Onderwerpen:
- Algemeen
- Analoge meter
- Digitale multimeter
- Resolutie
- Meetbereik instellen
- Absolute fout berekenen
- Relatieve fout berekenen
- Meten met de multimeter
- Meten met de oscilloscoop
Algemeen:
In de technieken wordt veel gemeten. Op deze pagina wordt het meten m.b.t. op de autotechniek behandeld. In de autotechniek kan er op veel verschillende manieren gemeten worden, namelijk bij het ontwikkelen, testen, processen te volgen en storingen te zoeken. Wanneer men weet hóe er gemeten moet worden, is er alleen nog literatuur nodig (stroomloopschema’s) om te bepalen wáár er gemeten moet worden.
De meest gebruikte (elektrische) meetapparatuur in de autotechniek zijn:
- De multimeter / analoge meter: Deze wordt gebruikt om spanning (U), stroom (I) en weerstand (R) te meten. De digitale multimeter zal de waarde in het LCD-scherm tonen, en de analoge meter zal met behulp van een naald de gemeten waarde op een onderliggende schaal aangeven.
- De oscilloscoop: Met de oscilloscoop worden spanningen gemeten die in een tijdslijn vastgelegd kunnen worden. Deze tijdslijn kan worden ingesteld (aantal Volt op de Y-as en het tijdverloop op de X-as).
Analoge meter:
De analoge meter (draaispoelmeter) bestaat uit een permanente magneet en een draaispoel. De stroom die door de draaispoel vloeit veroorzaakt een magnetisch veld. De krachten die het magnetisch veld op elkaar uitoefenen, zorgen ervoor dat de draaispoel (met de daar op gemonteerde wijzer), draaien. Hoe groter de stroom is (en dus ook het magnetisch veld) des te verder de wijzer uit zal slaan.
Voordelen t.o.v. de digitale multimeter:
- Goedkoop;
- Nauwkeuriger onder de 10 Hz (daarboven niet meer).
Nadelen:
- Moeilijker af te lezen;
- Relatief langzaam door de bewegende wijzer.
Digitale multimeter:
De digitale multimeter is een plaatsvervanger voor de analoge meter. De meters worden steeds verder doorontwikkeld (in nauwkeurigheid, snelheid en functies). In de multimeter zit een A/D omzetter. Het analoge signaal dat wordt gemeten, wordt eerst bewerkt voordat het weergeven wordt. Deze bewerking hangt af van de gekozen functie (volt, Ampére, Ohm, etc.) Het gedigitaliseerde signaal wordt vervolgens naar het display gestuurd. De snelheid waarmee dit gebeurt, wordt de “responsetijd” genoemd, die in de specificaties van de meter terug te vinden is. De responsetijd (van de A/D omzetter) is de tijd die nodig is om een verandering van het ingangssignaal te registreren. Hoe duurder de meter is, des te lager deze responsetijd zal zijn.
Er zijn digitale multimeters met een handmatige en een automatische range-instelling. Hiermee wordt het meetbereik ingesteld. De multimeter van de afbeelding hieronder doet dit automatisch. Het hoofdstuk “Meetbereik” staat verderop op deze pagina beschreven.
Resolutie:
Het aantal cijfers die door multimeters weergeven worden, bepaalt de resolutie en daarmee ook de aflees nauwkeurigheid van de meter. De resolutie heeft dus alleen te maken met het scherm en niet met het meetbereik. Er bestaan 3½, 3¾ en 4½ digit multimeters. Hoe meer digits de multimeter aan kan geven, des te meer getallen er mogelijk zijn (dus een meer nauwkeurige meting).
3½ digit:
Dit is een standaard multimeter, welke in het 200 V bereik maximaal 0,1 V nauwkeurig kan meten. Als er een meting wordt gedaan waarbij de werkelijke spanning 22,66 V zou zijn, zou de meter 22,6 V aangeven.
3¾ digit:
Bij deze multimeter is de resolutie met een factor 10 toegenomen en zal met de zelfde meting (van 22,66 V bij de 3½ digit multimeter) ook echt de 22,66 V aangeven. Dat is dus een honderdste Volt meer (en dus nauwkeuriger).
4½ digit:
Deze multimeter heeft in alle bereiken de beschikking over een extra digit. De resolutie is weer met een factor 10 toegenomen.
Meetbereik instellen:
Het meetbereik van onderstaande multimeter kan handmatig ingesteld worden. Dit is nodig om bij elke meting een zo nauwkeurig mogelijk resultaat te krijgen. Bij het meten van de accuspanning kan er het best gekozen worden voor de optie 20 DCV. De accuspanning zal bijv. als 12.41 worden aangegeven. Er kan het beste een meetbereik gekozen worden dat onder het maximale meetresultaat zal liggen. Zo zal de accuspanning nooit hoger dan 99 volt zijn. Zou er namelijk een grotere resolutie gekozen worden (van 200 DCV), zou de accuspanning als 12.4 worden aangegeven (minder nauwkeurig). Dit heeft te maken met de resolutie:
| Bereik: | Resolutie: |
| 200 mV | 0,1 mV |
| 2 V | 0,001V |
| 20 V | 0,01 V |
| 200 V | 0,1 V |
| 2000 V | 1 V |
Voorbeelden van dit tabel:
- Bij het meten van een spanning van 100 Volt in het 200 V bereik, zal de meter 100,1 V aangeven. Wanneer deze zelfde spanning in het 2000 V bereik gemeten wordt, zal de meter 100 V aangeven (minder nauwkeurig).
- Bij het meten van een spanning van 9,188 Volt in het 2 V bereik, zal de meter 9,188 V aangeven. Wanneer deze zelfde spanning in het 200 V bereik gemeten wordt, zal de meter 9,2 V aangeven (afgerond, dus minder nauwkeurig).
De meest nauwkeurige meting hangt dus af van welk meetbereik er ingesteld wordt en van de resolutie van het scherm is. Bij schermen met een lage resolutie kan er met een nauwkeurig meetbereik nog niet de meest nauwkeurige spanning worden weergeven.
Bij de afgebeelde multimeter kan het meetbereik alleen handmatig afgesteld worden. De meer uitgebreide multimeters hebben nog een knop “Autorange” waarbij de meter zelf het beste meetbereik (aan de hand van zijn eigen resolutie) instelt. Alleen bij simpele multimeters kan er alleen voor de stand Volt, Ampére (etc.) gekozen worden en is het meetbereik vaak standaard 20 V (dus met een resolutie van 0,01 V).
Een ander probleem is dat er altijd een afwijking in de meter zit. Bij het instellen van een te lage resolutie is de afwijking het grootste. Meer hier over in de volgende hoofdstukken “Absolute en Relatieve fouten” verderop de pagina.
Absolute fout berekenen:
Elke multimeter heeft een bepaalde nauwkeurigheid. Deze nauwkeurigheid is in de specificaties (in de handleiding) terug te vinden. Met deze gegevens kan de afwijking van de meting worden berekent. Er kunnen 2 begrippen berekend worden; de “absolute fout” en de “relatieve fout”. De absolute fout bedraagt de spanning in Volt en de relatieve fout wordt berekend in procenten.
Voorbeeld:
Spanning (U) = 12,55 V
±(0,3% rdg + 1d)
rdg = reading = de afgelezen waarde op het display (de gemeten waarde)
1d = 1 digit = de resolutie (op het 20 V bereik komt 1 digit overeen met 0,01 V en op het 2 V bereik met 0,001 V).
De werkelijke spanning bedraagt 12,55 Volt. Dit wordt gemeten op het 20 V bereik.
0,3% rdg is 0,3% van 12,55 V = 0,038 V.
Op het 20 V bereik is 1d = 0,01 V.
De totale absolute fout is dan: de reading + 1 digit = Absolute fout. In getallen: 0,038 + 0,01 = 0,048 V
Het eindantwoord met de absolute fout is:
U = 12,55 ± 0,05 V.
Dat betekent dat de meting ergens tussen de 12,50 en de 12,60 Volt zit.
Goedkope multimeters hebben vaak een grotere afwijking dan de duurdere, zodat de totale absolute fout ook groter is. Hiermee wordt nu dus bewezen dat “goedkope multimeters” geen nauwkeurige metingen kan verrichten.
Relatieve fout berekenen:
Wanneer de absolute fout in procenten van de afgelezen waarde berekent wordt, dan wordt dit de relatieve fout genoemd. Deze relatieve fout wordt meestal gebruikt bij het vergelijken van de meters.
De relatieve fout bij de vorige multimeter is: totale absolute fout / (delen door) de werkelijke spanning x (vermenigvuldigen met) 100% = de relatieve fout.
In getallen: U = 0,038 / 12,55 x 100 = 0,30%.
Het eindantwoord met de relatieve fout is:
U = 12,55 ± 0,3%.
12,55 V min de 0,3% geeft als antwoord 12,50. Plus 0,3% is dan 12,60. Dit is hetzelfde als wat er met de absolute fout berekend is, maar dan genoemd in procenten.
Meten met de multimeter:
Spanning, stroom en weerstand worden allemaal op een andere manier gemeten. Hoe er op een goede manier gemeten kan worden met de multimeter wordt met voorbeelden uitgelegd op de pagina meten met de multimeter.
Meten met de Oscilloscoop:
Een oscilloscoop (afgekort scoop) is een grafische Voltmeter. De spanning wordt grafisch als een functie van de tijd weergeven. Ook is de scoop zeer nauwkeurig. De tijd kan zo klein worden ingesteld, dat signalen die afkomstig zijn van sensoren als de lambdasonde of actuatoren zoals een injector, perfect weergeven kunnen worden.
Hoe er gemeten wordt met de scoop wordt uitgelegd op de pagina meten met de oscilloscoop.