To warto wiedzieć!

We współczesnych pojazdach samochodowych montuje się coraz więcej różnorodnych urządzeń elektronicznych i o coraz bardziej skomplikowanej konstrukcji. Serwisowanie ich wymaga użycia przyrządów pomiarowych o unikatowych dotąd funkcjach, szerokich zakresach pomiarowych i wysokiej dokładności wskazań. Multimetr cyfrowy już nie wystarcza, nawet ten z funkcjami samochodowymi. Do takich właśnie przyrządów należą mierniki RLC, specjalizowane do precyzyjnych pomiarów rezystancji, pojemności i indukcyjności. Droższe wersje mierników RLC nie tylko mierzą rezystancję, pojemność i indukcyjność, lecz na podstawie tych danych pomiarowych obliczają wartości jeszcze innych parametrów, takich jak: dobrość (Q), stratność (D) oraz kąt stratności (q), których znajomość pozwala lepiej zdiagnozować testowany podzespół. Specjalizowane mierniki RLC pozwalają użytkownikowi precyzyjnie dobrać warunki pomiaru do swoich potrzeb. Chodzi tu przede wszystkim o dobór częstotliwości pomiarowej, napięcia pomiarowego i układu zastępczego (szeregowego lub równoległego). W specjalizowanych miernikach RLC są też dostępne inne funkcje, których brak w multimetrach cyfrowych, a które mają zasadniczy wpływ na zwiększenie dokładności pomiaru. Należy do nich metoda pomiaru za pomocą czterech przewodów, wybór układu zastępczego i automatyczna kalibracja miernika przy zwartych lub rozwartych gniazdach pomiarowych. W niniejszym artykule przedstawiono funkcje i parametry przenośnych mierników RLC zarówno popularnych jak i droższych wersji. Aby ponadto umożliwić ich porównanie, załączono tablicę z danymi technicznymi.

Funkcje pomiarowe
Oprócz typowych funkcji pomiarowych rezystancji, indukcyjności i pojemności, droższe mierniki RLC obliczają często dobroć, stratność i kąt stratności. W porównaniu jednak z laboratoryjnymi miernikami impedancji, które mogą wskazywać wyniki pomiarów lub obliczeń nawet kilkunastu parametrów, jest to niewiele. Pomiar rezystancji podobnie jak pojemności i indukcyjności, wykonuje się, przykładając do badanego obiektu najczęściej napięcie przemienne o określonej wartości. Zarówno częstotliwość tego napięcia, jak i samo napięcie może być ustawione przez producenta na stałe lub wybierane przez użytkownika ze zbioru kilku wartości. W niektórych przyrządach po wybraniu granicznego podzakresu RLC jest dostępna tylko jedna częstotliwość pomiarowa. Im górna częstotliwość pomiarowa jest wyższa, tym cena miernika RLC większa. Metoda sprawdzania rezystancji przez przyłożenie do testowanego elementu sygnału przemiennego ma pewne niedogodności, gdyż wynik wskazywany przez przyrząd jest wtedy w najlepszym wypadku modułem impedancji. Jeśli zatem testowany obiekt ma charakter indukcyjny, np. cewka przekaźnika lub głośnika, to wynik pomiaru silnie zależy od wartości indukcyjności i od częstotliwości. Utrudnia to czasem porównywanie i ocenę otrzymywanych wyników. Stąd też niektóre drogie mierniki mają funkcję DCR - czyli pomiar napięciem stałym (np. 1 V). Wynikiem takiego pomiaru jest tzw. czysta rezystancja. Zaawansowane technicznie mierniki RLC wyświetlają też wartości parametrów R, L i C na wszystkich podzakresach pomiarowych dla układu zastępczego szeregowego i równoległego, przy czym dla danego parametru jeden z tych układów jest zawsze układem domyślnym, a przełączenie przyrządu na inny układ następuje dopiero wybraniu go przez operatora. Na przykład, przy pomiarze pojemności i rezystancji układem domyślnym może być układ równoległy, a przy pomiarze indukcyjności układ szeregowy.

Pomiar dwu- i czteroprzewodowy
Powszechnie spotykanym sposobem pomiaru RLC jest tzw. metoda dwuprzewodowa, w której badany obiekt łączy się za pomocą tylko dwóch przewodów. Wadą tej metody jest jednak niekorzystny wpływ na wynik pomiaru (pogorszenie dokładności) parametrów doprowadzeń pomiarowych. Rezystancję doprowadzeń przewodów pomiarowych można skompensować, wykonując kalibrację przy zwartych lub rozwartych zakończeniach przewodów. Lepszym rozwiązaniem jest jednak użycie metody czteroprzewodowej, stosowanej powszechnie w przyrządach profesjonalnych. Użycie metody czteroprzewodowej, w której wpływ parametrów doprowadzeń jest kompensowany automatycznie, pozwala uzyskać w porównaniu z metodą dwuprzewodową ok. dwukrotnie lepszą dokładność.



Przyrząd wykorzystujący metodę czteroprzewodową ma cztery gniazda pomiarowe. Do pomiaru stosuje się wtedy specjalne głowice lub kable pomiarowe nazywane kablami Kelvina. Pomiarowym zakończeniem kabli Kelvina są dwa specjalne, złocone chwytaki krokodylowe. W każdym z nich łączą się ze sobą dwa przewody.

Dokładność pomiaru
Określenie dokładności pomiaru w mierniku RLC jest dość trudne. Choć w materiałach reklamowych producenci podają tylko jedną dokładność tzw. podstawową, czyli najlepszą, to należy pamiętać, że w rzeczywistości dokładność zależy w dużym stopniu od podzakresu pomiarowego, a ponadto od wybranej częstotliwości pomiarowej i stratności testowanego podzespołu. W danych technicznych niektórych mierników RLC podaje się wartości dokładności
w warunkach, gdy D jest np. mniejsze od 0,5. Mała stratność jest szczególnie wymagana przy testowaniu kondensatorów. Na przykład, kondensatory elektrolityczne wyróżniają się stosunkowo dużą stratnością związaną z dużym prądem upływowym. Duża stratność może znacznie zmniejszyć dokładność pomiaru. Przed takim pomiarem warto sprawdzić w danych technicznych jaką stratność powinien mieć testowany kondensator. Aby ułatwić użytkownikowi obliczenie dokładności, producenci zamieszczają w instrukcjach obsługi tablice i niezbędne wzory.

Kalibracja
W specjalizowanych miernikach RLC, podobnie jak możliwość wyboru układu pomiarowego jest też dostępna funkcja kalibracji. Operacja ta jest wykonywana automatycznie. Wymaga ona od użytkownika (zależnie od wyboru) zwarcia na czas kalibracji zakończeń przewodów pomiarowych lub pozostawienia ich w stanie rozłączenia (rozwarcia). W ten sposób można skalibrować, tj. wyzerować, wskazania szczątkowe parametrów RLC układu pomiarowego miernika i dołączonych do niego przewodów pomiarowych lub sondy. Operację kalibracji zaleca się stosować szczególnie przy pomiarach na najwyższym i najniższym podzakresie danej funkcji pomiarowej.

Wyświetlanie
Większość mierników RLC ma duży podwójny wyświetlacz zawierający dwa niezależne pola cyfrowe, nazywane często wyświetlaczem głównym i pomocniczym. Wyświetlacz główny wskazuje wynik pomiaru rezystancji, pojemności lub indukcyjności; a wyświetlacz pomocniczy - wynik obliczeń dobroci lub, do wyboru, stratności. Inne kombinacje wskazań mogą zawierać np. wynik pomiaru i ustawioną wartość napięcia pomiarowego lub częstotliwości. Oprócz danych liczbowych, wyświetlacze mierników RLC wskazują też komunikaty informujące użytkownika o: typie prowadzonej kalibracji (przy zwartych lub rozwartych przewodach pomiarowych), wybranym układzie zastępczym (szeregowym lub równoległym), uszkodzeniu bezpiecznika w układzie pomiarowym miernika itd.

Zasilanie
Do zasilania służy zwykle zwykła bateria lub w droższych wersjach - akumulator. W porównaniu z multimetrami, mierniki RLC pobierają dużo więcej prądu, co jest związane z obecnością w nich specjalizowanego układu mikroprocesorowego przeliczającego dane pomiarowe. Stąd też producenci mierników RLC montują w nich często gniazdo zewnętrznego zasilacza sieciowego.

Wyposażenie
Producenci mierników RLC dostarczają je wyposażone często tylko w krótkie przewody pomiarowe zakończone chwytakami krokodylowymi, a w przypadku mierników o zasilaniu akumulatorowym także w akumulatory i zasilacz spełniający rolę ładowarki. Nie- mniej jednak użytkownik może zwykle dokupić głowicę do pomiaru czteroprzewodowego, sondę do testowania elementów SMD, zasilacz sieciowy, osłonę gumową, futerał, a gdy przyrząd ma interfejs RS-232C, to płytę z programem i przewód do połączenia miernika RLC z komputerem.

Leszek Halicki