مولتی متر، آموزش کار با مولتیمتر دیجیتال و آنالوگ، آموزش تصویری
(Multimeter) یا آوومتر، وسیلهای اندازهگیری الکترونیکی چندمنظوره است که کمیتهای مختلف الکتریکی از جمله ولتاژ، جریان و مقاومت را اندازهگیری میکند. با استفاده از یک مولتیمتر میتوانید به جای دستگاههای جداگانه ولتمتر، آمپرمتر و اهممتر، همه مقادیر فوق را اندازهگیری کنید. برخی نمونه های پیشرفته حتی ولتاژ AC مؤثر (RMS)، دما و ظرفیت خازن را نیز نشان میدهند. امروزه مولتیمتر در تعمیرات الکترونیک، کارهای صنعتی و مصارف آموزشی بسیار پرکاربرد است.
انواع
مولتیمترها بر اساس نحوه نمایش نتایج به دو دسته آنالوگ و دیجیتال تقسیم میشوند. در مدل های آنالوگ، مقدار اندازهگیری شده از طریق عقربه و مقیاس درجشده روی صفحه نمایش داده میشود. به عبارت دیگر، مدل آنالوگ یک میکروآمپر (حرکتدهنده عقربه) دارد که جریان عبوری را به انحراف مکانیکی تبدیل کرده و روی صفحه مدرج نمایش میدهد.
نمونهای از یک مدل آنالوگ (عقربهای) با پرابهای متصل که کمیتهای الکتریکی را اندازه میگیرد.
آنالوگ
نمونه های آنالوگ، نسل قدیمی مولتیمترها هستند. در این مولتیمترها، عقربهای روی یک صفحه دارای چندین منحنی قرار دارد که بسته به حالتی (ولتاژ DC، جریان DC یا مقاومت) به سمت مقدار متناظر حرکت میکند. برای استفاده از مولتیمتر آنالوگ معمولاً باید محدوده اندازهگیری را با کلید چرخان (سلکتور) انتخاب کرد و سپس دو سر پرابها را به قطعه یا منبع مناسب وصل نمود. خواندن دقیق اعداد گاهی دشوار است و باید از خطای دید زاویهای (parallax) جلوگیری کرد.
دیجیتال
نمونهای از یک مدل دیجیتال رومیزی با صفحه نمایش عددی و پرابهای متصل. نتایج اندازهگیری بر روی نمایشگر LCD به صورت عددی نشان داده میشوند.
مولتیمتر دیجیتال (DMM) نسخهٔ پیشرفتهتر مولتیمتر است که ورودی آنالوگ (جریان کوچک) را به یک مقدار عددی تبدیل میکند و روی نمایشگر به شکل دیجیتال نشان میدهد. خواندن دادهها با مولتیمتر دیجیتال بسیار سریع و ساده است و دقت اندازهگیری معمولاً بالاتر از نمونهٔ آنالوگ است. مزیت دیگر، امکان استفاده از قابلیتهایی مانند اندازهگیری اتوماتیک محدوده (Auto-ranging)، نمایش مقدار RMS در ولتاژ AC و عملکردهای اضافی مانند تست دیود و تست اتصال (بیزر) میباشد. مولتیمترهای دیجیتال در مدلهای دستی (پرتابل) و رومیزی تولید میشوند. در مدل دستی معمولاً چند کلید فرعی برای انتخاب حالت به علاوه یک کلید سلکتور اصلی وجود دارد. مولتیمترهای کلمپی (Clamp Meter) نوع خاصی از مولتیمتر دیجیتال هستند که به جای اتصال سری در مدار، با استفاده از گیرهای به اندازهگیری جریان AC میپردازند.
اجزای اصلی
اجزای مدل آنالوگ
عقربه و صفحهمدرج: در مدل آنالوگ، یک عقربه متصل به یک کویل مقاومتی حرکت کرده و روی صفحهمدرج مقادیر را نمایش میدهد. معمولاً چند مقیاس (ولت، آمپر، اهم) با رنگهای مختلف روی صفحه درج شده است.
کلید سلکتور (تغییر دهنده محدوده): کلیدی چرخان که برای انتخاب نوع اندازهگیری (مثلاً DCV، ACV، DCmA، Ω) و محدودهٔ مناسب به کار میرود.
ترمینالهای ورودی (پروبها): دو سر یا پایه فلزی (معمولاً رنگ مشکی COM و رنگ قرمز برای +) که پرابهای اندازهگیری به آنها وصل میشوند. پرابها معمولاً دارای دسته عایق برای ایمنی هستند.
منبع تغذیه داخلی: برخی مولتیمترهای آنالوگ (مخصوصاً در اندازهگیری مقاومت) دارای باتری داخلی هستند تا جریان کوچکی را از مقاومت عبور دهند.
پوشش جلو (شیشه یا پلاستیک): صفحهنمایش و عقربه معمولاً زیر شیشه یا پلاستیک محافظ قرار دارند.
اجزای مدل دیجیتال
نمایشگر دیجیتال (LCD یا LED): صفحه عددی که مقادیر اندازهگیریشده را به صورت اعداد دقیق نمایش میدهد.
تبدیلکننده A/D (مبدل آنالوگ-دیجیتال): مدار الکترونیکی داخلی که سیگنال آنالوگ ورودی را به مقدار دیجیتال تبدیل میکند. به این ترتیب ورودی آنالوگ سنسوری (ولتاژ کوچک) به صورت عدد نمایش داده میشود.
کلید سلکتور: معمولاً یک کلید چرخان برای انتخاب حالت اندازهگیری (DCV، ACV، DCA، ACA، مقاومت، تست دیود، تست اتصال و…) و محدودهٔ آن. برخی مدلها دارای کلیدهای اضافی برای functions خاص نیز هستند.
ترمینالهای ورودی: حداقل دو پورت اصلی COM و VΩ مشترک هستند. علاوه بر آن، ممکن است پورتهای جداگانه برای اندازهگیری جریان (mA/μA و 10A) وجود داشته باشد. اتصال نادرست پرابها (مثلاً قرار دادن پراب قرمز در پورت ۱۰A و انتخاب اشتباه حالت) میتواند به دستگاه آسیب برساند.
فیوزها (Fuse): در مسیر اندازهگیری جریان معمولاً فیوزهایی نصب شدهاند تا در برابر جریانهای زیاد از مدار محافظت کنند.
آمپلیفایرها (Amplifiers) و مقاومتهای شنت: برای اندازهگیری جریان یا مقاومت، بخشهایی از مدار داخلی با شنتهای دقیق و تقویتکنندهها وجود دارد.
سیکوئنسر بیزر (مولتیمتر با تست اتصال): بسیاری مولتیمترهای دیجیتال داخلی مجهز به مقایسهگر هستند که در حالت تست اتصال به یک صدای بوق تبدیل میشود.
منبع تغذیه (باتری): برای تأمین توان مدل دیجیتال نیاز به باتری (معمولاً ۹ ولت) است. برخی مدل ها با خالی شدن باتری هشدار میدهند.
نحوه اندازهگیری کمیتها
اندازهگیری ولتاژ DC
نمونهای از اندازهگیری ولتاژ یک باتری با مدل دیجیتال. در نمایشگر مقدار ۳.۲۳ ولت (ولتاژ باتری) نشان داده شده است.
برای اندازهگیری ولتاژ مستقیم (DC)، ابتدا کلید سلکتور را روی حالت DCV قرار دهید. اگر مولتیمتر شما اتورنج نیست، ابتدا محدوده بالاتر را انتخاب کنید. سپس پراب مشکی را به ترمینال COM و پراب قرمز را به ترمینال V/Ω وصل کنید. دو سر پرابها را به دو قطب منبع یا قطعه موردنظر متصل کنید (سرب مشکی به قطب منفی و سر قرمز به قطب مثبت). مقدار ولتاژ روی نمایشگر نشان داده میشود. اگر اتصال پروبها را برعکس انجام دهید، نمایشگر عدد منفی نشان میدهد که به معنی جابهجایی قطبها است. در پایان، مولتیمتر را خاموش و پرابها را جدا کنید.
اندازهگیری ولتاژ AC
مولتیمتر انبری (کلمپی) در حال اندازهگیری ولتاژ AC شبکه برق خانگی (۲۲۰ ولت). مقادیر AC در این مثال به صورت RMS نشان داده شده است. برای اندازهگیری ولتاژ متناوب (AC)، مطابق مراحل بالا عمل کنید با این تفاوت که کلید سلکتور را روی حالت ACV بگذارید. پرابها را مانند قبل به COM و V/Ω وصل کنید. در مولتیمترهای دیجیتال معمولاً مقدار RMS (اثر مؤثر) ولتاژ نمایش داده میشود. مراقب باشید ولتاژ AC بالاتر از محدوده انتخابی نباشد و پرابها به درستی به محل اتصال متصل شوند.
اندازهگیری جریان DC
برای اندازهگیری جریان (مثلاً جریان DC یک مدار)، ابتدا برق مدار را قطع کنید. سپس کلید سلکتور را روی حالت DC A (ولتاژ مستقیم) قرار دهید. اگر جریان مورد انتظار در حد میلیآمپر است، پراب قرمز را به پورت mA یا µA و اگر جریان زیاد است (بیش از چندصد میلیآمپر) به پورت 10A وصل کنید. پراب مشکی همچنان در COM قرار دارد. حال باید مدار را قطع کرده و مولتیمتر را به صورت سری در مدار قرار دهید (یعنی یک سر مدار را جدا کرده و پرابها را در آن شکاف قرار دهید). سپس کلید را بچرخانید تا مقدار مناسب (مثلاً mA یا A) را در صفحه نمایش ببینید. پس از اندازهگیری، ابتدا برق را خاموش و پرابها را جدا کنید. هشدار: عدم اتصال مناسب پرابها یا انتخاب اشتباه پورت میتواند باعث آسیب به مولتیمتر و سوختن فیوز داخلی شود.
اندازهگیری جریان AC
مراحل اندازهگیری جریان متناوب (AC) تقریباً مشابه حالت DC است. با این تفاوت که کلید سلکتور را در حالت AC A قرار میدهید. برای جریانهای AC بالا (مثلاً شبکه برق) معمولاً از مولتیمترهای کلمپی استفاده میشود که بدون قطع مدار جریان را اندازه میگیرند. دقت کنید جریان AC به خاطر تغییر جهت، به شکل RMS نمایش داده میشود.
اندازهگیری مقاومت
قبل از اندازهگیری مقاومت حتماً منبع تغذیه مدار را قطع کنید تا جریانی در مدار وجود نداشته باشد. کلید سلکتور را روی حالت Ω (اهم) قرار دهید. پراب مشکی را به COM و پراب قرمز را به V/Ω وصل کنید. دو سر پرابها را به دو سر مقاومت موردنظر متصل کنید (پایههای مقاومت قطب مثبت یا منفی مشخصی ندارند، پس اهمتراز اتصالات ندارد). عدد نشان داده شده روی نمایشگر مقدار مقاومت را بر حسب اهم نشان میدهد. اگر مقاومت بسیار زیاد (قطع) باشد، اغلب نمایشگر OL یا عدد بسیار بزرگی را نشان میدهد.
تست اتصال (Continuity Test)
تست اتصال که در مولتیمتر با نماد بیزر (♬) نشان داده میشود، برای بررسی “وصل بودن” دو نقطه به کار میرود. ابتدا برق مدار را قطع کرده و مطمئن شوید هیچ ولتاژ یا جریانی در مدار نیست. سپس کلید را روی حالت تست اتصال (♬) قرار دهید. پرابها را مانند قبل به COM و V/Ω وصل کنید. برای اطمینان از عملکرد صحیح مولتیمتر، ابتدا دو سر پرابها را به هم وصل کنید؛ اگر مولتیمتر سالم باشد باید صدای بوق شنیده شود و نمایشگر عدد کوچکی (نزدیک صفر) نشان دهد. سپس نوک پرابها را به دو نقطه مدار مورد نظر بزنید. اگر صدای بوق شنیده شد، اتصال (رسانایی) بین دو نقطه برقرار است. نمایشگر نیز مقاومت بسیار کمی را نشان میدهد. در غیر این صورت (مثلاً عدد OL نمایش داده شود) دو نقطه از نظر الکتریکی جدا هستند.
تست دیود
تست دیود نیز مانند تست اتصال از حالت خاصی در کلید سلکتور استفاده میکند (نماد یک مثلث پشت خط). کلید را روی حالت تست دیود قرار دهید. مولتیمتر معمولاً مانند تست مقاومت عمل میکند ولی به جای اهم، اختلاف پتانسیل گذرنده از دیود را نشان میدهد. پراب مشکی را به COM و پراب قرمز را به V/Ω وصل کنید. سپس پروب قرمز را به آند (قطب مثبت) دیود و پروب مشکی را به کاتد (قطب منفی) متصل کنید؛ نمایشگر باید مقداری حدود ۰.۵ تا ۰.۷ ولت (برای یک دیود سیلیکونی سالم) نشان دهد. این مقدار ولتاژ افت مستقیم دیود است. اگر در این حالت بوق بزند یا عدد بسیار کوچکی نشان دهد، به معنی اتصالی (خرابی کوتاه) در دیود است. سپس اتصالات را برعکس کنید (قرمز به کاتد و مشکی به آند)؛ در حالت معکوس معمولاً یا عدد بزرگ یا OL ظاهر میشود. صدای بوق در حالت معکوس نیز نشانه خرابی (اتصال کوتاه داخلی) دیود است.
مقایسه مدل دیجیتال و آنالوگ
خوانش مقادیر: مدل دیجیتال خواندن آسانتر و دقیقتری دارد و مقدار دقیق را به صورت عددی نمایش میدهد. در حالی که مولتیمتر آنالوگ با عقربه و مقیاس کار میکند و تشخیص دقیق مقدار ممکن است دقت کمتری داشته باشد.
دقت و پایداری: دقت دیجیتال معمولاً بالاتر است و ثبات بیشتری دارد. در مولتیمتر آنالوگ ممکن است خطای اندازهگیری (صفر نبوده صفحه) وجود داشته باشد و لازم باشد قبل از هر بار اندازهگیری صفر را تنظیم کرد.
واکنش به تغییرات: مدل آنالوگ واکنش بهتری به تغییرات لحظهای (مانند نوسانات کم) دارد و با حرکت عقربه میتوان روند تغییر ولتاژ یا جریان را دید. در دیجیتال بهجز مقدار عددی لحظهای، ممکن است بخش مینیمم/ماکسیمم را نشان دهد (MODE MIN/MAX).
کاربردها: مدل دیجیتال اغلب قابلیتهای بیشتر (تست دیود، تست پیوستگی، ثبت مقدار RMS) دارد. اما مولتیمتر آنالوگ برای بعضی کارهای خاص (مانند مقایسه نسبی مقاومتها در مدار بدون قطع آن) مفید است.
مصرف و مقاومت الکتریکی: مولتیمتر آنالوگ برای اندازهگیری مقاومت معمولاً به باتری نیاز دارد و جریان کمی از مقاومت عبور میدهد. مولتیمتر دیجیتال برای اندازهگیری مقاومت هم باتریدار است و ورودیهای آن حساسترند.
هزینه و استحکام: معمولاً مدل دیجیتال جدیدتر و گرانتر است، اما در عوض امکانات بیشتری ارائه میدهد. مدل آنالوگ سادهتر و گاهی ارزانتر است. در شرایطی که نویز یا میدان مغناطیسی زیاد باشد، ممکن است مولتیمتر آنالوگ خطاهای بیشتری داشته باشد.
نکات ایمنی
بررسی سلامت دستگاه: قبل از هر اندازهگیری، از سالم بودن بدنه و پرابها اطمینان حاصل کنید. اگر مولتیمتر ترک خورده یا سوئیچ آسیبدیده باشد، از آن استفاده نکنید.
قطع برق پیش از اندازهگیری مقاومت/اتصال: در اندازهگیری مقاومت یا تست اتصال، حتماً منبع تغذیه مدار را قطع کنید تا خطری متوجه شما یا دستگاه نباشد.
انتخاب محدوده مناسب: همواره اندازهگیری را با بزرگترین دامنه (Range) شروع کنید و در صورت نیاز آن را کم کنید. این کار از آسیب احتمالی به مولتیمتر جلوگیری میکند.
پروبها را به درستی وصل کنید: در اندازهگیری جریان، پراب قرمز را ابتدا در پورت 10A قرار دهید و سپس اگر جریان کم بود به پورت mA منتقل کنید. اتصال اشتباه (مثلاً قرمز در 10A و انتخاب محدوده mA) باعث سوختن فیوز میشود.
استفاده از تجهیزات ایمنی: در کار با ولتاژهای بالا (مثلاً بالاتر از ۵۰ ولت DC یا ۲۲۰ ولت AC) از دستکش عایق یا کفش مناسب استفاده کنید و از لمس نقاط برقدار بپرهیزید. عدم رعایت نکات ایمنی میتواند باعث صدمات جدی شود.
رنج دستگاه را نادیده نگیرید: هیچگاه پرابها را در هنگام تغییر محدوده یا بدون توجه به مثبت/منفی وصل نکنید. قبل از انتقال پرابها یا تغییر حالت، ابتدا دستگاه را خاموش یا از مدار جدا کنید.
مطابقت با CAT: اگر در بازار برق یا شرایط پرریسک کار میکنید، مطمئن شوید مولتیمتر شما دارای درجه حفاظتی مناسب (CAT II, CAT III, …) برای ولتاژ مورد نظر باشد.
