ЭКСПЕРИМЕНТ 1 Ознакомление с мультиметром
Цели
После проведения данного эксперимента Вы сможете измерять напряжение, ток и сопротивление, используя цифровой мультиметр.
Необходимые принадлежности
* Цифровой мультиметр
* Источник постоянного напряжения
* Одна батарея на 9 вольт
* Один элемент (для карманного фонарика) типоразмера АА, С или D
* Резисторы — 1/2 Вт: один резистор 1 кОм
ВВОДНАЯ ЧАСТЬ
В своей деятельности в качестве техника Вам придется использовать множество контрольных приборов различного типа для тестирования, измерения и обнаружения неисправностей в электронном оборудовании. Мультиметр — это прибор, который будет чаще всего использоваться Вами. Этот прибор предназначен для измерения трех следующих наиболее важных характеристик в любой электронной схеме: напряжение, ток и сопротивление. Большинство мультиметров могут измерять как постоянное, так и переменное (синусоидальное) напряжение, постоянный и переменный ток, а также
сопротивление постоянному току. Два испытательных вывода от мультиметра подключаются к схеме или ее элементу для выполнения этих измерении. Мультиметр является универсальным прибором, который Вы будете использовать практически каждый день в вашей работе. Вы будете использовать мультиметр во всех экспериментах с постоянным током в соответствии с данным руководством по лабораторной практике. Имеется два основных типа мультиметров для общего использования: аналоговый и цифровой.
Аналоговые мультиметры
В аналоговом мультиметре применяется стандартная измерительная шкала с указателем. Значение напряжения, тока или сопротивления отсчитываются от позиции указателя на измерительной шкале. Определение показаний аналогового мультиметра очень похоже на определение времени по стрелкам на часах. В случае часов Вам приходится интерполировать число секунд между маркировками минут. Точно так же при работе с аналоговым мультиметром Вы должны определять или оценивать фактическое значение путем интерполирования между маркировками напряжений, токов или сопротивлений на измерительной шкале.
Аналоговые мультиметры все еще широко используются, поскольку они недороги и надежны в работе. Их основным недостатком является то, что они имеют меньшую точность и больший разброс при измерениях. В большинстве случаев погрешность аналогового мультиметра составляет менее 2% от пределов измерения по шкале прибора, что вполне приемлемо в большинстве практических применении. Тем не менее, во многих случаях желательны более точные измерения.
Цифровые мультиметры
Цифровой мультиметр подобен аналоговому мультиметру в том отношении, что он также является универсальным измерительным прибором, способным измерять напряжение, ток и сопротивление. Основным отличием является то, что результаты измерений выводятся на устройство десятичной цифровой индикации. В большинстве цифровых мультиметров имеется жидкокристаллический индикатор (дисплей), который похож на дисплей, используемый в цифровых электронных часах. Значение тока, напряжения или сопротивления выводится в виде десятичных цифр на семисегментные индикаторы. Индикация в более старых цифровых мультиметрах осуществляется с использованием индикаторов на светоизлучаюших диодах. В некоторых стендовых больших мультиметрах все еще используются светодиодные индикаторы.
В дополнение к удобствам, связанным с использованием десятичных дисплеев, цифровые мультиметры обеспечивают также более высокую точность измерений. Хороший цифровой мультиметр обеспечивает точность измерений от 0, 5% до 1% от фактического значения. Такие точные измерения предпочтительны при тестировании электронных схем, поскольку они дают наилучшую информацию о состояниях схем. Цифровые мультиметры имеют также более высокую разрешающую способность измерительной системы, что обеспечивает более высокоточные измерения с большим числом десятичных разрядов.
Краткое содержание
Мультиметр является измерительным прибором, который при надлежащем его использовании расскажет Вам о состоянии электронной схемы. В данном эксперименте Вы научитесь пользоваться одним из мультиметров Вы научитесь измерять постоянное напряжение, постоянный ток и сопротивление.
ПРОЦЕДУРА
1. Ознакомьтесь с мультиметром. Он должен быть аналоговым или цифровым устройством, в зависимости от того, какой тип имеется в вашей лаборатории. Остановимся на цифровом мультиметре. Исследуйте дисплеи и органы управления. Укажите конкретные особенности мультиметра в предусмотренных полях (см. ниже):
а) тип дисплея ____________________
б) выбор функции измерения (напряжение, ток, сопротивление):
при помощи кнопочных переключателей___ при помощи ползункового переключателя___ при помощи поворотного переключателя ___
в) выбор диапазона измерения:
при помощи кнопочных переключателей ___ при помощи ползункового переключателя___ при помощи поворотного переключателя ___
г) выбор типа измерения (по постоянному току или переменному току):
при помощи кнопочного переключателя ___ при помощи ползункового переключателя __ при помощи поворотного переключателя ___
2. Теперь посмотрите на испытательные выводы мультиметра. Черный вывод называется общим выводом или выводом массы. Красный вывод называется потенциальным выводом. Черный вывод вставляется в гнездо СОМ на передней панели мультиметра. Красный вывод вставляется в отверстие с маркировочными символами оммы и вольты (ft и V). Другое (другие) гнездо (гнезда) на передней панели мультиметра используется (используются) при измерении тока. Черный вывод всегда остается в гнезде СОМ, однако, красный вывод вставляется или в отверстие А, или в отверстие 10А при выполнении измерений тока соответственно до одного ампера или до 10 ампер. Сейчас вставьте красный вывод в гнездо ft/V.
3. Перед тем, как подключать испытательные выводы, в частности, когда измеряемое напряжение или ток неизвестны, желательно устанавливать мультиметр на максимально возможный предел измерений. Это позволяет предотвратить выход мультиметра из строя. Если показание при этом слишком мало, Вы можете шаг за шагом выполнять переключение на более низкие пределы измерений, чтобы получить наиболее оптимальное показание прибора. Когда же диапазон измерения измеряемой величины известен, то для получения наиболее точных значений измерения всегда выбирайте такой предел измерений, который несколько выше измеряемой величины. Например, если Вы желаете измерить напряжение 15 В, установите переключатель на предел измерений 20 В, а не на предел измерений 200 В.
Большинство мультиметров имеют следующие пределы измерений:
» напряжения: 200 мкВ, 2 мВ, 20 м В, 200 м В,
2В, 20В, 200В, 1000В » токи: 200 мкА, 2 мА, 20 мА, 200 мА, 1 А » сопротивления: 2000м, 2 кОм, 20к0м,
200 кОм, 2МОм
Если Ваш мультиметр имеет отличающиеся пределы измерений, запишите их все в только что приведенном формате.
Используя приведенные пределы измерений, укажите оптимальный предел измерения для измерения каждого из следующих электрических сигналов:
а) 120 В = выбрать предел измерения ______
б) 3 мА = выбрать предел измерения ______
в) 470 кОм = выбрать предел измерения ____
4. Чтобы научиться использовать мультиметр, Вы сейчас измерите постоянные напряжения батарей. Мультиметр, установленный для измерения напряжений, называется вольтметром. Включите мультиметр. Установите переключатель пределов измерения и переключатель функций для измерения напряжения батареи 9 В. После этого прикоснитесь пробниками к выводам батареи 9 В. Коснитесь красным выводом к положительному контакту (+) батареи, а черным выводом — к отрицательному контакту (—) батареи. Сосчитайте измеренное напряжение на дисплее прибора и запишите его в предусмотренное ниже поле.
Напряжение батареи = _______ В
5. Поменяйте между собой пробники на контактах батареи 9 В.
Коснитесь черным выводом к положительному контакту (+) батареи, а красным выводом — к отрицательному контакту (—) батареи. Сосчитайте измеренное напряжение на дисплее прибора и запишите его в предусмотренное ниже поле.
Напряжение батареи (при обращении
пробников) = _______ В
Объясните различие между двумя показаниями.
6. Теперь измерьте напряжение стандартного элемента для карманного фонаря. Вы можете использовать элемент большего размера D, меньшего размера С или миниатюрный элемент АА. Прежде чем измерять напряжение элемента, точно определите положительный и отрицательный контакты элемента. После этого измерьте напряжение, подключая пробники прибора к соответствующим контактам элемента. Используйте позицию 20 В на переключателе мультиметра. Поменяйте теперь местами пробники на контактах элемента и снова измерьте напряжение. Запишите оба показания в предусмотренных ниже полях.
Напряжение элемента = _______ В
Напряжение элемента (при обращении пробников) == _______ В
Снова объясните любые отличия, замеченные при измерениях.
7. Установите переключатель мультиметра в позицию 2 В и снова повторите измерение напряжения элемента для карманного фонаря. Запишите полученное значение напряжения. Напряжение элемента = ______ В
Объясните разницу между показаниями, полученными при измерении в диапазонах измерения 2В и 20 В.
8. Далее измерьте напряжение лабораторного источника питания. Большинство таких источников питания имеет изменяемое выходное напряжение.
Включите источник питания и подключите испытательные выводы мультиметра к выходам источника питания. Если источник питания имеет свой собственный встроенный измерительный прибор, установите выходное напряжение 30 В. Если источник питания не может формировать такое большое напряжение, установите его выходное напряжение 14 В. Если источник питания не имеет встроенного измерительного прибора, используйте Ваш мультиметр для измерения выходного напряжения. Установите мультиметр на продел измерения 200 В и измерьте выходное напряжение 30 В. Если на выходе только 14В, используйте 20-вольтовый диапазон измерений мультиметра для измерения этого напряжения. Теперь выполните переключение на следующий более низкий предел измерения (20 В в случае выходного напряжения З0В или 2 В в случае выходного напряжения 14 В). Опишите, что показывает дисплей мультиметра.
9. Теперь Вы будете использовать мультиметр для измерения сопротивлений. В данном режиме мультиметр называется омметром. Установите переключатель мультиметра в положение 2 кОм. Затем дотроньтесь пробниками до двух выводов резистора с номиналом 1 кОм (с цветовым кодом коричневый-черный-красный-золотой). Запишите показание в предусмотренное ниже поле. Значение сопротивления = _______Ом
10. Поменяйте пробники местами и снова измерьте сопротивление. Какое различие Вы заметили, если вообще заметили таковое? 11. Заметьте эффект разомкнутой или замкнутой цепи. При установке мультиметра в режим омметра он может использоваться для измерения так называемой целостности цепи. Другими словами, омметр может обнаруживать разомкнутый контур (бесконечное сопротивление) и замкнутый контур или короткое замыкание (нулевое сопротивление).
При использовании мультиметра, установленного на предел измерения 2 кОм, коснитесь измерительными выводами друг друга. Это состояние представляет собой короткое замыкание. Какое сопротивление Вы измерили при этом?
Сопротивление при коротком
замыкании =_________Ом
Теперь оставьте измерительные выводы открытыми, не касающимися друг друга или чего-нибудь иного. Это соответствует незамкнутому контуру. Что Вы при этом считываете на дисплее мультиметра? Какому сопротивлению это соответствует?
Показание мультиметра =_________
Сопротивление разомкну той цепи =__ Ом 12. Теперь Вы переходите к измерению тока. Мультиметр, используемый таким образом, превращается в амперметр. Для измерения Вам потребуется вставить красный пробник в гнездо с маркировкой А на передней панели Вашего мультиметра. Черным вывод остается соединенным с гнездом СОМ. Установите переключатель мультиметра на предел измерения 20 мА.
Для измерения тока Вы должны построить простую электрическую схему, через которую должен протекать ток. Вы сделаете это при использовании батареи 9 вольт и резистора 1 кОм. Цепь, которую Вы должны собрать, в схематическом виде представлена на рисунке 1-1. Через эту цепь будет протекать ток величиной в один миллиампер (1 мА) или 0, 001 ампера.
Рис. 1-1. Мультиметр, включенный в цепь в качестве амперметра.
Чтобы собрать цепь, соедините один вывод резистора к отрицательному контакту батареи 9 вольт. После этого коснитесь красным выводом мультиметра к положительному контакту батареи, а черным выводом к свободному выводу резистора 1 кОм. Снимите показание тока на дисплее и запишите это значение. Ток в цепи = _________ мА
Как это согласуется с Вашим расчетным значением? Объясните различия, если таковые имеются.
13. Поменяйте теперь местами пробники мультиметра и повторите шаг 12. Чем отличается новое показание? Объясните.
ОБЗОРНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какой диапазон мультиметра Вы бы использовали для измерения 2, 7 В?
а) 200 мВ,
б) 2 В,
в) 20 В,
г) 200 В.
2. Какое главное преимущество в использовании наименьшего возможного диапазона для измерения электрических величин?
а) предотвращение повреждения мультиметра,
б) более высокая точность представления,
в) более высокая скорость измерения,
г) более высокая точность измерения.
3. Если в показании мультиметра имеется 1 в самой левой позиции (старший значащий разряд) на дисплее, это означает, что Вы:
а) измеряете разомкнутую цепь или бесконечное сопротивление,
б) установили слишком низкий предел измерения для измеряемой величины,
в) имеете случай а и б,
г) имеете случай, отличный и от а и от б.
4. Если при измерении напряжения на дисплее появляется отрицательный знак, это означает, что красный измерительный вывод по отношению к черному пробнику (СОМ) имеет следующую полярность:
а) отрицательную,
б) положительную.
5. Справедливо ли высказывание: Должна соблюдаться правильная полярность измерительных выводов при измерении сопротивления?
а) да,
б) нет.
