Multimetr – co to jest i jaki wybrać?

Multimetr bez wątpienia stanowi pierwszy przyrząd pomiarowy, z jakim w swojej praktyce spotykają się wszyscy początkujący elektronicy, uczniowie szkół technicznych, czy też studenci rozmaitych kierunków politechnicznych. Rzecz jasna, w miarę zdobywania doświadczenia i wzrostu stopnia zaawansowania prac, zwiększa się także liczba i zróżnicowanie wykorzystywanej na co dzień aparatury (zwykle na przysłowiowy „pierwszy ogień” idzie oscyloskop cyfrowy, a zaraz po nim generator funkcyjny), ale niezależnie od tego multimetr zawsze należy do zestawu kilku fundamentalnych elementów wyposażenia każdej pracowni. O tym, jak działa multimetr, jak jest zbudowany oraz do czego można go wykorzystać, przeczytasz w tym wpisie.

Multimetr, czyli jeden przyrząd do (prawie) wszystkiego

Sam wyraz „multimetr” zdradza już wstępnie, z jakim urządzeniem mamy do czynienia – jest to nic innego jak uniwersalny przyrząd, pozwalający na mierzenie („-metr”) szeregu różnych („multi-”) wielkości fizycznych. Dziś prawie wszystkie produkowane multimetry to cyfrowe mierniki, zdolne do pomiaru przynajmniej podstawowej triady wielkości elektrycznych (napięcia, prądu i rezystancji), ale najczęściej producenci „dorzucają” do kompletu także kilka innych, przydatnych opcji. Najbardziej zaawansowane modele udostępniają użytkownikowi kilkanaście różnych funkcji pomiarowych, zwykle wraz z szeregiem możliwości rozszerzających zakres zastosowań miernika np. o rejestrację serii pomiarowych czy sygnalizację błędnego podłączenia przewodów. W miażdżącej większości przypadków mamy do czynienia z urządzeniami wyposażonymi w monochromatyczny wyświetlacz siedmiosegmentowy typu LCD, ale nie musi to być regułą – wiele bardziej zaawansowanych mierników ma wyświetlacze graficzne LCD, a nawet – co należy jednak do rzadkości – OLED. Niemal zawsze natomiast ekran miernika umożliwia wyświetlanie szeregu dodatkowych symboli, sygnalizujących np. stan funkcji pomocniczych (jak choćby HOLD – o niej za chwilę), czy też poziom energii baterii (bądź akumulatora, co jednak zdarza się rzadziej, zwłaszcza w przypadku prostych mierników z Dalekiego Wschodu). Niezależnie od wyposażenia i stopnia zaawansowania konstrukcji, każdy multimetr jest w istocie połączeniem przynajmniej kilku przyrządów, które dawniej występowały osobno – woltomierza, amperomierza, omomierza, czy nawet mostka RLC.

Budowa najprostszego multimetru cyfrowego

Konstrukcję klasycznego multimetru prześledzimy na przykładzie nieśmiertelnego modelu DT830D – na miernikach podobnych do niego (lub identycznych) wychowały się już przynajmniej dwa pokolenia elektroników. Centralną część przedniego panelu obudowy zajmuje tutaj duże pokrętło, połączone z prostym przełącznikiem wielopozycyjnym i umożliwiające wybór funkcji pomiarowej (np. napięcia stałego czy rezystancji) oraz zakresu. Ogólna zasada pracy z tego typu miernikami jest prosta – zwykle zaczynamy pomiar od najwyższego zakresu, a potem stopniowo obniżamy go tak, by wynik pomiaru był wskazywany z możliwie najwyższą rozdzielczością (oraz – co się z tym wiąże – z mniejszym błędem). Tak rozbudowanego pokrętła nie znajdziemy w nowocześniejszych miernikach z automatycznym przestrajaniem zakresu pomiarowego – te wykonują bowiem całą procedurę dopasowania zakresu do mierzonej wartości w sposób całkowicie samoczynny, zaś do użytkownika należy jedynie wybór funkcji pomiarowej.

Oprócz pokrętła i prościutkiego wyświetlacza LCD, miernik DT830D zawiera rzecz jasna także gniazda do podłączenia przewodów (sond) pomiarowych. W tym modelu mamy do dyspozycji trzy złącza – jedno wspólne (COM), jedno uniwersalne (przeznaczone do pomiaru napięć stałych i zmiennych, prądu stałego w zakresie do 200 mA i rezystancji) oraz trzecie, dodatkowe gniazdo, przeznaczone tylko i wyłącznie do obsługi najwyższego zakresu amperomierza (10 A). Dodatkowo, producent zdecydował się także na wbudowanie specjalnego, 8-pinowego gniazda, przeznaczonego do wtykania tranzystorów bipolarnych w obudowach do montażu przewlekanego (THT) – pozwala to na proste wykonywanie pomiarów współczynnika wzmocnienia tranzystorów NPN i PNP.

Multimetry cyfrowe z górnej półki

Dla porównania spójrzmy teraz na (także dostępny w ofercie Sklepu AVT) wysokiej klasy miernik BM878 renomowanej marki Brymen. Przyrząd ten posiada funkcję automatycznego wyboru zakresu pomiarowego, zaś centralne pokrętło umożliwia wybór jednej z wielu dostępnych funkcji pomiarowych: do dyspozycji użytkownika jest pomiar napięć i prądów stałych oraz przemiennych, pomiar rezystancji, pojemności, częstotliwości, współczynnika wypełnienia sygnałów PWM, a także temperatury, ciągłości oraz… rezystancji izolacji (z napięciem testowym regulowanym w przedziale aż do 1000 V!). Rozbudowany wyświetlacz LCD umożliwia prezentację nie tylko głównego wyniku pomiaru, ale także wartości pomiaru pomocniczego oraz szeregu funkcji i oznaczeń dodatkowych. Nie zabrakło także graficznego wskaźnika typu „linijka” (bargrafu), umieszczonego w dolnej części pola odczytowego. Przyrząd pozwala na zatrzymanie aktualnego wyniku (funkcja HOLD), np. w celu spisania go do zeszytu lub arkusza kalkulacyjnego, umożliwia także rejestrowanie minimalnej, maksymalnej i średniej wartości mierzonej wielkości fizycznej (funkcja REC MAX/MIN/AVG).

Jaki miernik uniwersalny wybrać?

Prawidłowa odpowiedź na tak postawione pytanie wymaga określenia zakresu przewidywanych zastosowań i warunków pracy miernika. Przede wszystkim, poszczególne modele multimetrów różnią się oferowaną przez nie dokładnością oraz rozdzielczością wskazania – im więcej cyfr może wyświetlić ekran przyrządu, tym wyższa rozdzielczość. Warto dodać, że parametr ten bywa określany na dwa sposoby – albo jako maksymalne wskazanie (np. 6000), albo w formie liczby cyfr (np. 3,5 cyfry). Z reguły (choć nie zawsze), im wyższa rozdzielczość, tym lepsze są także osiągi metrologiczne urządzenia w zakresie dopuszczalnego błędu pomiarowego – najlepsze mierniki na rynku są w stanie wskazywać mierzone wielkości z dokładnością rzędu 0.002%, a nawet jeszcze wyższą (!).

Bardzo ważne jest także dobranie miernika pod kątem spodziewanych zastosowań – w codziennych sytuacjach zwykle korzysta się z podstawowych funkcji pomiarowych (napięcie, prąd, rezystancja, ciągłość obwodu, temperatura), nieco rzadziej – głównie w serwisach i pracowniach, ale także np. warsztatach radioamatorów – z opcji pomiaru indukcyjności lub pojemności. Niektóre mierniki mają wbudowane czujniki natężenia światła lub dźwięku, inne są w stanie bezdotykowo wykrywać pole elektryczne (pochodzące np. od przewodów w ścianie). W nielicznych przypadkach multimetr może pełnić rolę bardzo prostego oscyloskopu o niewielkim paśmie, umożliwiającego graficzną reprezentację zmian sygnału w czasie – modele te są szczególnie przydatne w pracach terenowych, ale w przypadku tego rodzaju zastosowań należy zwrócić uwagę także na zabezpieczenia miernika przed wilgocią, upadkiem czy wpływem temperatury (z problemem tym często stykają się instalatorzy rozmaitych systemów energetycznych, telekomunikacyjnych czy motoryzacyjnych). Przydatną opcją może okazać się rejestracja wyników pomiaru do wbudowanej pamięci multimetru bądź opcja transmisji danych do komputera – niektóre mierniki uniwersalne są wyposażone w specjalny, optoizolowany interfejs komunikacyjny, korzystający z dedykowanego kabla USB (dawniej był stosowany także port szeregowy RS-232C).