Калибровка мультиметра своими руками
Добавил пользователь Morpheus Обновлено: 05.10.2024
Одно из основных требований, предъявляемых к измерительному прибору — точность измерений и любой, даже самый распрекрасный прибор нужно хотя бы раз в несколько лет поверять. Эта процедура затруднена отсутствием методики и тем, что подстроечные элементы не обозначены на печатной плате. Решению данной проблемы и посвящена эта статья.
В документации, если не оговорено иное, указывается относительная погрешность, которая определяется как ± % от измеряемой величины ± количество единиц младшего разряда. Оценку точности лучше всего проводить по абсолютной приведённой к концу шкалы погрешности, т. к. он является максимальной. Например, при проведении измерений постоянного напряжения на диапазоне 2В, допускается максимальное отклонение ± 41мВ. Погрешность измерений на этом диапазоне, по паспортным данным составляет ± 0,5% и ± 1D. 0,5% от 2 В это 40мВ, а единица младшего разряда 1мВ.
В случае, если на эталонном элементе погрешность превышает допустимую, прибор необходимо откалибровать. После поверки приборы серии М89Х способны измерять с точностью, в несколько раз превышающую паспортную.
Мультиметр М890С+ предназначен для измерения постоянного и переменного напряжения и тока, сопротивления постоянному току, коэффициента статической передачи тока транзисторов, ёмкости конденсаторов, температуры и прозвонки цепей и полупроводников.
Прибор выполнен по классической схеме: каждая измеряемая величина преобразуется в напряжение и сравнивается с образцовым напряжением VREF. Таким образом, точность установки образцового напряжения влияет на проведение всех видов измерений. В данном случае это напряжение задаётся простым резистивным делителем и зависит от степени разряженности батареи, поэтому перед настройкой батарею лучше заменить.
Подстроечные элементы в новых приборах легко найти, т.к. они обозначены на плате, а в старых, где подстроечники не обозначены, воспользуйтесь примерным расположением и проверьте по схеме.
Первый шаг калибровки: подстройка делителя, определяющего VREF, осуществляется потенциометром VR1. Для этого нужно, переключив мультиметр в режим измерения постоянного напряжения на предел 200мВ, подать на его вход, контролируемое точным вольтметром напряжение, близкое к конечной точке диапазона (например 190мВ) и подстроить показания прибора. При смене полярности должен появиться знак. Работу вольтметра следует проверить и на других диапазонах: для исправного расхождений быть не должно.
Для контроля, можно бы ещё измерять образцовое напряжение на 36 выводе АЦП, которое должно составлять 100мВ, но учитывая, что в качестве подстроечников установлены однооборотные 20 кОмные потенциометры, большей точности добиться не удастся.
Переменный резистор VR2 служит для калибровки прибора в режиме измерения переменных напряжений и токов. Для этого на диапазоне 200 мВ переменного напряжения подайте на вход 190мВ с частотой 100 Гц и подстройте показания прибора.
Настройка измерителя ёмкости осуществляется переменным резистором VR3 при измерении эталонного конденсатора. Измеряемая ёмкость является элементом, задающим коэффициент усиления измерительного усилителя, а его выходное напряжение (измеряемое с помощью АЦП) прямо пропорционально величине измеряемой ёмкости.
Прибор оснащён внутренним датчиком температуры, в качестве которого используется диод D13: падение напряжения на его p-n переходе зависит от его температуры. ТКН р-n перехода отрицателен и имеет типовое значение 2 мВ/°С.
Для измерения внешней температуры используется термопара К-типа (из биметаллического сплава NiCr-Ni), которая включается параллельно внутреннему датчику..
Показания температуры калибруются по двум точкам: 0°С (резистором VR5) и при известной температуре (резистором VR4). При этом, чем большее значение температуры выбрано для калибровки верхнего значения, тем более точно она будет выполнена. В домашних условиях самые точные калибровочные точки — 0°С, устанавливается в ванночке с тающим льдом, и температура человеческого тела 36,6°С. Использовать кипящую воду для калибровки нежелательно, так как температура кипения зависит от атмосферного давления, а температуру тела всегда можно проконтролировать медицинским термометром.
В этой статье пойдет речь о доработке и калибровке мультиметров Mastech MS8217. Модель уже весьма старенькая, к покупке в качестве основного прибора рекомендовать очень сложно, благо есть намного более интересные "китайцы" и UT61E (владельцем которых являюсь и я). Но принципы доработки, которые будут рассмотрены, будут полезны для работы и с современными приборами, не имеющими программной калибровки.
Вначале немного фото внутренностей:
Достаточно крупный аппарат, размеры 185х87х53мм, вес 220гр. В руке лежит удобно, на столе стоит устойчиво, обзорность дисплея хорошая, цифры огромные. Вот сравнение размеров с Fluke15B+ , Mastech MS8221C, Uni-T UT61E и Ц4317М:
Далее снимаем крышку батарейного отсека:
Здесь стоят 3 батарейки типа AAA и два предохранителя - на 10А/600В диаметром 6,3мм и длиной 32мм, на 500мА/600В диаметром 5мм и длиной 20мм. Тот же Fluke 15B+ предохранители "спрятал" во внутрь корпуса и чтобы их заменить, надо разбирать прибор. Здесь это не требуется.
Монтаж достаточно аккуратный, отсутствуют непропаяные элементы, криво установленные детали, переключатель видов измерений смазан. Единственно замечена плохая отмывка от флюса платы в нижней части, возле приборных клемм. Сами клеммы выполнены весьма качественно, припаяны напрямую на плату, отсутствуют разрезы, в результате чего щупы вставляются плотно и ничего не болтается. Напротив Uni-T UT61E ,несмотря на свой более высокий класс, имеет болтанку в клеммах, пришлось сразу разбирать и поджимать, но по хорошему, надо искать трубку с внутренним диаметром 4мм и делать нормальные клеммы.
В общем, ощущение добротно сделанного прибора.
Все элементы смонтированы на лицевой стороне платы, на обратной располагаются только предохранители и пружина, контактирующая с экраном, приклеенным к нижней части прибора.
Далее, обращаем внимание на область основного чипа:
Здесь установлен чип FS9721LP1. Такой же, только FS9721LP3 установлен в Uni-T UT61A, отличие в присутствии режима передачи данных. Хотя может и здесь стоять версия LP3, только не реализован весь функционал. Левый верхний подстроечный резистор служит для установки опорного напряжения, нижний - для калибровки по переменному напряжению. Подстроечный резистор внизу чипа служит для калибровки режима измерения емкости. Четыре резистора справа от подстроечника емкости - делители для переключения диапазонов измерения напряжения.
Возле приборных клемм расположен блок усиления сигнала термопары на Lin-CMOS прецизионном двухканальном операционном усилителе tlc27l2 предусмотрена компенсация температуры холодного спая. Подстроечный резистор рядом с микросхемой служит для выставления нуля.
С внутренностями разобрались, займемся основным, измерениями.
Для начала обратим внимание на таблицу погрешностей этого прибора по постоянному напряжению, взятую из паспорта:
В общем-то все довольно стандартно на данный момент для приборов такого класса. Но что мы имеем по факту? Смотрим:
Напряжение подавалось с самодельного ИОН-а на базе чипа REF102BP, контроль осуществлялся Keithley2000:
Напряжение 1В измерено как 1,011В (допустимо 1,008В), 5В - как 5,04В (допустимо 5,03В) и 10В - как 10,09В (допустимо 10,08В).
Очевидно завышение погрешности на диапазонах измерения 4В и 40В, а эти диапазоны у меня самые рабочие.
Что будем делать? Первым шагом будет корректировка диапазона измерения 4В. Самым простым способом будет подстройка опорного напряжения.
Обратим внимание на схему:
Слева участок исходной схемы. С 90-го пина чипа приходит напряжение внутреннего ИОН-а, на 89-й пин уходит необходимое для точной работы АЦП. Подстроечником VR1, как видно на фото выше, практически невозможно точно выставить нужное напряжение. Малейший поворот и всё, уплыли. Да и ТКС у них просто никакой, от слова СОВСЕМ, до 250ppm/°C. Хуже только МЛТ с их 600ppm/°C. Поэтому было принято решение о замене подстроечника на комбинацию подстроечника и постоянных резисторов. Постоянные резисторы применены типа С2-29В. У меня в наличии резисторы с ТКС группы А, это +/-25ppm/C при температурах выше 20°С. Подстроечный резистор типа С5-1В1А, ТКС в том же температурном диапазоне не более +/-50ppm/°C.
Как выбираются номиналы? Изначально родным подстроечником максимально точно выставляется опорное, затем он выпаивается, измеряется его сопротивление. У меня получилось 6,15кОм. Основной постоянник выбран номиналом, близким к максимальному сопротивления родного подстроечника, а затем подобрана параллельная цепочка. Перестройка подстроечника не должна приводить к изменению общего сопротивления больше чем на 5% от опорного. На чем основано это требование? Подстроечники СП5-ХХ являются проволочными многооборотниками. Из-за их "проволочности" изменение сопротивления имеет дискретный характер. При большом проценте влияния на общее сопротивление процесс подстройки опорного напряжения будет происходить так же скачкообразно. При соблюдении условия 5% на изменение показаний на 1ед.мл.р приходилось 3 полных оборота, что дает высокую точность подстройки. Так же меньшее в разы сопротивление подстроечника относительно постоянных резисторов приводит к уменьшению влияния его ТКС на общий ТКС цепи.
R3 номиналом 5к1 установлен в первом приборе. Во втором пришлось поставить больший номинал, 8к06. Вывод - напряжение внутричипового опорника гуляет в определенных пределах у разных чипов. Ну, эталон ИОН-ов, LTZ1000 тоже имеет заводской разброс в полвольта при типовых 7,15В. Так что все нормально.
Выбрали резисторы? Припаяли? Теперь устанавливаем на приборе вручную диапазон измерения 4В и подаем ему 4В с ИОН-а. Крутим подстроечник до тех пор, пока не видим число 4.000. Запоминаем этот момент, крутим подстроечник до появления 4,001 или 3,999 и считаем обороты. Затем возвращаемся назад на половину подсчитанных оборотов. Результат?
Следующий этап, настройка диапазона 40В. Обратим внимание на участок схемы прибора, отвечающий за коэффициент деления входного напряжения:
Резисторы R22 -26 отвечают за коэффициент деления. R25 относится к диапазону 4В, а нас интересует R24. Что с ним будем делать? Уменьшать или увеличивать? Устанавливаем диапазон измерения 40В и подаем 4В. У меня были показания 3,96В. Это значит, что для корректных показаний R24 надо увеличить приблизительно на 1% или 1кОм. Так как подстроечников на 2,2кОм у меня много, то берем его и в параллель постоянник тот же С2-29В ( у меня 2,43кОм).
Припаяли? Процедура настройки идентична диапазону 4В. Затем проверяем на точках 1 - 10В через 1В. Правильно бы пройтись и до 40В, но нет оборудования. Результат:
Теперь прибором можно пользоваться.
А что же получилось в итоге визуально? Как же поместилась эта куча резисторов в приборе?
Следует учесть, что изменение опорного напряжения влияет на все диапазоны измерения, поэтому диапазоны 400В и 1000В наверняка тоже поплыли. Наиболее правильным способом калибровки будет сначала оценка погрешностей на всех 4-х диапазонах в конечных точках, ну или хотя бы в середине (понимаю, 1000В сложновато получить с хорошей точностью и стабильностью). К примеру, у нас получились отклонения +0,6%, +0,45%, +0,2% и +0,7% от старшего диапазона к младшему ( это значения 1006В, 401,8В, 40,08В и 4,028В). Среднее отклонение составляет 0,5%. Уменьшив опорное напряжение на эти 0,5% мы уложимся с паспортный допуск ( значения будут 1001В (+0,1%), 399,8В (-0,05%), 39,88В (-0,3%) и 4,008В (+0,2%))
Перестройка по постоянке неотвратимо влияет и на измерение переменного напряжения. Для корректировки показаний служит второй подстроечник слева от чипа. Для настройки использовал генератор Г3-118 и контрольный все тот же Keithley2000. Частота на генераторе выставляется 400Гц.
Также проверено было измерение сопротивлений с помощью магазина сопротивлений МСР-63 с классом точности 0,05. Погрешность не превысила 0,5% при паспортных +/-(1%+2D)
Следующим этапом будет калибровка измерения температуры. Но это уже в следующей статье.
Прикрепленные файлы:
MatrixOid Опубликована: 25.08.2017 0 0
Вознаградить Я собрал 0 Участие в конкурсе 5
Для определения нормальной работы электрического оборудования используют, как правило, специальный измерительный прибор. Название его — мультиметр. Он является универсальным, потому что позволяет также проверить напряжение и качество соединения между проводниками. Но, как и любая техника, через несколько лет эксплуатации он может выйти из строя. Крайне важно уметь проверить его перед покупкой, самостоятельно найти дефект и откалибровать устройство.
Правильно проверяем мультиметр перед покупкой
ВНИМАНИЕ.
Ни в коем случае не стоит приобретать такое устройство с рук на рынке. Потому что имеется большой риск получить неисправное оборудование. Более того, при этом проверить его просто не получится.
Оптимальный вариант — это, в принципе, магазин с официальной регистрацией, где:
- выдают чек и гарантию;
- имеется возможность проверить работоспособность прибора.
Более того, консультант даст рекомендации по использованию мультиметра и расскажет, как правильно его откалибровать.
В любом случае перед передачей денег нужно, как минимум, осмотреть корпус. На нём, во-первых, не должны быть видны следы эксплуатации, трещины, сколы и прочие дефекты. Во-вторых, проверить нужно и прилагаемые провода.
На втором этапе проверки нужно включить прибор. А затем попытаться измерить напряжение любой сети в самом магазине. Как вариант — сетевые розетки, потому что значение напряжения в них заранее известно. Чтобы произвести замер, измерительные щупы вставляют в розетку. В результате на дисплее должны появиться соответствующие показания. При этом цифры при нажатии должны оставаться неизменными. Более того, должен быть слышен характерный писк при прозвонке сети. Только в таком случае с прибором всё в порядке.
Проверка мультиметра дома
В результате длительного использования устройство может начать показывать неверные данные. Поэтому его требуется периодически калибровать. Причем это дело запускать не стоит. То есть не стоит ждать, когда мультиметр бесповоротно выйдет из строя.
Проверять работу прибора надо, как правило, перед каждым замером. Чтобы провести проверку на работоспособность дома, действием по такому плану:
Сигнал должен появиться сразу при соприкосновении двух щупов. Если же звука не последовало, значит, прибор несправен, пора проводить калибровку.
Калибровка в домашних условиях
Калибровка, в принципе, – это важный процесс настройки. Без которого не обойтись через какое-то время использования прибора. Как правило, при покупке нового мультиметра можно не беспокоиться о калибровке несколько лет. Но если прибор б\у, то, возможно, придётся сделать это сразу. Важно уметь провести процедуру самостоятельно. Процесс поизводится следующим образом:
- Во-первых, настраиваем делитель. Для этих целей используем потенциометр.
- Ставим мультиметр в положение 200 мВ, чтобы получить значение постоянного тока.
- Через вольтметр подаём на вход нужное напряжение. Стараемся держаться максимально близко к заданному значению.
ВНИМАНИЕ.
Сам вольтметр также должен быть полностью в исправном состоянии, потому что иначе от процедуры не будет толку. Собственно, на этом калибровка мультиметра окончена. Главное – всё сделать чётко по инструкции.
Если вы хотите узнать о калибровке мультиметра более подробно, рекомендуем вам посмотреть следующее видео:
Итак, теперь вы представляете себе, как проверяется мультиметр и как производится его калибровка. Никогда не забывайте о необходимости калибровки. Потому что от этого зависит точность выполняемых вами измерений.
Я вкладываю в написанные мной материалы всю свою душу и все свои знания в надежде, что это будет полезно посетителям нашего сайта. Буду очень признателен всем, кто решит написать свое мнение о моей работе, свои замечания и предложения в форме для комментариев, имеющейся после каждой из опубликованных мной статей.
Для определения исправности электрического оборудования широко применяют универсальный измерительный прибор – мультиметр. Рынок предлагает большое количество моделей данного тестера, различающихся как функциональностью, так и ценой. Большинство рядовых потребителей предпочитают не тратить лишних денег и покупают недорогие приборы, не переплачивая за известные бренды. Но в такой ситуации лучше проверить исправность прибора при покупке. Он также может выйти из строя во время эксплуатации. Поэтому желательно знать, как проверить мультиметр.
Что нужно делать перед покупкой
Сначала сразу уясним, чего делать не нужно. Никогда не покупайте устройство с рук на рынке! Никто не даст вам гарантии, что изначально исправно, а для проверки нет условий.
Наиболее целесообразно приобрести прибор в магазине, заслуживающем доверия. Здесь вам предложат разные модели, объяснят разницу между ними и помогут определиться, какой прибор оптимально соответствует вашим задачам. Кроме того вы получите:
- чек и официальную гарантию;
- возможность проверки работоспособности мультиметра.
Проверка перед покупкой включает в себя следующие этапы:
- Внимательный осмотр корпуса на целостность (отсутствие трещин, сколов, следов эксплуатации). Проверка прилагаемых в комплекте проводов.
- Прибор нужно включить и измерить сетевое напряжение в магазине. Для этого подходит любая розетка, поскольку напряжение на ней заранее известно (220 В или 230 В).
Для этого щупы вставляют в розетку – сначала один, затем второй. На экране прибора должны появиться показания. При нажатии цифры должны оставаться неизменными. При прозвонке сети должен быть слышен зуммер прибора.
Такая проверка покажет, что изначально с прибором все в порядке.
Как проверить мультиметр на работоспособность в процессе эксплуатации
Длительная или активная эксплуатации прибора может привести к тому, что он начнет демонстрировать не совсем корректные данные. Относиться к этому поверхностно – значит дождаться полного отказа прибора. Поэтому, если появились сомнения в правильности работы тестера, нужно его откалибровать.
По-хорошему, перед тем как снимать параметры электроприборов, нужно каждый сначала узнать, исправен ли сам тестер. Это делают в следующем порядке:
(проверка в режиме прозвонки)
Калибровка прибора
Она представляет собой совокупность действий, направленных на установление зависимости между реальным размером измеряемой характеристики и показаниями измерительного прибора, применяемого для ее измерения.
То есть, калибровка выполняется тогда, когда имеются сомнения в том, что мультиметр отражает действительную величину замеряемой электрической характеристики. В этом случае результаты его работы становятся недостоверными.
Для того чтобы своими силами провести калибровку, нужно тщательно изучить инструкцию, прилагаемую к прибору. Некоторые модели снабжены регулировочным болтом с потайной головкой, который позволяет производить настройку, не вскрывая корпус.
Если же такой возможности нет, придется аккуратно вскрыть корпус и, после изучения схемы, найти на катушку регулировки на плате, что не всегда легко для дилетанта.
Для калибровки понадобится эталонный прибор, которым может быть качественный дорогой мультиметр или другой прибор с высокой точностью измерения. Сравнивая показания эталонного и проверяемого прибора, производится калибровка.
Если вы не сильны в электротехнике или не хотите испортить недешевый мультиметр, стоит обратиться в метрологическую лабораторию, где ваш тестер откалибруют по всем правилам.
Зная, как проверить работу мультиметра, вы всегда будете иметь под рукой прибор, который поможет разобраться с состоянием домашней электросети, бытовых приборов, автомобиля.
Вопрос — ответ
Вопрос: Как часто нужно проверять калибровку мультиметра?
Имя: Иван
Ответ: Если прибор работает без нареканий, то достаточно делать это раз в несколько лет. Если вы видите, что его показания не вяжутся с действительным положением дел, то по необходимости. Если такая необходимость возникает слишком часто – стоит подумать о замене тестера.
Вопрос: Какие приборы нужны для калибровки мультиметра?
Имя: Ярослав
Ответ: Если у вас нет доступа к эталонному тестеру, с показаниями которого можно сравнивать результаты измерений проверяемого прибора, то понадобится потенциометр (к примеру, VR1) и вольтметр с известной точностью. Подавая на вход нужное напряжение, производится настройка мультиметра (он должен быть настроен на измерение постоянного напряжения — диапазон 200 мВ).
Вопрос: Какой резистор нужен для калибровки мультиметра в режиме измерения напряжения переменного тока?
Имя: Егор
Ответ: Нужен переменный резистор VR2. Диапазон измерения 200 мВ, но прибор нужно перевести на режим работы с напряжением переменного тока.
Вопрос: Почему при калибровке устанавливают такой маленький предел измерений?
Имя: Алексей
Ответ: Именно при таком диапазоне погрешность измерений выявляется наиболее легко и точно.
Некоторое время назад заинтересовал вопрос, как проверить свои мультиметры. В частности, вольтметры. Если есть доступ к точному прибору, то проблема решается просто — подсоединить оба вольтметра к одному источнику напряжений (например, к батарейке или лабораторному источнику питания) одновременно и сравнить результаты. У меня такой возможности не обнаружилось, поэтому родилось следующее решение:
Это источник опорного напряжения на основе MAX6350CSA+. Данная микросхема имеет на выходе 5 В с погрешностью ±1 мВ (±0.02%). Подобных микросхем много, на разные напряжения, с разной точностью и ценой. В связи с уже упоминавшейся недоступностью точного вольтметра, выбор именно этого чипа был обусловлен его начальной точностью. Ну и ценой, разумеется. Тепловой коэффициент особо не волновал — все равно использоваться будет при комнатной температуре, но разница в цене невелика, поэтому взял с минимальным. Я покупал на DigiKey, но они есть и на AliExpress — около $10.
Схема в точности срисована с даташита. Кроме того добавлен светодиод — чтобы не забыть выключить прибор и не посадить батарейку. Все элементы, кроме, собственно, MAX6350CSA+ — опциональны. Если точный вольтметр недоступен, то R2 лучше вообще не впаивать.
Все части на семейном снимке:
Обратная сторона крупным планом:
И вот результат:
Это глубоко в пределах допустимого для моего мультиметра ±(0.05% + 5), поэтому разбирать и подстраивать его пока не буду.
Разумеется, это только проверка вольтметра постоянного тока, только на одном диапазоне и только для одного значения. Для большинства простеньких мультиметров больше и не имеет смысла — у них только один подстроечный резистор. Но, в принципе, можно проверить и измерение тока — достаточно взять точный резистор порядка килоома и подключить его к клеммам данного устройства.
Схема и разводка — в приложении.
-
, , , ,
- +5
- 11 апреля 2015, 00:35
- 1
Комментарии ( 82 )
Touchstone когда-то рассылали халявные сэмплы ИОН на 2.5В. Как-то понадобилось проверить свои приборы/usbee — быстренько склепал обвязку, проверил. Usbee оказался в норме (в пределах 2.50-2.52), а вольтметр вроде чутка завышал.
Читайте также: