Uitleg: multimeters

De term "meter" is niet alleen een maat voor de lengte. De meest uiteenlopende meetapparaten worden vaak ook "meters" genoemd. Om ze van elkaar te onderscheiden, wordt de gemeten hoeveelheid gewoon vooraan vermeld. Zo zijn termen als thermometer, barometer of hygrometer ingeburgerd geraakt in ons dagelijks taalgebruik.

Analoog zijn er in de elektronica spanningstesters voor het meten van spanning, ampèremeters voor het meten van stroom of ohmmeters voor het meten van weerstand. Als een meetapparaat meerdere functies tegelijk kan uitvoeren, wordt het een multimeter genoemd. Er zijn tafelmultimeters voor stationair gebruik in werkplaatsen en handmultimeters zijn geschikt voor mobiel gebruik.

Deze analoge inbouw voltmeter geeft alleen spanningen weer.

De eerste multimeters waren analoge multimeters en hadden een aanwijsinstrument om de gemeten waarden weer te geven. Dit leidde echter vaak tot leesfouten. Ofwel werd de waarde op de verkeerde schaal afgelezen ofwel werd het instrument van opzij bekeken.

Om ten minste de zijdelingse kijkhoekfouten (parallaxfouten) te vermijden, hebben sommige fabrikanten reflecterende oppervlakken in de weegschalen geïntegreerd. Wanneer de wijzer en het spiegelbeeld samenvallen, kijkt men recht op de schaal en kan men de juiste waarde aflezen. Met de ontwikkeling van de digitale technologie werden ook multimeters digitaal. In plaats van een afbuigende wijzer wordt de gemeten waarde nu digitaal weergegeven in grote cijfers. Dit betekent dat het mechanisch kwetsbare aanwijsinstrument eindelijk achterhaald is. De nieuwe apparaten worden digitale multimeters of DMM's genoemd.

Zelfs in de laagste prijsklasse bieden veel digitale multimeters de mogelijkheid om continuïteit en weerstand te meten. 
Aan de ene kant maakt dit het gemakkelijk om kabels, schakelaars of zelfs zekeringen te testen. Anderzijds kunnen ook de exacte waarden van de weerstanden worden gemeten. 

Het formule-symbool voor weerstand is R en de eenheid is 1 Ohm (Ω).

De capaciteitsmeting voor condensatoren werkt op dezelfde manier als die voor weerstanden. In plaats van de gelijkspanning voor de weerstandsmeting genereert de digitale multimeter nu echter een wisselspanning.

Dit betekent dat de te testen condensator voortdurend met wisselende polariteit wordt geladen en ontladen. Door de laadstroom die tijdens het proces vloeit, kan de meetinrichting de capaciteit van de condensator bepalen en weergeven. Het formule-symbool voor de elektrische capaciteit is C en de eenheid is 1 farad (F).

Met behulp van de diodetestfunctie kunnen de PN-overgangen van diodes worden getest. Dit betekent dat de digitale multimeter wordt gebruikt om te controleren of de betreffende halfgeleider de stroom in de ene richting doorlaat en in de andere richting op betrouwbare wijze blokkeert.

Met behulp van de diodetestfunctie kunnen echter ook transistors op dezelfde wijze worden getest. Transistors hebben een diodepad tussen de basis (B) en de emitter (E) en tussen de basis (B) en de collector (C).

Temperatuurmeting met een digitale multimeter is meestal mogelijk met een speciaal op het meetinstrument afgestemde sonde.

Deze sensoren zijn meestal nikkel-chroom-nikkel-sensoren (NiCrNi-sensoren) van het type K, die een spanning afgeven afhankelijk van de temperatuur.

Deze spanning van de temperatuursensor wordt geregistreerd door het meetapparaat en de spanningswaarde wordt toegewezen aan een temperatuur.

Bij frequentiemeting bepaalt het meettoestel hoe vaak een signaal per seconde rond een gemiddelde waarde schommelt. Het is belangrijk dat een positieve en een negatieve waarde altijd in een oscillatie resulteren. In het geval van een netfrequentie van 50 Hz resulteert dit in 50 positieve halfgolven en 50 negatieve halfgolven. De spanning verandert dus 100 keer per seconde van polariteit.

Het formule-symbool voor de frequentie is f en de eenheid is 1 hertz (Hz).

Voordat de meting wordt gestart, moet het gewenste meetbereik (bijv. spanning, stroom of weerstand) met de draaischakelaar worden gekozen. Dit is zeer belangrijk en moet gewetensvol gebeuren. Dit komt doordat het meetapparaat zich anders gedraagt, afhankelijk van welk meetbereik is ingesteld.

Als de digitale multimeter is ingesteld om spanning te meten, heeft het meettoestel een hoge weerstand. Dit betekent dat de inwendige weerstand van het meettoestel zeer hoog is. Als de digitale multimeter is ingesteld om stroom te meten, heeft de meter een lage weerstand. Dit betekent dat de inwendige weerstand van het meettoestel zeer klein is.

Hoewel spanningsmeting op een batterij vaak wordt toegepast, is dit niet noodzakelijk erg zinvol. Dit komt doordat de batterij niet voldoende wordt belast door het hoogohmige meettoestel. Het is dus heel goed mogelijk dat tijdens de meting de volledige spanning wordt weergegeven, maar dat de batterij al na korte tijd leeg is. Als de multimeter bij meting zonder belasting al een veel te lage spanningswaarde aangeeft, kan de batterij onmiddellijk worden weggegooid.

Bij renovatiewerkzaamheden is het vaak onvermijdelijk dat lampen of stopcontacten moeten worden gedemonteerd of verplaatst. Het is van vitaal belang te controleren of er spanning op de kabels en aansluitingen staat alvorens de klemverbindingen los te maken. Geschikte multimeters zijn hier nuttig. De gebruiker moet echter precies weten wat hij moet doen.

Metingen in stroomkringen >33 V/AC en >70 V/DC mogen alleen worden uitgevoerd door geschoolde en geïnstrueerde personen die bekend zijn met de desbetreffende voorschriften en de daaruit voortvloeiende gevaren.

Spanningsmetingen in de elektronica zijn ook gemakkelijk uit te voeren. Het enige wat u hoeft te doen is de meetpunten op de soldeerlipjes of op de verbindingspootjes van de componenten te plaatsen.

Er is echter enige elektronische know-how vereist om de meetresultaten te beoordelen en de fout in het circuit te vinden.

LED-zonnelampen zijn ideaal voor beginners in de meettechniek. Het circuitontwerp is namelijk rechttoe rechtaan en met een beetje oefening wordt snel duidelijk waarom de dure roestvrijstalen armatuur niet meer werkt.

Ervaren automonteurs gebruiken ook graag een digitale multimeter voor elektronische problemen. Specialisten kunnen er zelfs de werking van de lambdasonde mee testen. Vooral als er geen OBD-diagnoseapparaat beschikbaar is om foutcodes uit te lezen.

U moet echter precies weten welke kabels de sondespanning leveren en welke aansluitingen van de sonde worden gebruikt voor verwarming.

Ook al is een digitale multimeter in principe veel te traag om de snelle spanningssprongen van de sonde precies weer te geven, toch kan men tenminste in het bereik van 0,2 tot 0,8 V zien of de sonde een regelgedrag vertoont.

Het meten van stroom met een multimeter is iets gecompliceerder. Dit komt doordat de stroomkring nu op elk punt moet worden onderbroken en het meetapparaat in de stroomkring moet worden geschakeld. Dit is de enige manier om de werkelijke stroom te meten.

Om te voorkomen dat het meettoestel een extra weerstand in het circuit vormt, heeft het een zeer kleine inwendige weerstand. Het kan worden beschouwd als een "draadbrug".

Evenals bij de spanningsmeting moet ook bij de stroommeting op de juiste polariteit van de meetsnoeren worden gelet. Bij een verkeerde polariteit wordt een negatieve meetwaarde op het display weergegeven.

De illustratie hiernaast toont een eenvoudige schakeling met een batterij van 9 V, een serieweerstand (R1) en een LED (D1).

Eenvoudige schakeling met ampèremeter voor stroommeting.

Er zijn twee belangrijke parameters voor zonnemodules die met een multimeter kunnen worden gecontroleerd. De eerste waarde is de nullastspanning die het zonnepaneel genereert wanneer de zon met volle kracht op het paneel schijnt onder een hoek van 90°. Voor een correcte meting mag alleen de hoogohmige spanningsmeter op de zonnemodule worden aangesloten.

De tweede belangrijke waarde is de kortsluitstroom. In tegenstelling tot accu's of batterijen kan een zonnemodule zonder aarzelen worden kortgesloten. De stroom die in dit geval vloeit wordt aangegeven in de technische gegevens, evenals de open-circuit spanning. Aangezien beide waarden gemakkelijk met een multimeter kunnen worden gemeten, kan de prestatie van een zonnepaneel snel en gemakkelijk worden getest.

De laadstroom kan ook tijdens de werking worden gemeten.

Wanneer bijzonder hoge stromen vloeien in de automobielsector of in elektrische modelvliegtuigen, is het moeilijk de stroom te meten.

Je kunt niet zomaar het circuit loskoppelen en het meetapparaat ertussen aansluiten. Om deze reden werden jaren geleden stroomtangen ontwikkeld.

Elke geleider waar stroom doorheen loopt, genereert een magnetisch veld. De sterkte van het magnetisch veld hangt af van het niveau van de stroom.

Een stroomtang omsluit de geleider en kan een spanning opwekken op basis van het magnetisch veld. Deze spanning wordt gemeten door de multimeter en krijgt een stroomwaarde toegewezen, die vervolgens op het display wordt weergegeven.

Hoe geniaal eenvoudig deze methode ook is, zij werkt helaas alleen met enkele geleiders. Helaas werkt een stroomtang niet op een verlengkabel met meerdere stroomvoerende geleiders in een mantel.

Door de verschillende stroomrichtingen in de kabel heffen de magnetische velden elkaar op. 

Er zijn echter speciale meetadapters voor dit geval, waarbij elke stroomvoerende geleider afzonderlijk door de ampèretang kan worden omsloten.

Zoals al eerder gezegd, is voor de temperatuurmeting een sensor nodig die geschikt is voor het meetinstrument.

Deze sensoren zijn ofwel bij de multimeter inbegrepen of worden als optie aangeboden.

Afhankelijk van de uitvoering van de multimeter wordt de temperatuursensor aangesloten in plaats van de meetsnoeren of, bij oudere toestellen, ook op apart daarvoor bestemde platte stekkerbussen.

De multimeter kent de vastgestelde sensorwaarden toe aan een temperatuur en toont ze op het display.

Temperaturen kunnen gemakkelijk worden gemeten met de juiste sondes.

Bij het meten van de weerstand dient de batterij van de multimeter als spanningsbron.

Dit betekent dat bij het meten van weerstand een lage gelijkspanning aanwezig is aan de meetpunten van de multimeter wanneer de draaischakelaar in het "Ohm" meetbereik wordt gezet.

Wanneer de twee meetpunten worden verbonden met de twee aansluitingen van de weerstand, vloeit er een kleine meetstroom.

Afhankelijk van de hoogte van de stroom bepaalt de multimeter een weerstandswaarde en geeft deze samen met het meetbereik (Ω, kΩ of MΩ) weer.

De gemeten waarde kan worden beoordeeld aan de hand van de kleurcodering.

De meting van de isolatieweerstand is wettelijk verplicht voor elektrische systemen en apparatuur, alsook voor elektrische voertuigen.

Op die manier kunnen defecten die de functionaliteit en de veiligheid beïnvloeden, in een vroeg stadium worden opgespoord en geëlimineerd.

Aangezien een standaard multimeter de vereiste meetspanning van maximaal 1000 V/DC niet kan opwekken, zijn voor isolatiemetingen speciale isolatiemeetapparatuur nodig.

Ziet eruit als een multimeter, maar het is een isolatie-meetinstrument.

De capaciteitsmeting wordt uitgevoerd volgens hetzelfde schema als de weerstandsmeting. Dit betekent dat de te meten condensator is aangesloten op de twee meetsnoeren.

Voor de capaciteitsmeting moet de multimeter een wisselspanning afgeven in plaats van de gelijkspanning voor de weerstandsmeting. Alleen op deze manier kan de condensator voortdurend afwisselend worden opgeladen.

De stroom die vloeit wanneer de polariteit van de condensator voortdurend wordt omgekeerd, hangt af van de capaciteit van de condensator. Deze laadstroom wordt gemeten door de multimeter en toegewezen aan een capaciteitswaarde, die vervolgens wordt weergegeven.

De gemeten waarde moet overeenkomen met de afgedrukte waarde.

Net als bij de weerstandsmeting, geeft de multimeter tijdens de diodetest een spanning af aan de meetsnoeren. Als de polariteit van de spanning aan de meetpunten zodanig is dat de diode geblokkeerd is en geen stroom doorlaat, wordt op het display geen spanning weergegeven.

Als de polariteit van de spanning aan de meetpunten zodanig is dat de diode stroom doorlaat, wordt de voorwaartse spanning van de diode op het display weergegeven.

Voor intacte standaarddiodes bedraagt de doorlaatspanning ca. 0,6 - 0,7 V en voor Schottky-diodes ca. 0,4 V. Voor lichtgevende diodes hangt de voorwaartse spanning af van het type en de kleur en kan deze gemiddeld 1,6 - 3,7 V bedragen.

In sommige gevallen is de meetstroom in voorwaartse richting voldoende om lichtgevende diodes te doen oplichten.

Intacte lichtemitterende diodes kunnen tijdens de test gaan gloeien.