Что делает мультиметр внутри?

Каждый, кто когда-либо работал с мультиметром, знаком с этими циферблатами. Положение циферблата указывает максимальный диапазон количества, которое можно измерить.

Но почему мы должны сами регулировать максимальный диапазон? Что происходит внутри мультиметра при настройке шкалы, скажем, от 20 В до 200 В? Если у нас есть шкала на 20 В, и измеренное напряжение составляет 50 В, почему прибор не может обеспечить измерение? Я не очень хорошо разбираюсь во внутренней работе мультиметра, но я понимаю, что напряжение измеряется путем пропускания бесконечно малого количества тока через измеритель и измерения магнитного поля (что-то вдоль этих линий). Но почему измерители не могут самостоятельно регулировать диапазон?

РЕДАКТИРОВАТЬ: Я знаю, что есть автоматические измерители диапазона, но мне интересно знать, почему другие должны быть настроены вручную.

Это изображение ( источник ) должно рассказать вам все, что вам нужно знать о том, как оно работает. На циферблате, показанном внизу, имеются контакты стеклоочистителей, которые сопрягаются с колодками на плате прибора.

Эти контактные площадки подключены к различным отводам делителя напряжения, чтобы разделить напряжение или пропустить ток через токовый шунт.

Внутренне измеритель может измерять только напряжения, скажем, от -0,2 В до + 0,2 В. Переключатель диапазона изменяет делитель напряжения для предварительного масштабирования входного напряжения, чтобы оно находилось в пределах этого диапазона, и на большинстве счетчиков также посылает сигнал на ЖК-дисплей, чтобы сообщить ему, где поставить десятичную точку.

Что касается того, почему вы должны сделать это самостоятельно, а не счетчик, делающий это для вас: не больше и не меньше, чем цена. Измеритель с автоматическим диапазоном является более дорогим, чем измеритель, который не требует дополнительного оборудования для определения превышения диапазона и выполнения переключения.

Старый аналоговый измеритель может быть проще для понимания (источник http://fourier.eng.hmc.edu/e84/labs/lab1/node1.html ):

Поскольку отклонение датчика зависит от тока, проходящего через него, и отношение отклонения / тока не изменяется, различные положения контактов будут формировать разные делители напряжения или тока для адаптации шкалы. Примечание: сопротивление катушки также фиксировано.

С цифровыми счетчиками это не так уж и отличается, за исключением того, что вместо катушки, которая требует определенного тока, она имеет аналого-цифровой преобразователь (АЦП), которому требуется определенное напряжение для полной шкалы.

Если это цифровой мультиметр, он работает не так, как аналоговый .

Схемы для аналога приведены в ответе Вангело.

Схема для цифрового выглядит так:

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Для измерений напряжения циферблат будет выбирать отношение делителя напряжения (как показано на приведенной выше схеме) и меняет положение десятичной точки на дисплее.

Вольтметр не измеряет ток. Существует АЦП (аналого-цифровой преобразователь, который является реальным измерительным прибором) внутри, который сравнивает входное напряжение с опорным напряжением и дает коэффициент ввода в качестве ссылки в качестве цифрового выхода.

Допустим, эталонное напряжение составляет 2 В. Тогда максимальное входное напряжение также составляет 2 В, потому что это будет 100%. Если вы поворачиваете диск на входной диапазон 20 В, вы включаете делитель напряжения на вход, так что вы снижаете входное напряжение в 10 раз. В результате на АЦП только 2 В с входным напряжением 20 В. Микроконтроллер знает это и показывает реальное значение на дисплее.

Автодиапазонные счетчики могут выбирать различные делители напряжения путем переключения реле. Это требует дополнительных деталей, и поэтому некоторые счетчики просто устанавливают его вручную, тем самым снижая стоимость.

В простейшей форме циферблат переключает подходящие резисторы между щупами и измерительной катушкой, так что несколько диапазонов напряжений и токов можно измерять одним измерителем.

Если вы попытаетесь измерить 40 В в диапазоне 20 В, то измеритель должен будет перейти к показанию 200%, поскольку ток, протекающий в два раза, должен показывать 100% показания. Катушка не может физически перемещать расходомер, и катушка может сгореть из-за избыточного тока, если нет защитных компонентов для его ограничения.

Измеритель не знает, какое напряжение вы собираетесь измерить, и не имеет активных компонентов для автоматического определения или переключения диапазона.