MULTIMETRUL NUMERIC VOLTCRAFT 3650 CR 1. Prezentare generală Multimetrul numeric VOLTCRAFT 3650 CR permite măsurarea următoarelor mărimi: tensiune continuă şi alternativă, curent continuu şi alternativ, rezistenţă, capacitate, frecvenţă, factor de amplificare în curent (h FE ) şi nivel logic. În plus, aparatul poate fi folosit pentru verificarea diodelor, precum şi ca indicator de continuitate. În ultimul caz, pe lângă afişarea valorii măsurate, aparatul emite un semnal sonor ( beep ) dacă rezistenţa măsurată este mai mică decât 30 Ω. Domeniile de măsurare, erorile tolerate precum şi alte caracteristici tehnice sunt prezentate în tabelul 1. Valorile măsurate sunt afişate atât sub formă numerică cu trei cifre şi jumătate, valoarea maximă afişată fiind 1999 cât şi sub formă analogică bargraph. Facilităţile suplimentare oferite de aparat sunt următoarele: autotestarea afişajului la conectare; posibilitatea memorării rezultatului măsurării (funcţia DATA-HOLD); posibilitatea determinării valorii maxime sau minime a unei mărimi (funcţiile MAX, respectiv MIN); posibilitatea comparării uneia sau a mai multor valori ale unei mărimi cu o valoare măsurată anterior şi considerată ca referinţă; aparatul afişează numai diferenţa faţă de aceasta din urmă (funcţia REL); indicarea stării necorespunzătoare a bateriei (tensiune prea mică); posibilitatea comunicaţiei cu un calculator personal (PC) prin intermediul unei interfeţe seriale RS-232C încorporate. 2. Structura internă Componenta principală a multimetrului este un convertor analog numeric cu dublă integrare, care poate măsura numai tensiuni continue, în gama 0-200 mv. Timpul de conversie este de circa 300 500 ms şi, prin urmare, cadenţa de măsurare este de 2-3 măsurări pe secundă. Toate celelalte mărimi se măsoară prin conversia în tensiune continuă, cu ajutorul unor convertoare adecvate (fig. 1). Rezultatul conversiei, precum şi informaţiile asupra funcţiei şi domeniului de măsurare sunt preluate de microcontroler, care comandă corespunzător afişajul şi, totodată, asigură transmisia serială a rezultatului măsurării către un PC. Pentru aceasta, multimetrul se conectează la PC prin intermediul unui cablu special, corespunzător standardului de interfaţă RS-232C.
U cc Atenuator Afişaj U ca I cc I ca R C Şunt Convertor rezistenţătensiune Convertor capacitatetensiune Comutator de funcţii şi domenii Convertor frecvenţătensiune Microcontroler CAN cu dublă integrare Redresor de măsurare Interfaţă serială La PC Tensiune continuă 0...200 mv Fig. 1. Schema bloc a multimetrului numeric Voltcraft 3650CR. Tabelul 1 Funcţie Tensiune continuă (DCV) Tensiune alternativă (ACV) Curent continuu (DCA) Domeni u Eroare absolută tolerată Rezoluţie Diverse 200 mv 0,3%val. măsurată+1 digit 100 μv Rezistenţa de intrare 10 MΩ 2 V 1 mv 20 V 10 mv 200 V 100 mv 1000 V 1 V 200 mv 0,8%val. măsurată+3 digiţi 100 μv 2 V 1 mv 20 V 10 mv 200 V 100 mv 750 V 1,2%val. măsurată+3 digiţi 1 V 2 ma 0,5%val. măsurată+1 digit 1 μa Cădere de tens. max. 300 mv 200 ma 1,8%val. măsurată+1 digit 100 μv max. 300 mv 20 A 2%val. măsurată+5 digiti 10 ma max. 900 mv
Curent alternativ 2 ma 1%val. măsurată+3 digiţi 1 μa max. 300 mv (ACA) 200 ma 1,8%val. măsurată+5 digiţi 100 μa max. 300 mv 20 A 3%val. măsurată+7 digiţi 10 ma max. 900 mv Rezistenţă (OHM) 200 Ω 0,5%val. măsurată+3 digiţi 0,1 Ω Cădere de tens. max. 800 mv 2 kω 0,5%val. măsurată+1 digit 1 Ω max. 280 mv 20 kω 10 Ω max. 160 mv 200 kω 100 Ω max. 160 mv 2 MΩ 1%val. măsurată+2 digiţi 1 kω max. 160 mv 20 MΩ 10 kω max. 160 mv Capacitate (C X ) 2000 pf 2%val. măsurată+3 digiţi 1 pf 200 nf 100 pf 20 μf 3%val. măsurată+5 digiţi 10 nf Frecvenţă (f khz) 20 khz 2%val. măsurată+3 digiţi 10 Hz 200 khz 100 Hz Notă. 1 digit reprezintă o unitate a celui mai puţin semnificativ rang al afişajului. Exemplu. La măsurarea unui curent continuu pe domeniul de 20 A aparatul a indicat 10,39 A. Eroarea absolută tolerată este: 2/100*10,39 A + 5*0,01 A 0,25 A. 3. Efectuarea măsurărilor Pentru efectuarea măsurărilor se selectează funcţia şi domeniul dorit, iar măsuradul se aplică la bornele corespunzătoare: între V/Ω şi COM la măsurarea mărimilor: tensiune continuă sau alternativă, rezistenţă, frecvenţă, nivel logic; între A şi COM pentru curenţi mai mici decât 200 ma; între 20 A şi COM pentru curenţi mai mari decât 200 ma; C X la măsurarea capacităţilor (la măsurarea condensatoarelor electrolitice, plusul acestora se conectează la borna superioară). Pentru ca multimetrul să nu se deterioreze trebuie să nu fie depăşite valorile indicate în tabelul 2. Tabelul 2 Funcţia Bornele Valorile maxime admise DCV V/Ω şi COM 1000 Vcc ACV V/Ω şi COM 750 Vca OHM V/Ω şi COM 250 Vcc/ca DCA, ACA A şi COM 200 ma, 250 Vcc/ca f khz V/Ω şi COM 250 Vcc/ca
Logic V/Ω şi COM 250 Vcc/ca De asemenea, este necesar să fie respectate următoarele reguli: comutarea domeniului şi/sau funcţiei se va face deconectând măsuradul de la bornele multimetrului; nu se vor aplica tensiuni între bornele V/Ω şi COM la măsurarea rezistenţelor (rezistenţele se măsoară deconectate din circuit); condensatoarele trebuie descărcate înainte de efectuarea măsurării; nu se vor aplica tensiuni între bornele 20 A şi COM. 3.1. Funcţiile DATA-HOLD, MAX şi MIN Prin apăsarea butonului D-H, valoarea măsurată rămâne afişată un timp nedefinit (până la anularea comenzii) chiar dacă măsuradul a fost deconectat. Aparatul afişează în acest caz şi simbolul D-H. Dacă se apasă încă o dată butonul D-H, este activată funcţia MAX (simbolul MAX afişat), iar multimetrul reţine şi afişează cea mai mare valoare a măsuradului aplicată bornelor sale. Dacă se apasă încă o dată pe butonul D-H, este activată funcţia MIN (simbolul MIN afişat), iar multimetrul reţine şi afişează cea mai mică valoare a măsurandului aplicată bornelor sale. Pentru revenirea la funcţionarea normală se poate proceda în două moduri: se apasă încă o dată pe butonul D-H sau se comută domeniul (funcţia) multimetrului. 3.2. Funcţia REL (măsurarea diferenţelor) Dacă la măsurarea unei valori a măsuradului se apasă pe butonul LOGIC/REL, atunci este afişat simbolul Δ, iar respectiva valoare este considerată ca referinţă; următoarele măsurări furnizează numai diferenţa dintre valoarea măsuradului şi valoarea de referinţă. Multimetrul revine la funcţionarea normală dacă se comută domeniul (funcţia) sau dacă se apasă încă o dată pe butonul LOGIC/REL. 3.3. Măsurarea nivelurilor logice se selectează funcţia LOGIC TEST (symbol pe carcasa aparatului); pe afişaj apar literele rdy; se conectează borna COM la masa circuitului analizat; se conectează borna V/Ώ la tensiunea de alimentare V+ a circuitului; se apasă butonul LOGIC/REL (aparatul memorează valoarea tensiunii de alimentare); borna V/Ώ se conectează la punctele de interes din circuit, multimetrul putând să afişeze unul din simbolurile: Hi - dacă tensiunea măsurată este mai mare decât 0,7 V+; Lo - dacă tensiunea măsurată este mai mică decât 0,3 V+;
--- - dacă tensiunea măsurată este cuprinsă între 0,3 V+ şi 0,7 V+. 3.4. Verificarea diodelor În poziţia a comutatorului de domenii şi /sau funcţii se pot verifica diode sau joncţiuni de tranzistor, la un curent de circa 1 ma. Multimetrul indică OL (OverLoad) în cazul unei diode polarizate invers sau întrerupte, respectiv o cădere de tensiune (în mv) în cazul unei diode polarizate direct (tensiunea pe diodă apare cu plusul la borna V/Ώ). 3.5. Măsurarea factorului de amplificare h FE Raportul static de transfer în curent h FE al unui tranzistor poate fi măsurat prin poziţionarea pe h FE a comutatorului de funcţii şi /sau domenii şi introducerea corectă a tranzistorului în soclul special cu care este prevăzut multimetrul. Măsurarea are loc la un curent de bază de 10 μa şi o tensiune colector-emitor de 2,8 V. 3.6. Comunicaţia multimetrului cu un PC Multimetrul este prevăzut aşa cum s-a amintit mai sus cu o interfaţă serială RS-232C, astfel încât este posibilă realizarea unei comunicaţii seriale bidirecţionale între multimetru şi un PC. Comunicaţia serială se realizează prin transmiterea succesivă a biţilor ce compun un octet şi transmiterea succesivă a octeţilor dintr-un mesaj. Comunicaţia dintre două aparate se numeşte bidirecţională dacă fiecare aparat poate avea atât funcţia de emiţător cât şi pe cea de receptor de mesaje. Multimetrul transmite PC-ului mesaje formate din câte 14 octeţi; structura acestor mesaje este exemplificată mai jos: Octet 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Mesaj D C 1. 9 5 4 V CR (Carriage 1 Return) Mesaj 2 1 4. 3 2 M o h m CR Rata de transmisie utilizată este de 1200 bauds (biţi/secundă). Datele sunt codificate ASCII (pe 7 biţi); se utilizează doi biţi pentru STOP şi nu se foloseşte bit de paritate. Multimetrul poate memora până la cinci valori măsurate. El transmite aceste valori către PC în urma recepţionării de la acesta a unei comenzi M. Dacă PC-ul transmite multimetrului o comandă D, atunci multimetrul transmite PC-ului informaţiile vizualizate pe afişaj. La comanda C furnizată de PC, multimetrul şterge toate valorile anterior memorate.
4. Lucrarea practică 4.1. Se vor măsura cu multimetrul mai multe rezistenţe şi condensatoare. Pentru fiecare dintre acestea se va specifica: valoarea teoretică, intervalul de variaţie conform toleranţei, valoarea măsurată, specificarea faptului dacă valoarea măsurată se află sau nu în câmpul de toleranţă, precum şi erorile absolută şi relativă tolerate (conform datelor din tabelul 1). 4.2. Se vor verifica mai multe diode de siliciu şi de germaniu. Pentru fiecare diodă se va preciza tensiunea obţinută în urma polarizării directe. 4.3. Se va măsura factorul h FE pentru o serie de tranzistoare de siliciu şi de germaniu. 4.4. Se vor utiliza funcţiile DATA HOLD, MAX şi MIN, pentru a observa practic modul lor de acţiune. În acest scop se utilizează o rezistenţă în decade. 4.5. Se utilizează un divizor rezistiv alcătuit din două rezistenţe egale cu 10 M. Se alimentează divizorul la o tensiune continuă egală cu 5 V. Se va măsura cu voltmetrul tensiunea pe fiecare rezistenţă şi se va compara cu valoarea teoretică. Justificaţi rezultatele obţinute! 4.6. Se utilizează multimetrul ca ampermetru cu domeniul de 2 ma, care se conectează în serie cu o rezistenţă de 510. Schema se alimentează la o tensiune continuă de 1 V. Se va măsura curentul prin circuit şi se va compara cu valoarea sa teoretică. Explicaţi rezultatele obţinute!