Pośredni pomiar małych prądów stałych nakłada szczególne wymagania przyrządom do tego przeznaczonym.

W poprzednim numerze „Nowoczesnego Warsztatu” został przedstawiony nowy multimetr cęgowy produkowany przez tajwańską firmę Center Technology Corp. pod oznaczeniem Center 262, a przeznaczony głównie do pomiaru małych prądów stałych. Oprócz tego miernika firma Center produkuje jeszcze dwa przyrządy tego typu. Wszystkie są przydatne w diagnostyce samochodowej. W publikowanym artykule zostaną porównane ich własności, tak aby przyszły użytkownik mógł wybrać najlepiej dopasowany do swoich potrzeb pomiarowych. Dystrybucję przyrządów firmy Center Technology Corp. prowadzi firma Labimed Electronics Sp. z o.o.
Współczesne przyrządy mierzące prąd za pomocą cęgów zintegrowanych z ich obudową są zwykle multimetrami, czyli urządzeniami wielofunkcyjnymi mierzącymi także napięcie, rezystancję, a często również pojemność, częstotliwość, a nawet moc. Test rezystancji jest zwykle rozbudowany o test ciągłości obwodu z dźwiękową sygnalizacją tego stanu. Osobną grupę przyrządów cęgowych stanowią multimetry przeznaczone przede wszystkim do pomiaru małych prądów stałych. Wyróżniają się one niewielkimi rozmiarami obudowy i cęgów.

Pomiar prądu
Pośredni pomiar prądu przyrządem cęgowym jest wygodny i bezpieczny dla użytkownika, jednak w porównaniu z pomiarem bezpośrednim jest mniej dokładny. Własność ta uwidacznia się szczególnie przy pomiarze małych prądów stałych, narzucając konstruktorom takich przyrządów wyjątkowo wysokie wymagania. Przetwornik hallotronowy znajdujący się w cęgach musi mieć odpowiednią czułość, a wystarczająca dokładność powinna być zapewniona w całym obszarze cęgów, i to nie tylko przy umieszczeniu przewodu z mierzonym prądem centralnie w obszarze cęgów. Przyrząd musi być też odporny na wpływ pola magnetycznego ziemi oraz operacje otwierania i zamykania cęgów. Spełnienie tych wymagań jest niezmiernie trudne, stąd też cęgi przyrządów przeznaczonych do pomiaru małych prądów stałych mają małą średnicę wewnętrzną, czuły i drogi przetwornik hallotronowy (czasem nawet dwa) oraz wysokiej jakości wejściowy układ pomiarowy odporny na zakłócenia zewnętrzne. Przekłada się to oczywiście na ostateczną cenę przyrządu, która jest wyższa niż przyrządu cęgowego mierzącego prądy duże, osiągające w przypadku urządzeń tego typu wartości nawet do 2000 A, a typowo do 600 lub 1000 A. Obecność lub brak innych funkcji pomiarowych nie ma właściwie żadnego wpływu na ostateczną cenę takich przyrządów. W zasadzie liczy się tylko dolny podzakres pomiarowy prądu stałego i średnica wewnętrzna cęgów. Wartość pełnozakresowa dolnego podzakresu powinna być jak najmniejsza, a cęgi powinny obejmować przewód z mierzonym prądem o możliwie jak największej średnicy. Należy zwrócić uwagę na wyjątkowe własności multimetru Center 262. Jego użytkownik ma do dyspozycji dolny podzakres pomiarowy prądu stałego o wartości pełnozakresowej równej 300 mA, na którym wskazuje wynik z rozdzielczością 100 mA. Uwzględniając fakt, że wyspecyfikowana dokładność (1,0% wartości wskazywanej) jest zapewniona już od 5% wartości pełnozakresowej, należy przyjąć, że przyrząd ten mierzy dokładnie już od 15 mA, co w przypadku pomiaru prądu stałego metodą pośrednią (cęgami) jest dużym osiągnięciem. Pozostałe przyrządy z zestawienia prezentują się pod tym względem nieco gorzej. Center 260 mierzy poprawnie od 250 mA, a Center 223 – od 500 mA. Mają też cęgi o średnicy wewnętrznej prawie dwukrotnie mniejszej, co ogranicza zakres ich zastosowań.
Wszystkie przyrządy z zestawienia są wyposażone w funkcję automatycznej zmiany podzakresu, czyli samoczynnie dobierają podzakres do wielkości mierzonego prądu. Nie ma potrzeby, jak to ma miejsce w wielu multimetrach cęgowych, wybierania podzakresu przełącznikiem obrotowym, używanym też do wyboru funkcji pomiarowych napięcia, rezystancji i innych.
Typową czynnością wykonywaną każdorazowo przed pomiarem prądu stałego jest wyzerowanie wskazania wyświetlacza będącego pozostałością po poprzednim pomiarze lub efektem zewnętrznych sygnałów zakłócających. We wszystkich przyrządach z zestawienia realizuje się to tak samo, naciskając przycisk ZERO.
W niektórych aplikacjach pomiarowych trzeba wykonać pomiar wartości szczytowej sygnału. Tylko nieliczne multimetry cęgowe mają tę funkcję. Należy do nich Center 223. Funkcja pomiaru wartości szczytowej jest w tym multimetrze dostępna tylko przy pomiarze sygnału stałego (prądu i napięcia) Po przełączeniu przyrządu w tryb wykrywania wartości szczytowej multimetr próbkuje co 10 ms, po czym wyświetla wynik pomiaru na wyświetlaczu i „zamraża” go na nim. Stąd też nazwa tej funkcji PEAK HOLD.
Wszystkie multimetry z zestawienia mierzą też prąd przemienny, zapewniając uzyskanie wyspecyfikowanej dokładności również wtedy, gdy prąd ten jest odkształcony. Umożliwia to funkcja True RMS, skuteczna tylko w określonym zakresie częstotliwości i przy stopniu odkształcenia mierzonego prądu nieprzekraczającym podawanej zwykle wartości granicznej współczynnika szczytu.

Pomiar napięcia
Mierząc napięcie, korzysta się z dwóch gniazd pomiarowych znajdujących się w dolnej części płyty czołowej multimetru. Gniazda te akceptują wtyki banankowe przewodów pomiarowych o średnicy 4 mm. Komplet odpowiednich przewodów pomiarowych jest dostarczany standardowo z każdym przyrządem. Multimetry Center 262 i Center 260 wyposażono w dwa podzakresy pomiarowe napięcia stałego i przemiennego (50 V i 300 V) zmieniane wyłącznie automatycznie, na których wynik pomiaru jest wyświetlany z rozdzielczością równą odpowiednio 10 V i 100 mV. Uboższy pod tym względem jest Center 223, który ma tylko jeden podzakres 600 V o rozdzielczości wskazania 100 mV.
Przy pomiarze napięcia przemiennego jest, podobnie jak w przypadku prądu przemiennego, aktywna funkcja True RMS.

Pomiar rezystancji i test ciągłości obwodu
Mierząc rezystancję lub sprawdzając ciągłość obwodu, korzysta się również z dwóch gniazd pomiarowych znajdujących się w dolnej części płyty czołowej multimetru i wymienionego kompletu przewodów pomiarowych dostarczonego wraz z multimetrem.
Pod względem liczby podzakresów pomiarowych rezystancji multimetry Center 262 i Center 260 znacznie przewyższają multimetr Center 223, gdyż są wyposażone w cztery podzakresy (0,5, 5, 50, i 500 kΩ), a multimetr Center 223 tylko w jeden (10 kΩ). Przy pomiarze małych rezystancji na podzakresie 0,5 kΩ warto korzystać z funkcji ZERO, aby wyeliminować wpływ na wynik pomiaru rezystancji przewodów pomiarowych. Pomiar wykonuje się wtedy w dwóch etapach. W pierwszym, po dołączeniu przewodów do gniazd pomiarowych zwiera się ze sobą końce ich sond i naciska przycisk ZERO. Przyrząd zapisuje w pamięci wartość rezystancji przewodów pomiarowych i zeruje wskazanie wyświetlacza. W drugim etapie rozwiera się końce przewodów i dołącza się je do wyprowadzeń mierzonego obiektu (np. rezystora). Od tego momentu każdy wyświetlony wynik będzie stale pomniejszany o wartość zapisaną w pamięci przyrządu, czyli o wartość doprowadzeń pomiarowych.

Inne funkcje
Unikatową własnością multimetru Center 223, zasługującą na szczególną uwagę, jest wyjście przetwornika cyfrowo-analogowego nazywane też wyjściem analogowym. Przez wyjście to jest wyprowadzane napięcie o wartości wprost proporcjonalnej do wartości mierzonej wielkości. Funkcja wyjścia analogowego jest dostępna wyłącznie przy pomiarze prądów stałego i przemiennego. Wyjście ma przekładnię 10 mV/A, co oznacza, że prąd o natężeniu równym na przykład 1 A spowoduje powstanie na nim napięcia równego 10 mV. Przy pomiarze prądu przemiennego pasmo wyjścia analogowego wynosi 20 kHz, przy spadku równym 3 dB na obu krańcach. Funkcja ta przydaje się przy potrzebie obserwowania mierzonego prądu na ekranie oscyloskopu lub rejestratora dołączonego do tego wyjścia.
Inną unikatową funkcję ma z kolei multimetr Center 260. Jest nią latarka ułatwiającą wykonywanie pomiaru prądu przy niewystarczającym oświetleniu zewnętrznym. Funkcję latarki spełnia biały LED wbudowany w nasadę cęgów i włączający się automatycznie w momencie włączenia przez użytkownika podświetlenia wyświetlacza.

Wyświetlanie
Wszystkie multimetry z zestawienia wyposażono w stosunkowo niewielki wyświetlacz ciekłokrystaliczny o długości 4 cyfr. Wskazanie wyświetlacza jest odświeżane dwa razy na sekundę. Obudowa multimetru jest niewielka, wąska, stąd też wyświetlacz nie może być dużych rozmiarów. We wszystkich multimetrach można włączyć podświetlenie wyświetlacza, naciskając odpowiedni przycisk. Wyłącza się ono automatycznie po pewnym czasie, oszczędzając baterię. Bieżące wskazanie wyświetlacza można w razie potrzeby „zamrozić”, naciskając przycisk HOLD.

Zasilanie
Multimetry są zasilane napięciem stałym o wartości znamionowej 3 V z dwóch baterii alkalicznych LR03. Wszystkie przyrządy sygnalizują obniżenie się napięcia baterii poniżej dopuszczalnego poziomu, wyświetlając ostrzegawczy symbol baterii. Trzeba wtedy wymienić zużytą baterię na nową, w przeciwnym razie dokładność wskazań nie będzie już dłużej gwarantowana.
Czas pracy baterii wydłużają dwie typowe funkcje – automatycznego wyłączania podświetlenia wyświetlacza i automatycznego wyłączania zasilania. Pierwsza funkcja wyłącza podświetlenie samoczynnie po stosunkowo krótkim czasie. Druga z kolei uaktywnia się, gdy użytkownik przyrządu przez określony czas nie naciśnie żadnego przycisku ani też nie przekręci przełącznika obrotowego. Przy potrzebie prowadzenia pomiarów przez długi czas (na przykład w razie konieczności korzystania w multimetrze Center 223 z wyjścia analogowego) funkcję tę można wyłączyć.

Wyposażenie standardowe
Jako akcesoria fabryczne, dostarczane standardowo w komplecie z multimetrami, są: dwie baterie LR03, miękki futerał (materiałowy lub z tworzywa) oraz komplet przewodów pomiarowych zakończonych z jednej strony wtykami banankowymi, a z drugiej sondami szpilkowymi o średnicy 2 mm, z nasadkami z tworzywa, wymaganymi przez aktualne normy bezpieczeństwa.

mgr inż. Leszek Halicki
Labimed Electronics