Multimetr pierwsze starcie – pomiar napięcia

Multimetr cyfrowy to przyrząd do pomiaru co najmniej trzech wielkości:

• napięcia elektrycznego (stałego i zmiennego)
• natężenia prądu
• rezystancji (oporu elektrycznego) nieraz z sygnalizatorem dźwiękowym braku oporu

Dodatkowo przy użyciu tego przyrządu mogę sprawdzić spadek napięcia na diodzie, przetestować wzmocnienie tranzystora i w zależności od modelu kilka innych rzeczy.

W ramach tego artykułu będę wykonywał pomiar napięcia multimetrem. Najpierw zmierzę napięcie przemienne (AC), a następnie napięcie stałe (DC). Do tego celu użyję cyfrowego multimetru mieszczącego się w dolnym przedziale cenowym (ok. 40 zł) z manualnym ustawianiem zakresu pomiaru. A na końcu artykułu znajdziesz bonus w postaci filmu 🙂 .

Na rynku jest cała gama multimetrów, absolutny wysyp. Różnią się ilością mierzonych wielkości, zakresami, sposobem i dokładnością pomiaru, stopniem automatyzacji, zabezpieczeniami, budową i oczywiście ceną.
Dobra wiadomość jest taka, że tymi sprawami zajmiemy się innym razem, a na obecną chwilę różnorodność ta nas kompletnie nie interesuje. 🙂

Przejdę zatem do meritum artykułu.

Czym jest pomiar napięcia?

Napięcie elektryczne może występować pomiędzy dwoma elementami o różnym potencjale elektrycznym. Sondy miernika przykładamy w dwóch punktach. Wynikiem pomiaru jest różnica potencjałów pomiędzy jednym a drugim punktem pomiarowym czyli napięcie elektryczne. Rozpatrzmy dwa skrajne przypadki:

• jeżeli pierwszą sondę przyłożymy do przewodu o potencjale 100V DC, a drugą do przewodu, który ma 0V w wyniku otrzymamy napięcie równe 100V DC.
• jeżeli pierwszą sondę przyłożymy do przewodu, który ma potencjał 100V DC, a drugą do przewodu o identycznym potencjale, w wyniku otrzymamy napięcie równe 0V DC.

W przypadku pomiaru napięcia przemiennego sprawa jest trochę bardziej skomplikowana i w grę wchodzi również tzw. przesunięcie fazowe. W tym artykule ten termin nas jednak nie dotyczy ponieważ w poniższych przykładach jedna z sond będzie zawsze podpięta do potencjału równego 0V.

Czyli, aby zmierzyć napięcie, przykładamy sondy miernika w miejsca o (najczęściej) dwóch różnych potencjałach. Czy to nie oznacza, że przez miernik będzie płynął prąd? Otóż będzie płynął, ale znikomy ponieważ w trybie pomiaru napięcia opór elektryczny (rezystancja) miernika jest bardzo duży.

Przygotowanie multimetru do pomiaru

Przygotowanie multimteru do pomiaru sprowadza się do dwóch czynności:

• Ustawienie zakresu pomiarowego
• Wpięcie sond miernika w odpowiednie sloty

Ustawienie zakresu pomiarowego

Najpierw decydujemy się co chcemy zmierzyć. W przypadku napięcia elektrycznego mamy dwie opcje:

• napięcie stałe (V=)
• napięcie przemienne (V~)

W moim multimetrze dla napięcia stałego (DC) mam możliwość wyboru jednego z 5 zakresów pomiarowych.
Od 0V do: 200mV, 2V, 20V, 200V, 600V.
Natomiast dla napięcia przemiennego (AC) są to dwa zakresy.
Od 0V do: 200V, 600V.

Tutaj warto zaznaczyć, że w przypadku pomiaru napięcia elektrycznego należy wybrać jeden z ww. zakresów (dwa czerwone prostokąty na obrazku). Wybranie zakresu pomiaru natężenia prądu lub rezystancji i próba zmierzenia przy tych ustawieniach napięcia elektrycznego, w najlepszym przypadku przepali bezpiecznik miernika, a w najgorszym doprowadzi do trwałego uszkodzenia multimteru. Także bądź czujny/a.

No dobra, pytanie: Po co tyle zakresów? Czy nie wystarczy jeden zakres od 0V do 600V?
Nie wystarczy, ponieważ każdy zakres ma swoją dokładność pomiaru. Jeśli spróbujesz zmierzyć napięcie baterii typu AA (1.5V) przy zakresie 0-600V, możesz otrzymać wynik pomiędzy 0V a 7V. Taki pomiar nic ci nie powie.

A co jeśli nie mam pojęcia jakiego napięcia się spodziewać? Wtedy najlepszą metodą jest rozpoczęcie pomiaru od największego zakresu. Po otrzymaniu wyniku, z grubsza będziesz wiedział czego się spodziewać i jaki zakres ustawić.

Co jeśli zakres będzie mniejszy od zmierzonej wartości? Multimetr powinien sobie z tym poradzić i zasygnalizować na wyświetlaczu przekroczenie zakresu.

Wpięcie sond miernika w odpowiednie zaciski

Żeby dokonać pomiaru potrzebujemy zestawu sond dostarczonych wraz z miernikiem. Jedna jest koloru czarnego, a druga czerwonego. Czarną zawsze podpinamy do zacisku oznaczonego COM (common czyli zacisk wspólny). Czerwoną sondę podpinamy zgodnie z tym co chcemy zmierzyć. Skoro chcemy zmierzyć napięcie, a jednostką napięcia jest Volt [V], szukamy literki „V” przy zacisku i podpinamy w to miejsce sondę.

Pomiar napięcia przemiennego (AC)

Pomiaru napięcia przemiennego dokonam w gniazdku elektrycznym zgodnie z poniższym schematem.

Symbol „V” to oznaczenie woltomierza czyli (w przypadku tego artykułu) multimetru z wybranym – przy użyciu pokrętła zakresu – zakresem pomiaru napięcia elektrycznego.

	W związku z tym, że będę mierzył napięcie w domowym gniazdku elektrycznym, spodziewam się, że wartość napięcia będzie w okolicach 230V. Ustawienie zakresu 0-200V będzie do tego pomiaru zbyt małe, także przełączam pokrętło w pozycję 600 napięcia przemiennego (V~).Wpinam sondy pomiarowe w zaciski zgodnie z opisem w poprzednim rozdziale i mogę przystąpić do pomiaru.
	Wkładam sondy do dwóch otworów gniazdka elektrycznego. W ten sposób jedna sonda zostanie połączona z przewodem fazowym, a druga z przewodem neutralnym sieci zasilającej. Po krótkim ustabilizowaniu naszym oczom ukazuje się pomiar, w tym wypadku 227V.
	Nie byłbym sobą, gdym nie sprawdził co się stanie, gdy sondy zamienimy miejscami. Pomijając fakt, że miernik pokazał wartość o 1V większą (co może wynikać zarówno z tego że napięcie w sieci faktycznie uległo zmianie, jak i z niedokładności pomiaru), zmierzona wartość jest taka sama, bez znaków minus ani plus (ten ostatni szczegół wynika z tego, że w przypadku napięcia przemiennego wyświetlana jest wartość napięcia skutecznego, o czym szerzej piszę tutaj).
	Wspomniałem przed chwilą, że napięcie w sieci zasilającej może ulec zmianie. Jedną z naturalnych przyczyn takiego stanu rzeczy jest załączenie odbiornika dużej mocy. Wielkość natężenia przepływającego prądu wpływa bezpośrednio na wielkość spadku napięcia w przewodach. Im wyższe natężenie, tym większy spadek napięcia. Przykładowo, po załączeniu czajnika elektrycznego o mocy 2000W, napięcie w sieci zasilającej spadło o 3 Volty do poziomu 225V.
	Jeżeli ustawię na mierniku zakres napięcia o wartości maksymalnej niższej niż pomiar jaki wykonuję tutaj np. 0-200V, wykonując pomiar napięcia w gniazdku multimetr zasygnalizuje mi przekroczenie zakresu pomiarowego w sposób widoczny na zdjęciu.
	W przypadku pomyłki i wyboru zakresu pomiaru napięcia stałego, multimetr wskaże 0V. Jest to jedna z niewielu pomyłek pomiarowych, którą miernik tego typu (i za taką cenę) wybaczy.

Pomiar napięcia stałego (DC)

Aby uzyskać napięcie stałe wykorzystamy zasilacz 12V (napięcie często stosowane w zasilaniu oświetlenia typu LED).

Układ się zatem nieco zmienił, ale sposób pomiaru pozostał ten sam, woltomierz podpinam do zacisków zasilacza o różnym potencjale (+ i –).

	Oto nasz zasilacz. Z jednej strony przy pomocy kostki elektrycznej został połączony z zasilaniem prądu przemiennego 230V. Z drugiej strony wychodzą dwa przewody zasilone napięciem 12V.
	Najpierw sprawdzam, czy do zasilacza dostarczony jest prąd o odpowiednim napięciu. Przykładam czerwoną sondę do przewodu fazowego (brązowy), a czarną sondę do przewodu neutralnego (niebieski).Wynik: 226V czyli w normie.
	Dodatkowo multimetr posiada funkcję zamrożenia wyniku. Przydatne, gdy podczas pomiaru z jakiegoś powodu nie widzimy wyświetlacza. Aby, tę funkcję uaktywnić, wystarczy nacisnąć przycisk hold (w czerwonej ramce).
	Dobra, zabieram się do właściwego pomiaru napięcia stałego i jaki mam wynik? 26V? Otrzymany wynik jest zupełnie niespodziewany i po prostu błędny, z tego względu, że jest ustawiony zakres do pomiaru napięcia przemiennego. Także po raz kolejny należy sobie utrwalić, że z zakresami pomiarowymi należy się pilnować.
	Ustawiam zatem zakres do pomiaru napięcia stałego 0-600V.Wynik: 12.00V.
	Poprzedni zakres był zdecydowanie niedopasowany do wartości mierzonej, schodzę zatem w dół, zakres 0-200V.Wynik: 12.30V
	Mierzę napięcie w okolicach 12V zatem mogę sobie pozwolić na kolejne zmniejszenie zakresu tj. 0-20V.Wynik: 12.26VI jest to najdokładniejszy pomiar jaki uzyskam przy użyciu tego multimetru.
	Jeżeli spróbuję zejść do zakresu mniejszego np. 0-2V, otrzymam komunikat o przekroczeniu zakresu.
	W przeciwieństwie do pomiaru napięcia przemiennego, jeśli podczas pomiaru napięcia stałego zamienię miejsca wpięcia sond, tj. sondę czerwoną podepnę do przewodu o potencjale 0V, multimetr wskaże mi wynik ze znakiem –. Oznacza to, że kierunek przepływu prądu jest w przeciwną stronę, niż założono podczas pomiaru. Jest to istotne, gdy zależy nam na określeniu, który przewód posiada potencjał +, a który –.

Podsumowanie

• Pomiar napięcia odbywa się pomiędzy dwoma punktami, wynik: różnica potencjałów.
• Wybór wielkości mierzonej i odpowiedniego zakresu pomiarowego jest kluczowy.
• Woltomierz posiada bardzo dużą rezystancję – natężenie prądu pomiędzy sondami jest znikome.
• Wynikiem pomiaru napięcia przemiennego jest wartość skuteczna napięcia.
• Podczas pomiaru napięcia stałego możliwość sprawdzenia kierunku przepływu prądu (polaryzacja).