Een multimeter heeft een aantal specificaties en er zijn diverse soorten. Belangrijk is het dus om je meter te kennen.
Laten we beginnen met wisselspanning. Een wisselspanning heeft een belangrijk kenmerk. De amplitude is niet constant. Maar hij hoeft niet symmetrisch in tijd of spanning te zijn. Het hoeft ook geen sinus te zijn.
Als we zeggen dat we een 3V sinus hebben dan bedoelen we effectief, ook wel RMS genoemd. Bij een sinus is dat dan een spanning die net zoveel vermogen opwekt in een pure weerstand als gelijkspanning dat zou doen. In werkelijkheid loopt de spanning van -4,24 tot +4,24 (maar dat kan ook 0 tot 8,48 zijn)
Dat is dus 8,485Vtt. (2xwortel(2)x3V) Om van Vtt naar Vt te gaan deel je door 2, dan kom je op 4,24Vt. Het verschil tussen deze waarde en de effectieve waarde is de factor 1/wortel(2) Dan heb je nog de gemiddelde waarde. Dat is Vt maal 2/pi Dus 4,24Vt wordt dan afgerond 2,7V gemiddeld. Om van de effectieve waarde naar de gemiddelde waarde te gaan kun je dat ook maal 0,90031 doen. 3×0,9=2,7V gemiddeld.
Dit is een pure 100% symmetrische sinusvormige wisselspanning, en hier gaan deze berekeningen voor op.
Nu pakken we onze multimeter, zetten hem in de stand AC en dan horen we 3V te meten. Toch gebeurd dat niet altijd. Een multimeter kan namelijk niet alle frequenties aan. Dus deze sinus op 50Hz zal hij goed meten maar op 10MHz bakken de meeste er niets meer van. Hoeveel de meter aan kan staat in het manual.
Als die sinus echter niet perfect meer is, of geen sinus meer is of een langere of hogere positieve amplitude als de negatieve. Dus geen 50% duty cycle meer of het nul punt niet precies halverwege, dan wordt het al moeilijker. De meeste meters zijn in drie typen onder te verdelen:
True RMS meters, deze meten meestal op een thermische manier, ze meten dus echt de opwarming van die weerstand. Deze kan een veel grotere variatie in golfvormen aan. Ook hier echter zijn eer grenzen. Een HP3400 kan bv tot 10MHz meten, maar sommige halen maar 100KHz. Ook de crest factor die ze aankunnen of de correctie daarvoor wordt vaak aangegeven. De HP kan bv een factor van 10 aan en in sommige gevallen nog meer. Dan kun je dus nog redelijk aan pulsen meten. Als je dan de RMS waarde en de frequentie weet kun je de crest factor berekenen en weet je de Vt per puls.
Average meters, dit is de grootste groep. Deze meten de gemiddelde spanning, meestal door een soort sample en hold methode. De aanduiding op de meter wordt gecorrigeerd voor RMS weergegeven. We lezen dus de spanning af die normaal gesproken bij dat gemiddelde hoort. Als de golfvorm echter afwijkt klopt die correctie (/0,9) niet meer en krijgen we onzin op het scherm.
Piekmeters. Deze hebben vaak een diode als meetelement. De diode geeft de piekspanning aan. De meter wordt dan weer gecorrigeerd zodat je toch weer RMS afleest. Als je dus een pulsvormig signaal meet dan zal deze de piek amplitude meten. Als dat gecorrigeerd wordt voor RMS dan klopt daar weer niets van en krijg je een veel te hoge waarde. Deze meters komen niet veel voor. Buisvoltmeters werken nog al eens zo. Voordeel is dat je daardoor vaak heel hoge frequenties kunt meten.
Dit is een sinus van 0 tot 3V. Geen wisselspanning dus.
Deze sinus heeft een DC offset
Bovenstaande sinus heeft een DC offset. Dit zal dus een andere waarde meten. Dit zou bv een rimpel op DC kunnen zijn. (alleen wel een hele grote nu) Maar je kunt het ook gewoon een wisselspanning boven op een gelijkspanning noemen.
Als je nu gelijkspanning gaat meten dan meet de meter de gemiddelde waarde die er gedurende zijn meettijd (sample tijd)voorbij komt. De fabrikant gaat er van uit dat dit een bijna perfecte gelijkspanning is. Er wordt niet gecorrigeerd. Als je nu iets afregelt en dat moet 3V zijn maar er zit een rimpel op van 1 Volt, die er niet hoort, dan zul je dus een foute afstelling doen. Die rimpel wordt wel gemiddeld meegemeten boven op de DC. Daarom zijn scopen zo handig voor dit soort zaken.
Verder moet je in de gaten houden dat een meter een inwendige weerstand heeft. Deze komt parallel te staan aan de inwendige weerstand van je schakeling. Samen vormen ze een vervangingsweerstand met de waarde 1/Rmeter+1/Rschakeling=1/Rvervang
Dat kan dus bij een heel hoogohmige schakeling en laagohmige meter tot grote meetfouten leiden. Analoge meters zijn redelijk laagohmig. Als je een oude buizen radio afregelt en daar staat een spanning van 5V gemeten met een analoge laagohmige meter, bv een avo8 en dat is bv op een grid. Dan moet je dat ook afregelen met zo’n meter. Een hoogohmige buisvoltmeter of digitale multimeter zal dan een heel andere waarde meten als de fabrikant van de radio bedoelde.
Maar gelijkspanning komt niet alleen uit batterijen, ook uit voedingen die AC gelijkrichten, afvlakken en stabiliseren.
Hieronder enkelvoudige gelijkrichting. De frequentie blijft 50 Hz.
Je kunt het ook dubbel gelijkrichten, bv met een diodebrug. Dat ziet er uit als hierboven. De frequentie is nu 100Hz
Als je dit met een DC meter meet dan krijg je erg uiteenlopende waarden als de gelijkrichter niet belast is. Erg bizarre waarden met extreem hoogohmige meters.
Nu kun je achter de gelijkrichter een elco plaatsen als een buffertje. Als je die groot genoeg maakt ten opzichte van de belasting daarna dan krijg je een bijna perfecte gelijkspanning. Hieronder zie je een steeds kleinere rimpel door een steeds grotere elco en/of lagere load.
Ik heb verschillende meters losgelaten op de verschillende signalen. Ook een testje over belasting.
Dit is een 6MHz blok van ongeveer 3Vtt gemeten met een hi-Z probe en 50x verzwakker kop. Gecontroleerd met een andere scoop die voor de 50 ohm terminatie zorgt. De Hi-Z veranderd niets aan het beeld van het signaal.
Dit hieronder is de controle scoop, met 100MHz zit hij aardig tegen de limiet aan.
Als ik nu dit signaal belast met een 10MOhm multimeter gebeurd er dit:
Je ziet het op deze niet erg hoge frequentie is de impedantie van de multimeter al genoeg om aardig het signaal te beinvloeden. Hou daar rekening mee als je DC meet in een schakeling waar RF loopt. De multimeter meet een mix van beide signalen en de signalen worden vervormt wat weer regelcircuits kan beïnvloeden. De desbetreffende multimeter in de DC stand, het is tenslotte een DC signaal, vond hij het 1,35V. Als je er van uit gaat dat de gemiddelde waarde 0,9x de RMS waarde is dan klopt dat redelijk. Vergeet niet dat dit 6 MHz is.
De 10MHz RMS meter vond het 1,49Vrms. In de stand AC zag de meter maar 0,5V.
Daarna een bruggelijkrichter op een wisselspanning van 50Hz en 11,65Vrms aangesloten. Deze heb ik op twee manieren gemeten. Belast en onbelast. Onbelast is het de multimeter die bepaald wat je ziet. Je kunt daar geen enkele waarde aan koppelen. Dat ik compleet zinloos.
De diodes gaan niet echt open als je ze niet belast en de spanning is dan erg hoog. Met de sampling scope en een 200x probe meet ik daar maar liefst 320V.
Op de gewone scoop met een 1:10 probe is dat 170V en met een 1:1 is het nog maar 35V. Dit toont aan dat de belasting bepalend is voor de gemeten spanning.
Dit gedrocht van 35Vtt is het gevolg van een belasting met 1Mohm, dus een 1x probe
Met een 1:10 wordt het al stukken hoger (170V)
Het lijkt ook al meer op de schoolboek plaatjes. Dit is 10Mohm met een hele goede probe op een hele goede scoop. Niet een 10 Mohm multimeter waar effectief waarschijnlijk niet altijd 10Mohm van overblijft gezien de meetresultaten.
Daarna heb ik de brug vast belast met 47K. Dit was de werkelijke spanning toen over de 47K: Dat wil zeggen 32V
De belasting was toch nog dusdanig hoog dat de 10x probe het verlaagde naar 16V.
Hieronder de resultaten:
Klik voor een vergroting en keer terug met backspace.
Als excelbestand: