Perché un multimetro mette più tensione per misurare una resistenza più piccola?

Ho notato questo comportamento su due diversi multimetri (anche diversi modelli e marchi). All'inizio non ho messo un multimetro nel modo di misurare quanta tensione è cambiata per le diverse scale del misuratore: me ne sono reso conto usando la mia lingua (inferno, sì). Per entrambi i multimetri che possiedo, potrei sicuramente sentire che il formicolio stava diventando più forte quando la scala era più piccola.

Quindi: ho provato a misurare la tensione applicata alle sonde di un multimetro a vari livelli di lettura della scala di resistenza, usando il secondo multimetro per leggere Volt. Sono abbastanza colpito dai risultati.

Ecco cosa ho letto. Sul lato sinistro è l'impostazione della scala del multimetro "misurata", sulla destra la tensione che ho letto:

200Ω -> 2,96V
2kΩ -> 2,95V
20kΩ -> 2,93V
200kΩ -> 2,69V
2 MΩ -> 1,48 V (che goccia!)

Se cambio i contatori le cose sono ancora più confuse per me:

200Ω -> 2,71V
2kΩ -> 2,69V
20kΩ -> 0,35V (!!)
200kΩ -> 0,32V
2 MΩ -> 0,18 V.

Per favore qualcuno può chiarire perché questo accade? Mi aspetto che venga applicata una tensione più elevata per misurare una resistenza maggiore. Poco prima di toccare "Post" ho scelto di misurare anche la corrente, per diversi livelli di ohmmetro. Indovina un po ': anche quelli sono sicuramente diminuiti, ma non con lo stesso rapporto della tensione. Sono confuso come diamine. Grazie!

— Dakatine
fonte

Smetti di

— jippie

Collegare un resistore noto (nel raggio di azione) al misuratore e vedere come la tensione cambia con essi.

— jippie,

@jippie grazie amico :) ma essendo consapevole che i miei misuratori sono alimentati da una batteria da 9 V, ero molto consapevole che non poteva succedere nulla di male.

— Dakatine,

Penso di aver risolto l'esempio principale nella mia risposta modificata.

— jippie,

Perché non usi il tuo corpo come multimetro, le persone sono morte a causa di ciò ( darwinawards.com/darwin/darwin1999-50.html ), anche questo era solo 9V ... In alternativa puoi usare un LED, con o senza resistenza. In ogni caso è ancora meglio bruciare il LED di te stesso ...

— magu_

Penso che la caduta di tensione nel tuo esempio principale sia causata dall'impedenza di ingresso del voltmetro (probabilmente intorno a 10 M) che entra lentamente nel raggio del ohm-metro.
Per la gamma da 20k in su è di nuovo il problema dell'impedenza di ingresso del voltmetro. Penso che l'intervallo 200Ω sia correlato alla misurazione del diodo che richiede una sorgente di corrente simile a una tensione relativamente alta. Ciò lascia il range di 2kΩ che è probabilmente implementato in modo economico in base alla sorgente di corrente per il range di 200Ω.

Solo con lo schema elettrico la risposta può essere sicura al 100%.

Il multimetro tenterà di misurare gli ohm inviando una corrente nota / impostata tramite il resistore collegato. La corrente impostata varia in base alla portata del misuratore. Tuttavia, il multimetro non ha una sorgente di corrente ideale a bordo, ma cerca piuttosto di implementare una sorgente di corrente dalla tensione della batteria e un paio di semiconduttori, quindi la tensione di serraggio aperta non supererà mai voltaggio batteria.

Non sono sicuro del motivo per cui la tensione scende così tanto per le gamme più alte, questo avrà a che fare con il modo in cui è costruita la sorgente di corrente. Si noti che la tensione "alta" non è utile (quarta colonna di seguito) quando si rende conto che il prodotto della corrente di misurazione dei tempi di intervallo è molto inferiore alla tensione di serraggio aperta (seconda colonna).

Si noti inoltre che la tensione misurata nell'intervallo di resistenza più basso è identica alla tensione utilizzata per le misurazioni dei diodi per tutti e tre i metri. Per la misurazione di diodi si desidera una tensione relativamente alta per testare la caduta di tensione relativamente alta attraverso un diodo. In quel caso usi ancora una corrente costante, ma non sei più interessato alla resistenza piuttosto che alla tensione misurata effettiva. Inutile costruire due fonti di corrente separate per più o meno la stessa corrente. D'altra parte è più facile costruire una sorgente di corrente accurata se ti permetti una caduta di tensione maggiore attraverso la sorgente di corrente e non hai comunque bisogno della tensione (quarta colonna).

Di seguito sono riportati i risultati per i miei contatori. Per due su tre l'impedenza di ingresso del voltmetro (10 MΩ) era inferiore all'intervallo del misuratore di ohm, quindi ho saltato quel valore. Le colonne sono le seguenti:

gamma
tensione di serraggio aperta
corrente di misura
tensione massima richiesta per la misurazione (intervallo × corrente), notare come tale tensione è ragionevolmente costante!

DVM2000 (batteria da 6 V)

\begin{matrix} range & \Rightarrow & open clamp voltage & \Rightarrow & constant current & \Rightarrow & full scale voltage \\ diode & \Rightarrow & 3.25 V & \Rightarrow & 785 µA \\ 500 Ω & \Rightarrow & 3.25 V & \Rightarrow & 785 µA & \Rightarrow & 500 Ω \times 785 µA = 400 mV \\ 5 kΩ & \Rightarrow & 1.19 V & \Rightarrow & 91.5 µA & \Rightarrow & 5 kΩ \times 91.5 µA = 460 mV \\ 50 kΩ & \Rightarrow & 1.18 V^{*)} & \Rightarrow & 11.5 µA & \Rightarrow & 50 kΩ \times 11.5 µA = 575 mV \\ 500 kΩ & \Rightarrow & 1.09 V^{*)} & \Rightarrow & 1.1 µA & \Rightarrow & 500 kΩ \times 1.1 µA = 550 mV \\ 5 MΩ & \Rightarrow & 614 {mV}^{*)} & \Rightarrow & 0.1 µA (last digit) \\ 50 MΩ & \Rightarrow & ?^{*)} & \Rightarrow & ? \end{matrix}

$\begin{array}\\ \text{range} &\Rightarrow& \text{open clamp voltage} &\Rightarrow& \text{constant current} &\Rightarrow& \text{full scale voltage}\\ \hline\\ \text{diode} &\Rightarrow& 3.25\text{V} &\Rightarrow& 785\text{µA}\\ 500Ω &\Rightarrow& 3.25\text{V} &\Rightarrow& 785\text{µA} &\Rightarrow& 500Ω × 785\text{µA} = 400\text{mV}\\ 5\text{kΩ} &\Rightarrow& 1.19\text{V} &\Rightarrow& 91.5\text{µA} &\Rightarrow& 5\text{kΩ} × 91.5\text{µA} = 460\text{mV}\\ 50\text{kΩ} &\Rightarrow& 1.18\text{V} ^{*)} &\Rightarrow& 11.5\text{µA} &\Rightarrow& 50\text{kΩ} × 11.5\text{µA} = 575\text{mV}\\ 500\text{kΩ} &\Rightarrow& 1.09\text{V} ^{*)} &\Rightarrow& 1.1\text{µA} &\Rightarrow& 500\text{kΩ} × 1.1\text{µA} = 550\text{mV}\\ 5\text{MΩ} &\Rightarrow& 614\text{mV} ^{*)} &\Rightarrow& 0.1\text{µA} \text{(last digit)}\\ 50\text{MΩ} &\Rightarrow& ? ^{*)} &\Rightarrow& ?\\ \end{array}$

*) La tensione di serraggio aperta per intervalli> 5kΩ sarà probabilmente influenzata dall'impedenza di ingresso di 10 MΩ del voltmetro. Probabilmente dovrebbero leggere tutti 1,20 V.

SBC811 (batteria da 3 V)

\begin{matrix} range & \Rightarrow & open clamp voltage & \Rightarrow & constant current & \Rightarrow & full scale voltage \\ diode & \Rightarrow & 1.36 V & \Rightarrow & 517 µA \\ 200 Ω & \Rightarrow & 1.36 V & \Rightarrow & 517 µA & \Rightarrow & 200 Ω \times 517 µA = 103 mV \\ 2 kΩ & \Rightarrow & 645 mV & \Rightarrow & 85.4 µA & \Rightarrow & 2 kΩ \times 85.4 µA = 171 mV \\ 20 kΩ & \Rightarrow & 645 mV & \Rightarrow & 21.7 µA & \Rightarrow & 20 kΩ \times 21.7 µA = 434 mV \\ 200 kΩ & \Rightarrow & 637 {mV}^{*)} & \Rightarrow & 3.71 µA & \Rightarrow & 200 kΩ \times 3.71 µA = 742 mV \\ 2 MΩ & \Rightarrow & 563 {mV}^{*)} & \Rightarrow & 0.44 µA & \Rightarrow & 2 MΩ \times 0.44 µA = 880 mV \\ 20 MΩ & \Rightarrow & ?^{*)} & \Rightarrow & 0.09 µA (last digit) \end{matrix}

$\begin{array}\\ \text{range} &\Rightarrow& \text{open clamp voltage} &\Rightarrow& \text{constant current} &\Rightarrow& \text{full scale voltage}\\ \hline\\ \text{diode} &\Rightarrow& 1.36\text{V} &\Rightarrow& 517\text{µA}\\ 200Ω &\Rightarrow& 1.36\text{V} &\Rightarrow& 517\text{µA} &\Rightarrow& 200Ω × 517\text{µA} = 103\text{mV}\\ 2\text{kΩ} &\Rightarrow& 645\text{mV} &\Rightarrow& 85.4\text{µA} &\Rightarrow& 2\text{kΩ} × 85.4\text{µA} = 171\text{mV}\\ 20\text{kΩ} &\Rightarrow& 645\text{mV} &\Rightarrow& 21.7\text{µA} &\Rightarrow& 20\text{kΩ} × 21.7\text{µA} = 434\text{mV}\\ 200\text{kΩ} &\Rightarrow& 637\text{mV} ^{*)} &\Rightarrow& 3.71\text{µA} &\Rightarrow& 200\text{kΩ} × 3.71\text{µA} = 742\text{mV}\\ 2\text{MΩ} &\Rightarrow& 563\text{mV} ^{*)}&\Rightarrow& 0.44\text{µA} &\Rightarrow& 2\text{MΩ} × 0.44\text{µA} = 880\text{mV}\\ 20\text{MΩ} &\Rightarrow& ? ^{*)} &\Rightarrow& 0.09\text{µA} \text{(last digit)}\\ \end{array}$

*) La tensione di serraggio aperta per intervalli> 2kΩ sarà probabilmente influenzata dall'impedenza di ingresso di 10 MΩ del voltmetro. Probabilmente dovrebbero tutti leggere 645mV.

DT-830B (batteria da 9 V)

\begin{matrix} range & \Rightarrow & open clamp voltage & \Rightarrow & constant current & \Rightarrow & full scale voltage \\ diode & \Rightarrow & 2.63 V & \Rightarrow & 1123 µA \\ 200 Ω & \Rightarrow & 2.63 V & \Rightarrow & 1123 µA & \Rightarrow & 200 Ω \times 1123 µA = 224 mV \\ 2 kΩ & \Rightarrow & 299 mV & \Rightarrow & 70 µA & \Rightarrow & 2 kΩ \times 70 µA = 140 mV \\ 20 kΩ & \Rightarrow & 299 mV & \Rightarrow & 23.0 µA & \Rightarrow & 20 kΩ \times 23.0 µA = 460 mV \\ 200 kΩ & \Rightarrow & 297 {mV}^{*)} & \Rightarrow & 2.95 µA & \Rightarrow & 200 kΩ \times 2.95 µA = 590 mV \\ 2 MΩ & \Rightarrow & 275 {mV}^{*)} & \Rightarrow & 0.35 µA (near scale low end) & \Rightarrow & 2 MΩ \times 0.35 µA = 700 mV \end{matrix}

$\begin{array}\\ \text{range} &\Rightarrow& \text{open clamp voltage} &\Rightarrow& \text{constant current} &\Rightarrow& \text{full scale voltage}\\ \hline\\ \text{diode} &\Rightarrow& 2.63\text{V} &\Rightarrow& 1123\text{µA} \\ 200Ω &\Rightarrow& 2.63\text{V} &\Rightarrow& 1123\text{µA} &\Rightarrow& 200Ω × 1123\text{µA} = 224\text{mV}\\ 2\text{kΩ} &\Rightarrow& 299\text{mV} &\Rightarrow& 70\text{µA} &\Rightarrow& 2\text{kΩ} × 70\text{µA} = 140\text{mV}\\ 20\text{kΩ} &\Rightarrow& 299\text{mV} &\Rightarrow& 23.0\text{µA} &\Rightarrow& 20\text{kΩ} × 23.0\text{µA} = 460\text{mV}\\ 200\text{kΩ} &\Rightarrow& 297\text{mV} ^{*)} &\Rightarrow& 2.95\text{µA} &\Rightarrow& 200\text{kΩ} × 2.95\text{µA} = 590\text{mV}\\ 2\text{MΩ} &\Rightarrow& 275\text{mV} ^{*)} &\Rightarrow& 0.35\text{µA} \text{(near scale low end)} &\Rightarrow& 2\text{MΩ} × 0.35\text{µA} = 700\text{mV}\\ \end{array}$

*) La tensione di serraggio aperta per intervalli> 20 kΩ sarà probabilmente influenzata dall'impedenza di ingresso di 10 MΩ del voltmetro. Probabilmente dovrebbero leggere tutti 300mV.

— jippie
fonte

Grazie per la tua spiegazione, questo è nel complesso informativo, ma sono ancora all'oscuro del perché la caduta di tensione. Riesci a provare lo stesso con il tuo?

— Dakatine,

Ho aggiunto qualche dettaglio in più e penso che l'avviso sulla misurazione dei diodi sia interessante.

— jippie,

Grazie per i test con i tuoi strumenti, @jippie. Mi sto avvicinando per capire. Alcuni pensieri: * La tensione sta calando anche per te - e ci sono alcuni grandi "salti" tra alcune delle gamme mentre la caduta è piccola su altre. Tuttavia, scende sempre o è uguale, mai su. * In realtà l'ultima colonna è "ragionevolmente costante" solo per il tuo primo metro. Vedo grandi variazioni per gli altri, specialmente per il secondo. * Più importante: non riesco a capire l'ultima colonna. "tensione massima richiesta per la misurazione". Perché 224mV è il massimo per misurare 200 ohm e 130mV per 2kohm?

— Dakatine,

Perché la corrente utilizzata per la misurazione è costante.

— jippie,

Penso che la migliore spiegazione parziale per il tuo "problema" sia in corsivo.

— jippie,

Un buon modo "lineare" per misurare la resistenza è alimentare una quantità nota di corrente attraverso il resistore e misurare la tensione. Poiché la tensione sarà proporzionale alla resistenza, un misuratore la cui lettura è proporzionale alla tensione leggerà quindi un valore proporzionale alla resistenza.

Poiché i resistori variano su molti ordini di grandezza, non esiste una singola quantità di corrente che funzioni in modo ottimale per misurare tutte le resistenze. Una corrente di un microampere farebbe cadere un volt di un resistore da 1M, ma farebbe cadere un resistore da un ohm solo su una microvolt. Un misuratore con una singola sorgente di corrente che era limitata a 2 volt e la cui lettura della tensione sulla gamma più fine era accurata solo per una microvolt non sarebbe in grado di misurare resistenze superiori a 2 mega e potrebbe misurare solo piccole resistenze accurate al più vicino ohm . Se invece di utilizzare una singola sorgente di corrente da 1uA un misuratore dovesse usare una sorgente di corrente da 0,1uA e una sorgente di corrente da 100uA, la sorgente di corrente più piccola sarebbe in grado di misurare resistori fino a 20 mega,

— Supercat
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