Was macht das Multimeter intern?

Jeder, der jemals ein Multimeter bedient hat, ist mit diesen Zifferblättern vertraut. Die Position des Drehreglers gibt den maximalen Bereich der Menge an, die gemessen werden kann.

Aber warum müssen wir die maximale Reichweite selbst einstellen? Was geschieht intern im Multimeter, wenn das Einstellrad beispielsweise von 20 V auf 200 V eingestellt wird? Wenn das Zifferblatt auf 20 V eingestellt ist und die gemessene Spannung 50 V beträgt, warum kann das Messgerät dann keine Messung durchführen? Ich habe nicht viel Wissen über das interne Funktionieren eines Multimeters, aber ich verstehe, dass die Spannung gemessen wird, indem man einen unendlich kleinen Strom durch das Messgerät lässt und das Magnetfeld misst (etwas in dieser Richtung). Aber warum können die Messgeräte ihre Reichweite nicht selbst einstellen?

EDIT: Ich weiß, dass es Autoranging-Anzeigen gibt, aber ich bin daran interessiert zu wissen, warum andere manuell eingestellt werden müssen.

Dieses Bild ( Quelle ) sollte Ihnen alles erzählen, was Sie über die Funktionsweise wissen müssen. Auf dem Zifferblatt (siehe Abbildung unten) befinden sich Schleifkontakte, die mit den Kontaktflächen auf der Platine des Messgeräts übereinstimmen.

Diese Pads sind mit verschiedenen Abgriffen eines Spannungsteilers verbunden, um die Spannung zu teilen oder Strom durch einen Stromshunt zu leiten.

Intern kann das Messgerät nur Spannungen von z. B. -0,2 V bis +0,2 V messen. Der Bereichsschalter ändert den Spannungsteiler, um die Eingangsspannung innerhalb dieses Bereichs vorab zu skalieren. Bei den meisten Messgeräten wird auch ein Signal an das LCD gesendet, um anzugeben, wo der Dezimalpunkt gesetzt werden soll.

Warum Sie es selbst tun müssen, anstatt dass das Messgerät es für Sie tut: Nicht mehr und nicht weniger als den Preis. Ein Messgerät mit automatischer Bereichserkennung ist teurer als ein Messgerät ohne zusätzliche Hardware, um zu erkennen, ob der Bereich überschritten wurde, und umzuschalten.

Ein altes analoges Messgerät ist möglicherweise einfacher zu verstehen (Quelle: http://fourier.eng.hmc.edu/e84/labs/lab1/node1.html ):

Da die Durchbiegung des Messgeräts vom durchflossenen Strom abhängt und sich das Verhältnis von Durchbiegung und Strom nicht ändert, bilden unterschiedliche Kontaktpositionen unterschiedliche Spannungs- oder Stromteiler, um die Skala anzupassen. Hinweis: Der Spulenwiderstand ist ebenfalls festgelegt.

Bei digitalen Zählern ist das nicht so anders, außer dass anstelle einer Spule, die einen bestimmten Strom benötigt, ein Analog-Digital-Wandler (ADC) verwendet wird, der eine bestimmte Spannung für die Vollanzeige benötigt.

Wenn es sich um ein digitales Multimeter handelt, funktioniert es anders als ein analoges .

Das Schema für ein analoges ist in der Antwort von Vangelo dargestellt.

Das Schema für ein digitales sieht folgendermaßen aus:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Für die Spannungsmessungen wählt das Einstellrad das Verhältnis des Spannungsteilers (wie in der obigen Abbildung gezeigt) und ändert die Position des Dezimalpunkts auf dem Display.

Ein Voltmeter misst keine Ströme. Im Inneren befindet sich ein ADC (Analog-Digital-Wandler, also das eigentliche Messgerät), der die Eingangsspannung mit einer Referenzspannung vergleicht und den Faktor des Eingangs als Digitalausgang an die Referenz abgibt.

Angenommen, die Referenzspannung beträgt 2V. Die maximale Eingangsspannung beträgt dann ebenfalls 2V, da dies 100% betragen würde. Wenn Sie den Drehknopf auf 20V Eingangsbereich drehen, schalten Sie einen Spannungsteiler auf den Eingang um, so dass Sie die Eingangsspannung um den Faktor 10 reduzieren. Dies ergibt nur 2V am ADC mit 20V Eingangsspannung. Der Mikrocontroller weiß das und zeigt Ihnen den tatsächlichen Wert auf dem Display an.

Autoranging Meter können die verschiedenen Spannungsteiler durch Schalten von Relais auswählen. Dies erfordert zusätzliche Teile und daher muss der Benutzer bei einigen Zählern diese nur manuell einstellen, wodurch die Kosten reduziert werden.

In der einfachsten Form schaltet die Wählscheibe geeignete Widerstände zwischen Sonden und Messspule, so dass mehrere Bereiche von Spannungen und Strömen mit einem einzigen Messgerät gemessen werden können.

Wenn Sie versuchen, 40 V in einem Bereich von 20 V zu messen, muss das Messgerät auf 200% gehen, da der zweifache Strom fließt, der für die Anzeige von 100% erforderlich ist. Die Spule kann das Messgerät nicht physisch bewegen und die Spule könnte aufgrund des übermäßigen Stromflusses brennen, es sei denn, es gibt Schutzkomponenten, die dies begrenzen.

Das Messgerät weiß nicht, wie viel Spannung Sie messen möchten, und hat keine aktiven Komponenten, um den Bereich automatisch zu erkennen oder umzuschalten.