Co robi tarcza multimetru wewnętrznie?

Każdy, kto kiedykolwiek obsługiwał multimetr, zna te tarcze. Pozycja pokrętła wskazuje maksymalny zakres ilości, którą można zmierzyć.

Ale dlaczego musimy sami dostosować maksymalny zasięg? Co dzieje się wewnętrznie w multimetrze, gdy pokrętło jest ustawione, powiedzmy, z 20 V na 200 V? Jeśli mamy tarczę na 20 V, a mierzone napięcie wynosi 50 V, dlaczego miernik nie może wykonać pomiaru? Nie mam dużej wiedzy na temat wewnętrznego działania multimetru, ale rozumiem, że napięcie jest mierzone przez przepuszczanie nieskończenie małej ilości prądu przez miernik i pomiar pola magnetycznego (coś wzdłuż tych linii). Ale dlaczego mierniki nie mogą same dostosować swojego zasięgu?

EDYCJA: Wiem, że istnieją liczniki automatyczne, ale interesuje mnie, dlaczego inni muszą być dostosowani ręcznie.

Ten obraz ( źródło ) powinien powiedzieć ci wszystko, co musisz wiedzieć o tym, jak to działa. Na tarczy znajdują się styki wycieraczek, pokazane u dołu, które pasują do padów na płytce drukowanej licznika.

Podkładki te są podłączone do różnych zaczepów dzielnika napięcia w celu podziału napięcia lub przepuszczenia prądu przez bocznik prądu.

Wewnętrznie miernik może mierzyć tylko napięcia od, powiedzmy, -0,2 V do + 0,2 V. Przełącznik zakresu zmienia dzielnik napięcia, aby wstępnie przeskalować napięcie wejściowe w tym zakresie, a na większości mierników wyśle ​​również sygnał do wyświetlacza LCD z informacją, gdzie umieścić kropkę dziesiętną.

Co do tego, dlaczego musisz to zrobić sam, zamiast licznika, który robi to za Ciebie: nic więcej i nic mniej niż cena. Miernik z automatycznym zasięgiem jest droższy niż ten, który nie jest konieczny z powodu potrzeby dodatkowego sprzętu do wykrywania przekroczenia zasięgu i wykonywania przełączania.

Stary miernik analogowy może być łatwiejszy do zrozumienia (źródło http://fourier.eng.hmc.edu/e84/labs/lab1/node1.html ):

Ponieważ ugięcie miernika zależy od prądu, który go przepływa, a stosunek ugięcia do prądu nie zmienia się, różne położenia styków będą tworzyć różne dzielniki napięcia lub prądu w celu dostosowania skali. Uwaga: rezystancja cewki jest również stała.

Nie różni się tak bardzo od mierników cyfrowych, z tą różnicą, że zamiast cewki wymagającej określonego prądu ma przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC), który potrzebuje określonego napięcia do wskazania pełnej skali.

Jeśli jest to multimetr cyfrowy , działa inaczej niż analogowy .

Schematy schematu analogowego pokazano w odpowiedzi Vangelo.

Schematy cyfrowe wyglądają następująco:

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab}

W przypadku pomiarów napięcia tarcza wybierze stosunek dzielnika napięcia (jak pokazano na schemacie powyżej) i zmieni pozycję kropki dziesiętnej na wyświetlaczu.

Woltomierz nie mierzy żadnych prądów. Wewnątrz znajduje się ADC (przetwornik analogowo-cyfrowy, który jest prawdziwym urządzeniem pomiarowym), który porównuje napięcie wejściowe z napięciem odniesienia i podaje współczynnik wejścia do odniesienia jako wyjście cyfrowe.

Powiedzmy, że napięcie odniesienia wynosi 2 V. Wtedy maksymalne napięcie wejściowe wynosi również 2 V, ponieważ byłoby to 100%. Jeśli przekręcisz pokrętło na zakres wejściowy 20 V, przełączysz dzielnik napięcia na wejście, dzięki czemu zmniejszysz napięcie wejściowe 10-krotnie, co spowoduje tylko 2 V w ADC przy napięciu wejściowym 20 V. Mikrokontroler wie o tym i pokazuje rzeczywistą wartość na wyświetlaczu.

Liczniki automatyczne mogą wybierać różne dzielniki napięcia poprzez przełączanie przekaźników. Wymaga to dodatkowych części, a zatem niektóre liczniki wymagają tylko ręcznego ustawienia przez użytkownika, a tym samym obniżenia kosztów.

W najprostszej postaci pokrętło przełącza odpowiednie oporniki między sondami a cewką miernika, tak aby za pomocą jednego miernika można było zmierzyć wiele zakresów napięć i prądów.

Jeśli spróbujesz zmierzyć 40 V w zakresie 20 V, wówczas miernik musiałby przejść do odczytu 200%, ponieważ przepływający prąd jest dwa razy większy, musi wyświetlać odczyt 100%. Cewka nie może fizycznie poruszyć miernika, a cewka może się palić z powodu przepływu prądu nadmiarowego, chyba że istnieją elementy zabezpieczające, które ją ograniczają.

Miernik nie wie, jakie napięcie zmierzysz, i nie ma aktywnych składników do automatycznego wykrywania lub przełączania zakresu.