stolové multimetre zvyčajne ponúkajú možnosti rôznorodého káblového pripojenia, ako napr. LAN, USB alebo GPIB. Táto konektivita je už buď zabudovaná, alebo je ju možné podľa konkrétnych potrieb dokúpiť v podobe dodatočných modulov ak to umožňuje konštrukcia multimetra. Toto riešenie umožňuje automatizovanie celého procesu testovania a ich integráciu do testovacieho stojana spolu s ostatnými meracími prístrojmi. Toto zároveň umožňuje využívať rôzny aplikačný a testovací software pre PC ako aj použitie vlastných programov pre ovládanie multimetra. Ak je požiadavka  na vykonávanie automatizovaného testovania, je pravdepodobne najlepšou voľbou práve stolový digitálny multimeter. Keďže stolové digitálne multimetre sú menej prenosné, majú tendenciu zostať na vašom pracovnom stole oveľa dlhšie, pretože je pre kolegu ťažšie si ich požičať.

2. Počet zobrazených miest, presnosť a rozlíšenie

Aby sme porozumeli počtu zobrazených miest, presnosti a rozlíšeniu, začneme tým, že sa opýtame na najčastejšiu otázku pri digitálnom multimetri: Čo je to tá "polciferná číslica - polmiesto"? Používatelia túto otázku kladú pomerne často, preto je dôležité pochopiť význam polovičnej číslice. Je to vlastne prvá špecifikácia, ktorú si na digitálnom multimetri všimnete. Ak máte 3 a pol číslice tak, tzv. polovičná číslica je práve tá najvýznamnejšia číslica (na obrázku červená).

Polmiesto môže byť číslo 0 alebo 1. Takže 3 a polmiestny digitálny multimeter ponúka +/- 2 000 zobrazench miest. 4 a polmiestny digitálny multimeter ponúka +/- 20 000 zobrazených miest a tak ďalej. Počet číslic sa priamo premieta do počtu zobrazených miest. Číslice a zobrazené miesta nám preto v konečnom dôsledku dávajú predstavu o rozlíšení digitálneho multimetra, no nijako nesúvisia s jeho presnosťou. Častým omylom v rôznych diskusiách však je, že číslice a zobrazené miesta predstavujú presnosť digitálneho multimetra, čo nie je pravda.

3. Vizualizácia

Jedným z kľúčových faktorov pri výbere stolného digitálneho multimetra je spôsob grafického zobrazenia nameraných údajov. Ako chcete vidieť svoje namerané  údaje? Väčšina digitálnych multimetrov má predvolené číselné zobrazenie. Pokročilé digitálne multimetre však majú v sebe integrované aj rôzne sofistikované funkcie, ako napr. trendové grafy (hodnota v závislosti od času) a histogramy, nakoľko generácia dnešných multimetrov sa neobmedzuje iba na jednoduché zobrazenie nameraných hodnôt v podobe číselného údaja na displeji. Na častokrát preplnenom pracovnom stole je preto dôležité mať digitálny multimeter, ktorý vyniká primeranou veľkosťou displeja s dobrým kontrastným podaním a zobrazuje svoje merania jasným a ľahko čitateľným spôsobom.

Séria digitálnych multimetrov Truevolt od spoločnosti Keysight Technologies ponúka rôzne grafické funkcie pre zobrazovanie nameraných hodnôt, ako napr. trendové a histogramové grafy, ktoré umožňujú rýchly prehľad o prebiehajúcom meraní v reálnom čase. 4,3-palcový farebný grafický displej výrazne uľahčuje sledovanie a štatistickú analýzu a zároveň poskytuje efektívne zobrazenie.

Zobrazenie trendového grafu na digitálnom multimetri Keysight Truevolt

Zobrazenie grafu histogramu na digitálnom multimetri Keysight Truevolt

Podružné zobrazenie merania na digitálnom multimetri Keysight Truevolt (obrázok sa vzťahuje k časti 4.)

4. Podružné merania

Digitálne multimetre boli v priebehu času tradične prístroje určené pre jeden druh merania. V niektorých prípadoch však nastane potreba mať možnosť sledovať viac ako je jeden z parametrov meraného signálu. To poskytuje doplnkové údaje, vďaka ktorým môžu byť vaše merania výrazne presnejšie. Pri správnej architektúre a konštrukcii teraz môžu digitálne multimetre vykonávať aj rôzne druhy podružných meraní. Jedným z príkladov, kde to môže byť užitočné, je prípad, keď pri meraní teploty pomocou termistora pripojeného k multimetru potrebujete merať aj odpor samotného teplotného snímača. To využijete napríklad vtedy ak sa vyskytne rozdiel v nameraných hodnotách teploty, a vy máte pochybnosti buď o presnosti merania, alebo funkčnosti snímač teploty. Teraz môžte súčasné sledovať odpor snímača teploty, a porovnať ho s nameraným výsledkom, aby ste sa uistili, že je nameraná hodnota v rámci rozsahu. Ďalším príkladom je napríklad meranie rušivej zložky v meranom signále, kde môžte súčasne sledovať prítomnosť jednosmernej a aj striedavy zložky v meranej vzorke napätia.

5. Jednoduché meranie výkonu jednosmerného prúdu

Mnohé aplikácie si dnes vyžadujú aj súbežné meranie výkonu. Už mnoho rokov sa digitálny multimeter tradične spoliehal pri meraní výkonu na ďalší merací prístroj, ale zas nie každý má na stole aj merač výkonu. Hoci digitálne multimetre môžu a vedia merať prúd a aj napätie, ich vnútorná konštrukčná topológia im neumožňuje merať obidve tieto hodnoty presne a v rovnakom čase. Pomocou rôznych techník však môžete získať dobré výsledky merania U / I  a následne aj výkonu W priamo zo stolného digitálneho multimetra. Jednou z techník je aj použitie matematickej funkcie. Ak viete, že napätie zostane celkom stabilné, môžete naprogramovať digitálny multimeter tak, aby vynásobil známu (predtým nameranú) hodnotu napätia nameraným prúdom. Výkon sa potom rovná napätiu vynásobenému prúdom, (P = U x I), takže ako výsledok dostanete hodnotu výkonu vo wattoch, ktorá sa zobrazí na displeji vášho multimetra (obrázok s nameraným výkonom dolu).

Digitálny multimeter Truevolt od spoločnosti Keysight má špeciálnu funkciu pre meranie napätia a prúdu súčasne. Ak svorky SENSE nie sú v prevádzke, môžete ich použiť na sekundárne meranie napätia v obvode, zatiaľ čo primárne svorky merajú cez 1 ohmový rezistor - bočník v sérii s obvodom. Takto získate súčasné meranie napätia a prúdu. Platia tu síce určité obmedzenia, ale pre základné výkonové merania je to celkom použiteľné riešenie.

Príklad zapojenia meracieho obvodu s použitím externého bočníka

Príklad zobrazenia merania výkonu za použitia matematickej funkcie.

6. Malý prúd a dynamické meranie prúdu

Pri výbere digitálneho multimetra zvážte rozsah meraného prúdu, ktorý potrebujete merať. Meranie prúdu na polovodičových zariadeniach si vyžaduje oveľa vyššiu úroveň presnosti merania prúdu v porovnaní s inými aplikáciami. Väčšina 6 a polmiestnych digitálnych multimetrov je obmedzená nízkym prúdovým rozsahom 1 mA. Zaťaženie napätím preto môže byť pri meraní nízkeho prúdu značným problémom. Zaťažujúce napätie je napätie na bočníkovom odpore v sérii s obvodom. Zaťažujúce napätie je preto problémom s ktorým sa musíte nejakým spôsobom vysporiadať, ak chcete merať veľmi citlivé komponenty. Môžete byť schopní kompenzovať zaťažovacie napätie nastavením mierne vyššieho napätia na zdroji napájania. Novšie prístroje Keysight majú oveľa lepšiu konštrukciu na meranie hodnôt nízkeho prúdu. Napríklad model 34470A so 7 1/2 miestnym zobrazením nameranej hodnoty má oveľa nižšie záťažové napätie v porovnaní s priemyselným štandardom akým je Keysight 3458A 8 1/2 miestny digitálny multimeter.

Dynamické meranie prúdu môže byť pomerne komplikované, najmä keď zahŕňa zmenu rozsahu merania. Obrázok vyššie ukazuje typické prúdový profil RF vysielača. Prúdový odber tu znázorňuje široký rozsah režimov spánku, pohotovostného režimu a aktívneho režimu. Dynamický rozsah prúdu je preto pomerne veľký, pretože prevádzkové prúdy odoberajú približne 30 až 40 mA, zatiaľ čo pohotovostné prúdy sú len 1 až 10 μA. Na získanie presných údajov pre obidva rozsahy pomocou digitálneho multimetra, musíte preto vykonať viacero meraní s rôznymi rozsahmi. Jednou z metód na zachytenie prúdového profilu by bolo spustenie zariadenia tak,  aby sa zachytili režimy spánku a pohotovostného režimu samostatne a potom zmeriate prúdy v prevádzkovom režime. Treba tiež poznamenať, že väčšina meraní pomocou digitálneho multimetra nie sú plynulé, aj keď sa vykonávajú automaticky. To znamená, že digitálny multimeter zvyčajne vynecháva meracie body na rýchlo sa dynamicky meniacom priebehu meraného prúdu, tak ako je to znázornené na obrázku nižšie.

Príklad merania dynamického merania prúdu s vynechaním meracích bodov.

7. Meranie náročných signálov striedavého prúdu

Keď premýšľame o striedavom napäťovom signáli, zvyčajne si predstavíme dokonalý sínusový priebeh. V reálnom svete však signály striedavého napätia a prúdy nikdy nie sú dokonalé. Majú veľmi rôznorodé tvary a hodnoty. Zatiaľ čo digitalizácia priebehov vám umožní vidieť niekoľko cyklov, ak vás zaujíma efektívna amplitúda alebo frekvencia priebehu striedavého prúdu v čase, budete musieť vykonať nerania striedavého prúdu. Dôležitou zložkou tohto merania je hrebene faktor. V prípade meracieho prístroja je "Crest factor", čo je pomer špičkovej hodnoty k efektívnej hodnote v tvare vlny. Hodnota "Crest factor" predstavuje pomernú časť celkovej energie zo špičkovej hodnoty, ktorá bude obsahovať striedavý prúd merania. V ideálnom prípade by ste chceli zahrnúť čo najväčšiu časť celkovej energie do aby ste získali presné meranie. "Crest factor" definujeme faktor ako špičku dynamického rozsahu na základe menovitej hodnoty rozsahu (RMS hodnoty). Ak má digitálny multimeter menovitý crest faktor 10, môžete merať vstupný signál ktorého špičková hodnota je desaťkrát väčšia ako menovitá hodnota rozsahu. Ďalšia oblasť kde je crest faktor dôležitý, je meranie impulzných signálov, pretože môže byť pomerne náročné presne odčítať efektívnu hodnotu napätia/prúdu, keď je úroveň signálu, ktorá má periódu "ON", na asleduje za ňou perióda, v ktorej nedochádza k žiadnej aktivite.

8. Zmeny teploty a automatická kalibrácia

Ak sa pozriete na technický list digitálneho multimetra, zvyčajne v ňom nájdete údaje so špecifikáciou a teplotnou štatistikou na 90 dní a 1 rok spolu s ďalšími špecifikáciami. V týchto špecifikáciách sa presnosť zobrazuje ako ± (percentuálny podiel čítania + percento rozsahu) na základe vášho konkrétneho merania. V priloženej tabuľke je uvedený technický list pre digitálny multimeter Truevolt  34465A. Ak je teplota vášho meracieho prostredia - teplota okolia kde digitálny multimeter pracuje - nie je rovnaká ako teplota kalibrácie, potom musíte zvážiť úpravu chyby TC (teplotný koeficient). Príkladom je keď je napríklad prístroj kalibrovaný pri teplote prostredia 22 °C, ale v testovacom systéme pracuje pri teplote 40 °C. Takéto výrazné zvýšenie teploty je bežné najmä v testovacích súpravách vo vnútri systémového stojana, alebo racku. V tomto prípade preto musíme pripočítať chybu spôsobenú špecifikáciami TC. Niektoré digitálne multimetre majú funkciu automatickej kalibrácie (ACAL), ktorá výrazne znižuje chybu teplotného driftu. ACAL je zabudovaná schopnosť digitálneho multimetra priamo kompenzovať teplotný drift a zároveň aj vnútorné chyby merania Automatická kalibrácia je známa aj ako samokalibrácia. Ak pracujete v prostredí, kde je teplota okolia iná ako teplotne odporúčaný rozsah pracovných a kalibračných teplôt, môže byť užitočné poohliadnúť sa za digitálnym multimetrom práve s funkciou ACAL.

V priloženej tabuľke je uvedený technický list pre digitálny multimeter Truevolt  34465A

9. Spúšťanie "Triggering"

Spúšťače umožňujú spustiť merania na základe detekcie zdroja spúšťania, alebo nejakej vopred definovanej udalosti. Medzi zdroje spúšťania patria kontinuálne, externé spúšťače, ako sú BNC alebo BUS; spúšťače úrovne na základe prekročenia signálu cez určitú prahovú hodnotu; alebo expozičné spúšťače, ktoré majú pozitívny/negatívny nábeh. Po detekcii udalosti pre spustenie vo väčšine pokročilých digitálnych multimetrov môžete naprogramovať oneskorenie spúšte a zachytiť tak viacero periód vzorkovania. Výsledkom sú vrátené digitalizované hodnoty cez zbernicu BUS alebo zobrazené ako trendový graf. Spúšťanie je dôležitá funkcia ktorú je potrebné zvážiť ešte pred kúpou digitálneho multimetra, pretože v súčasnosti nie je výrazná potreba vykonávať nepretržité merania.

10. Merania so 4 vodičmi - Kelvinova metóda

Eliminovať chybovosť merania je možné s použitím podporovaného multimetra a za pomoci 4-vodičového merania - tzv. Kelvinovej metódy. Chyba merania je preto vždy nikdy nekončiaci bojom medzi presnosťou a skutočnou hodnotou merania. Vychádzajme z faktu, že meracie vodiče multimetra predstavujú pre samotný multimeter určitý pridaný odpor. Tento odpor spôsobuje počas merania určitý pokles napätia a následnú pridanú nepresnosť pri meraní. Efektívnym riešením tohto problému s poklesom napätia je štvorvodičové meranie. Používaním štvorvodičového merania preto zabezpečíte vyššiu úroveň presnosti v porovnaní s tradičnými 2-vodičovými meraniami, kde nie je zabezpečená kompenzácia odporu meracieho vodiča. Väčšina digitálnych stolových multimetrov vykonáva spoľahlivé a presné 4-vodičové merania. Naproti tomu väčšina ručných digitálnych multimetrov vykonáva len 2-vodičové merania, kde musíte počítať s odporom meracieho vodiča a tým pádom aj s chybou merania. Vo všeobecnosti preto platí, že čím je dlhší merací vodič, tým je vyšší odpor meracieho vodiča a aj vyššia chyba merania s ktorou pri vyhodnocovaní merania musíte počítať, preto ak je to možné, používajte pri meraniach s ručnými multimetrami čo možno najkratšie a najkvalitnejšie meracie vodiče. Ak pracujete, alebo budete pracovaťs aplikáciami, ktoré si budú vyžadovať túto extra úroveň presnosti, vyberte si jednoznačne digitálny multimeter, ktorý podporuje 4-vodičové merania.

Zdroj : Keysight Technologies, Internet, Vlastné zdroje