Dlaczego multimetr podaje więcej napięcia, aby zmierzyć mniejszy opór?

Zauważyłem to zachowanie na dwóch różnych multimetrach (również różnych modelach i markach). Na początku nie umieściłem multimetru, aby zmierzyć, ile napięcia zmieniło się dla różnych skal miernika: zdałem sobie sprawę, że używając własnego języka (do diabła, tak). W obu posiadanych multimetrach zdecydowanie czułem, że mrowienie staje się silniejsze, gdy skala jest mniejsza.

Więc: Próbowałem zmierzyć napięcie przyłożone do sond jednego multimetru przy różnych poziomach odczytu skali rezystancji, używając drugiego multimetru do odczytu woltów. Jestem pod wrażeniem wyników.

Oto co czytam. Po lewej stronie znajduje się „zmierzona” skala multimetru, po prawej napięcie, które czytam:

• 200Ω -> 2,96 V.
• 2kΩ -> 2,95 V.
• 20kΩ -> 2,93 V.
• 200 kΩ -> 2,69 V.
• 2MΩ -> 1,48 V (co za kropla!)

Jeśli zmienię liczniki, wszystko stanie się dla mnie jeszcze bardziej mylące:

• 200Ω -> 2,71 V.
• 2kΩ -> 2,69 V.
• 20kΩ -> 0,35 V (!!)
• 200kΩ -> 0,32 V.
• 2MΩ -> 0,18 V.

Czy ktoś może wyjaśnić, dlaczego tak się dzieje? Spodziewałbym się, że do pomiaru większej rezystancji należy zastosować wyższe napięcie. Tuż przed naciśnięciem przycisku „Post” zdecydowałem się również zmierzyć prąd - dla różnych poziomów skali omomierza. Zgadnij, co: zdecydowanie spadły, ale nie w tym samym stosunku co napięcie. Jestem zdezorientowany jak cholera. Dzięki!

1. Myślę, że spadek napięcia w twoim najlepszym przykładzie jest spowodowany impedancją wejściową woltomierza (prawdopodobnie około 10M), która powoli wchodzi w zakres omomierza.
2. Dla zakresu 20k i więcej znowu występuje problem impedancji wejściowej woltomierza. Myślę, że zakres 200Ω jest związany z pomiarem diody, który wymaga podobnego źródła prądu przy stosunkowo wysokim napięciu. Pozostawia to zakres 2kΩ, który prawdopodobnie jest realizowany w opłacalny sposób w oparciu o źródło prądu dla zakresu 200Ω.

Tylko ze schematem obwodu odpowiedź może być w 100% pewna.

---

Twój multimetr spróbuje zmierzyć omy, wysyłając znany / ustawiony prąd przez podłączony rezystor. Ten ustawiony prąd różni się w zależności od zasięgu, w którym znajduje się miernik. Jednak multimetr nie ma na pokładzie idealnego źródła prądu, ale raczej próbuje zaimplementować źródło prądu z napięcia akumulatora i kilku półprzewodników, dlatego napięcie otwartego cęgów nigdy nie wzrośnie powyżej napięcie baterii.

Nie wiadomo, dlaczego napięcie tak bardzo spada dla wyższych zakresów, będzie to miało związek ze sposobem zbudowania źródła prądu. Zauważ, że „wysokie” napięcie nie jest użyteczne (czwarta kolumna poniżej), gdy uświadomisz sobie, że iloczyn prądu pomiaru czasu i zakresu jest znacznie niższy niż napięcie cęgów otwartych (druga kolumna).

Należy również zauważyć, że napięcie mierzone w najniższym zakresie rezystancji jest identyczne z napięciem stosowanym do pomiarów diod dla wszystkich trzech metrów. Do pomiaru diody chcesz, aby stosunkowo wysokie napięcie przetestowało stosunkowo duży spadek napięcia na diodzie. W takim przypadku nadal używasz stałego prądu, ale nie jesteś już zainteresowany rezystancją, a nie rzeczywistym zmierzonym napięciem. Bezużyteczne jest budowanie dwóch oddzielnych źródeł prądu dla mniej więcej tego samego prądu. Z drugiej strony łatwiej jest zbudować dokładne źródło prądu, jeśli pozwalasz sobie na większy spadek napięcia na źródle prądu i i tak nie potrzebujesz napięcia (czwarta kolumna).

Poniżej znajdują się wyniki dla moich mierników. Dla dwóch na trzech impedancja wejściowa woltomierza (10 MΩ) była niższa niż zakres omomierza, więc pominąłem tę wartość. Kolumny są następujące:

1. zasięg
2. napięcie otwartej klamry
3. prąd pomiarowy
4. maksymalne napięcie wymagane do pomiaru (zakres × prąd), zwróć uwagę, jak to napięcie jest w miarę stałe!

DVM2000 (bateria 6 V)

$$\begin{array}\\ \text{range} &\Rightarrow& \text{open clamp voltage} &\Rightarrow& \text{constant current} &\Rightarrow& \text{full scale voltage}\\ \hline\\ \text{diode} &\Rightarrow& 3.25\text{V} &\Rightarrow& 785\text{µA}\\ 500Ω &\Rightarrow& 3.25\text{V} &\Rightarrow& 785\text{µA} &\Rightarrow& 500Ω × 785\text{µA} = 400\text{mV}\\ 5\text{kΩ} &\Rightarrow& 1.19\text{V} &\Rightarrow& 91.5\text{µA} &\Rightarrow& 5\text{kΩ} × 91.5\text{µA} = 460\text{mV}\\ 50\text{kΩ} &\Rightarrow& 1.18\text{V} ^{*)} &\Rightarrow& 11.5\text{µA} &\Rightarrow& 50\text{kΩ} × 11.5\text{µA} = 575\text{mV}\\ 500\text{kΩ} &\Rightarrow& 1.09\text{V} ^{*)} &\Rightarrow& 1.1\text{µA} &\Rightarrow& 500\text{kΩ} × 1.1\text{µA} = 550\text{mV}\\ 5\text{MΩ} &\Rightarrow& 614\text{mV} ^{*)} &\Rightarrow& 0.1\text{µA} \text{(last digit)}\\ 50\text{MΩ} &\Rightarrow& ? ^{*)} &\Rightarrow& ?\\ \end{array}$$

*) Na napięcie otwartej klamry dla zakresów> 5 kΩ prawdopodobnie wpłynie impedancja wejściowa woltomierza 10 MΩ. Prawdopodobnie wszyscy powinni odczytać 1,20 V.

SBC811 (bateria 3 V)

$$\begin{array}\\ \text{range} &\Rightarrow& \text{open clamp voltage} &\Rightarrow& \text{constant current} &\Rightarrow& \text{full scale voltage}\\ \hline\\ \text{diode} &\Rightarrow& 1.36\text{V} &\Rightarrow& 517\text{µA}\\ 200Ω &\Rightarrow& 1.36\text{V} &\Rightarrow& 517\text{µA} &\Rightarrow& 200Ω × 517\text{µA} = 103\text{mV}\\ 2\text{kΩ} &\Rightarrow& 645\text{mV} &\Rightarrow& 85.4\text{µA} &\Rightarrow& 2\text{kΩ} × 85.4\text{µA} = 171\text{mV}\\ 20\text{kΩ} &\Rightarrow& 645\text{mV} &\Rightarrow& 21.7\text{µA} &\Rightarrow& 20\text{kΩ} × 21.7\text{µA} = 434\text{mV}\\ 200\text{kΩ} &\Rightarrow& 637\text{mV} ^{*)} &\Rightarrow& 3.71\text{µA} &\Rightarrow& 200\text{kΩ} × 3.71\text{µA} = 742\text{mV}\\ 2\text{MΩ} &\Rightarrow& 563\text{mV} ^{*)}&\Rightarrow& 0.44\text{µA} &\Rightarrow& 2\text{MΩ} × 0.44\text{µA} = 880\text{mV}\\ 20\text{MΩ} &\Rightarrow& ? ^{*)} &\Rightarrow& 0.09\text{µA} \text{(last digit)}\\ \end{array}$$

*) Na napięcie otwartej klamry dla zakresów> 2kΩ prawdopodobnie wpłynie impedancja wejściowa woltomierza 10MΩ. Prawdopodobnie wszyscy powinni odczytać 645 mV.

DT-830B (bateria 9 V)

$$\begin{array}\\ \text{range} &\Rightarrow& \text{open clamp voltage} &\Rightarrow& \text{constant current} &\Rightarrow& \text{full scale voltage}\\ \hline\\ \text{diode} &\Rightarrow& 2.63\text{V} &\Rightarrow& 1123\text{µA} \\ 200Ω &\Rightarrow& 2.63\text{V} &\Rightarrow& 1123\text{µA} &\Rightarrow& 200Ω × 1123\text{µA} = 224\text{mV}\\ 2\text{kΩ} &\Rightarrow& 299\text{mV} &\Rightarrow& 70\text{µA} &\Rightarrow& 2\text{kΩ} × 70\text{µA} = 140\text{mV}\\ 20\text{kΩ} &\Rightarrow& 299\text{mV} &\Rightarrow& 23.0\text{µA} &\Rightarrow& 20\text{kΩ} × 23.0\text{µA} = 460\text{mV}\\ 200\text{kΩ} &\Rightarrow& 297\text{mV} ^{*)} &\Rightarrow& 2.95\text{µA} &\Rightarrow& 200\text{kΩ} × 2.95\text{µA} = 590\text{mV}\\ 2\text{MΩ} &\Rightarrow& 275\text{mV} ^{*)} &\Rightarrow& 0.35\text{µA} \text{(near scale low end)} &\Rightarrow& 2\text{MΩ} × 0.35\text{µA} = 700\text{mV}\\ \end{array}$$

*) Na napięcie otwartej klamry dla zakresów> 20 kΩ prawdopodobnie wpłynie impedancja wejściowa woltomierza 10 MΩ. Prawdopodobnie wszystkie powinny odczytać 300 mV.

Dobrym „liniowym” sposobem pomiaru rezystancji jest doprowadzenie znanej ilości prądu przez rezystor i zmierzenie napięcia. Ponieważ napięcie będzie proporcjonalne do rezystancji, miernik, którego odczyt jest proporcjonalny do napięcia, odczyta zatem wartość proporcjonalną do rezystancji.

Ponieważ rezystory różnią się w wielu rzędach wielkości, nie ma jednej ilości prądu, która działałaby optymalnie do pomiaru wszystkich rezystancji. Prąd jednego mikroampera spowodowałby, że rezystor 1M spadłby wolt, ale spowodowałby, że opornik o impedancji 1 upuściłby mikrowolt. Miernik z pojedynczym źródłem prądu, który był ograniczony do 2 woltów i którego odczyt napięcia w najlepszym zakresie był dokładny tylko do mikrowolt, nie byłby w stanie zmierzyć żadnych rezystancji większych niż 2 megmoskopy, i mógł jedynie zmierzyć małe rezystancje z dokładnością do najbliższego omu . Gdyby zamiast pojedynczego źródła prądu 1uA miernik używałby źródła prądu 0,1uA i źródła prądu 100uA, wówczas mniejsze źródło prądu byłoby w stanie zmierzyć rezystory do 20 megapikseli,