Тестирование мультиметров, а также об ошибках измерения

Проведено исследование работы цифровых мультиметров в режиме вольтметра переменного тока, и стрелочного прибора. В штатных и нештатных режимах, на токах различной формы — как симметричной полярности, так и при наличии постоянной составляющей.

Содержание публикации:

• Описание используемых приборов, и их начальная калибровка
• Тест на синусоидальном токе различной частоты
• Тест током прямоугольной формы
• Тест на прямоугольном токе с постоянной составляющей
• Тест сигналами произвольной формы, в т.ч. импульсным
• Многозначительный вывод
• Голосовалка

 Список подопытных приборов, все они подключены параллельно:


Fluke 87-V — качественный автоматический мультиметр, способный вычислять действующее (среднеквадратичное) значение «true rms» измеряемых токов и напряжений.
UT-70C — рабочая лошадка, таскаемая везде и повсюду. Выпущен популярной фирмой Uni-T, тоже автоматический, но уже не «true rms».

И главные герои исследования — недорогой прибор MAS-830L фирмы Mastech, и совсем безродный DT-832 которые обычно насыпают ведрами на сдачу. Их я арендовал из разных мест, чтобы избежать возможных глюков конкретного единичного экземпляра.
В опытах участвует и стрелочный вольтметр переменного тока В3-10А, советского производства, выпущенный в 1969 году. Это хороший качественный прибор. Данный экземпляр немного занижает показания на несколько процентов, но это будет со временем починено. В тестах он используется на пределе измерения «3v».

Визуальное наблюдать за подаваемыми на приборы сигналами будем с помощью цифрового осциллографа Lecroy 9354TM. Он тоже лохматых годов, но до сих пор исправно работает.

 

Под осциллограммой сигнала находится статистика его параметров. Наиболее интересны для данного исследования те, что выделены яркостью на фото:



pkpk — полный амплитудный размах сигнала
RMS — среднеквадратичное значение
freq — частота исследуемого сигнала, или его импульсов

В колонке average наблюдаем среднее значение параметра, low и high — мин. и макс его значения в пределах выборки, sigma среднеквадратическое отклонение. Пользоваться будем только данными из колонки average.

Калибровка

Подаем на цифровые мультиметры 220 v из розетки. Стрелочный вольтметр пока отключим, т.к. ему еще не сделана профилактика после приобретения.



Также откалибруемся по постоянке, в том числе посмотрим что покажет стрелочный прибор. Подаем 2.5 v от блока питания. Осциллограф немного завышает — как оказалось по сравнению с флюком.



По этому шаблону организованы все фотографии в дальнейшем: сначала осциллограмма, под ней показания приборов.

Теперь убедившись в работоспособности приборов, начинаем тесты. Сигналы подаем от низковольтного ГСС типа Г3-36А. Конечно он не цифровик, но так даже лучше — ближе к реальным условиям.

Синусоидальный переменный ток различной частоты

Подаем напряжение 2.5 v на частотах 30Гц, 300 Гц, 3 кГц, 20 кГц, 50 кГц, и 150 кГц.

Первым как ни странно начал сливаться UT70C начиная с 3 кГц. В то время как недорогие мультиметры проскочили этот барьер — если конечно не считать что с самого начала их ошибка составляла целых 16% в сторону занижения. На 20 кГц их показания нельзя даже назвать оценочными, так что остались в адеквате только Флюк и стрелочный. Которые прошли 50 кГц еще около дела, но более высокие частоты ими измерять уже бессмысленно.

Тест током прямоугольной формы

Этот режим, как и все дальнейшие — являются нештатными для не «true rms» приборов, но всё же проведем исследование. Подаем примерно 2.5 v прямоугольного напряжения на частотах 30 Гц, 3 кГц, 30 кГц, и 100 кГц

 

Показания дешевых мультиметров стали более адекватными на частотах до 3 кГц. А вот UT70C на герцах немного завысил, но выровнялся ближе к делу на 3 кГц. Более высокие частоты потянули только Флюк и стрелочный.

Прямоугольный сигнал с постоянной составляющей

Посмотрим как на них ведут себя приборы на частотах 300 Гц, 3 кГц, 50 кГц, и 200 кГц.

 

Очень эффектно показали себя недорогие мультиметры, для них частотный барьер кажется утратил актуальность. В то время как нормальные приборы до последнего пытаются работать мозгом процессором чтоб выжать нечто адекватное — простые вплоть до 200 кГц банально показывают амплитудное значение сигнала. Теперь понятно чем восторгаются искатели сверхъединичных технологий, и почему предпочитают именно дешевые приборы. По ним ведь легче всего получается вечняк…

Подаем сигналы сложной формы

Которые получены путем искажения прямоугольного напряжения катушками и конденсаторами.
На первом сигнале с основной частотой 5 кГц — адекватные показания только у Флюка и стрелочного прибора.
Короткие биполярные импульсы нормально переваривает Флюк (ну и конечно осциллограф тоже). А вот дешевые приборы их практически не видят. UT-70C дает ошибку более половины действующего значения, да и стрелочный тоже немалую.

Третий эксперимент на частоте 30 кГц — результат получше предыдущего, но ошибка тем не менее заметна.
В четвертом опыте снова подан ток с постоянной составляющей. Дешевые мультиметры и в этот раз выдали амплитудное значение, да еще и с некоторым превышением.

По завершении любых исследований, полагается делать вывод.