تعرف على أجهزة القياس المتعددة الرقمية

المقياس المتعدد الرقمي (DMM) هو جهاز اختبار إلكتروني يقيس الكميات الكهربائية مثل الجهد والتيار والمقاومة. بخلاف العدادات التناظرية القديمة، تستخدم أجهزة DMM شاشة رقمية (غالبًا LCD) تعمل بواسطة دوائر داخلية (محول تناظري رقمي، متحكم دقيق، إلخ)، مما يُعطي قراءات رقمية دقيقة. تستطيع أجهزة DMM التعامل مع إشارات التيار المستمر (DC) والتيار المتردد (AC)، وغالبًا ما تتضمن وظائف متعددة (على عكس الفولتميتر أو الأمبيرمتر المستقل). وقد حلت هذه الأجهزة محل أجهزة VOM التناظرية (فولت-أوم-مليمتر) بشكل كبير في معظم التطبيقات، نظرًا لدقتها وفعاليتها من حيث التكلفة وسهولة قراءتها.

كيف يعمل جهاز القياس المتعدد الرقمي؟

داخليًا، يُمرّر جهاز القياس الرقمي المتعدد (DMM) إشارة الدخل عبر عناصر حماية (صمامات، مقاومات، مُخفِّفات) ويستخدم مُحوِّلًا تناظريًا رقميًا (ADC) مُدمجًا لتحويل الكمية المُقاسة إلى قيمة رقمية. على سبيل المثال، لقياس الجهد، يُمرِّر المُدخل عبر مُقسِّم جهد ويُرقمن النتيجة؛ ولقياس التيار، يستخدم مُقاوِم تحويل منخفض القيمة. ثم يحسب المُتحكِّم الدقيق القيمة ويُظهرها على الشاشة. لهذا السبب، يعرض جهاز القياس الرقمي المتعدد (DMM) القيم بالأرقام بدلاً من إبرة مُتحركة، مما يُجنِّب الكثير من التخمين في المقاييس التناظرية. يُمكن للقراءات الرقمية إظهار قيم دقيقة (بما في ذلك إشارة القطبية) وغالبًا ما تكون أكثر استقرارًا. تُحدِّد مُعظم العدادات الحديثة النطاق تلقائيًا (التحديد التلقائي للنطاق)، وتتكيف مع الإشارات المُتغيرة بسرعة، وتوفر وظائف إضافية مثل الاحتفاظ بالبيانات، وقراءات الحد الأقصى/الحد الأدنى، والإضاءة الخلفية.

الميزات والوظائف الرئيسية

يقدم جهاز القياس الرقمي الرقمي عادةً العديد من وظائف القياس، ويتم تحديد كل منها بواسطة رمز موجود على القرص:

• جهد التيار المستمر (فولت-) : يقيس الجهد الثابت. تُظهر الشاشة فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين. تستطيع معظم أجهزة القياس الرقمية المتعددة قياس ما يصل إلى مئات الفولتات من التيار المستمر.

• جهد التيار المتردد (فولت ~) : يقيس الجهد المتردد (مثلاً: مقابس الكهرباء المنزلية، ومولدات التيار المتردد). يعرض العداد الجهد الفعال (RMS) لإشارة التيار المتردد. (ملاحظة: تقيس عدادات RMS القيمة الفعلية للجهد التربيعي المتوسط ​​(RMS) حتى في الموجات غير الجيبية.)

• تيار مستمر (A-) : يقيس تدفق التيار المستمر. يجب توصيل المقياس على التوالي في الدائرة، حيث يتطلب تدفق التيار عبره. تتراوح شدة التيار عادةً بين الملي أمبير (mA) والأمبير (A).

• التيار المتردد (A~) : يقيس تدفق التيار المتردد في الدائرة. تتطلب بعض أجهزة القياس الرقمية الرقمية ملحق تثبيت خاص لتيارات التيار المتردد العالية.

• المقاومة (Ω) : تقيس قوة مقاومة أحد المكونات للتيار. يمرر جهاز القياس تيارًا اختباريًا صغيرًا عبر المكون (يجب فصل الدائرة) ويعرض قيمة الأوم.

• اختبار الاستمرارية : هو في الأساس اختبار مقاومة يُصدر صوت تنبيه. في وضع الاستمرارية (الذي يُشار إليه غالبًا برمز موجة صوتية أو ثنائي)، يُصدر جهاز DMM صوت تنبيه إذا كانت المقاومة منخفضة جدًا (مما يُشير إلى دائرة مغلقة). يُستخدم هذا الاختبار للتحقق من سلامة توصيلات الصمامات والمفاتيح والأسلاك ومفاصل اللحام.

• اختبار الصمام الثنائي : يُمرر جهاز القياس تيارًا كهربائيًا صغيرًا على الصمام الثنائي (أو وصلة الترانزستور) ويقرأ انخفاض الجهد الأمامي. في وضع الصمام الثنائي (رمز الصمام الثنائي)، يُظهر الصمام السيليكوني العامل عادةً حوالي 0.7 فولت، بينما يُظهر الصمام الثنائي المفتوح أو المُقصر "OL" أو 0 فولت على التوالي.

• السعة (F) : تقيس مقدار الشحنة التي يمكن للمكثف تخزينها. يشحن الجهاز المكثف ويعرض سعته بالفاراد (عادةً ميكرو أو نانوفاراد). يجب تفريغ المكثف قبل الاختبار.

• التردد (هرتز) : يقيس تردد إشارة التيار المتردد (بالهرتز). يحسب العداد دورات الموجة الداخلة في الثانية عند ضبطه على وضع الهرتز. مفيد للتحقق من تردد المذبذبات أو التيار الكهربائي المتردد.

• الميزات الإضافية : تقوم بعض أجهزة القياس الرقمية المتعددة أيضًا باختبار درجة الحرارة (عبر المسبار)، ودورة العمل، والمحاثة، أو لديها اكتشاف جهد غير تلامسي.

معظم العدادات الرقمية مزودة بخاصية تحديد النطاق تلقائيًا ، أي أن العداد يختار تلقائيًا النطاق الأمثل للإشارة. هذا يُبسط الاستخدام (لا يتطلب معرفة النطاق المتوقع) ويجنب التحميل الزائد. تتطلب عدادات تحديد النطاق يدويًا من المستخدم اختيار النطاق، وهو أمر أسرع للإشارات المعروفة، ولكنه عرضة للخطأ إذا تم ضبط النطاق بشكل غير صحيح.

خطوات القياس الأساسية

• قياس جهد التيار المستمر: ١. أدر القرص إلى نطاق جهد التيار المستمر (فولت -). ٢. أدخل المجس الأسود في مقبس COM، والمجس الأحمر في مقبس VΩmA. ٣. وصّل المجسات عبر الدائرة أو المكوّن: الأحمر على الموجب، والأسود على السالب. ٤. اقرأ الجهد على الشاشة (علامة "-" تشير إلى عكس القطبية). ٥. أزل المجسات (الأسود أخيرًا) عند الانتهاء.

• قياس جهد التيار المتردد: ١. اضبط القرص على وضع جهد التيار المتردد (V~). ٢. وصّل السلك الأسود بموصل COM والسلك الأحمر بموصل VΩmA (نفس مقابس التيار المستمر). ٣. المس المجسات عبر مصدر التيار المتردد (لا يهم القطبية في حالة التيار المتردد). ٤. اقرأ الجهد (يظهر على الشاشة قيمة RMS). ٥. أزل المجسات (السلك الأسود هو الأخير).

• قياس التيار: ملاحظة: يجب قياس التيار مع توصيل العداد على التوالي. 1. افصل الدائرة. اضبط القرص على نوع التيار الصحيح (تيار متردد أو مستمر) ونطاقه. 2. انقل السلك الأحمر إلى مقبس إدخال الأمبير (عادةً ما يكون عليه "10 أمبير" للتيارات العالية أو "مللي أمبير" للتيارات المنخفضة). 3. افصل الدائرة عند النقطة التي تريد قياس التيار عندها. وصّل العداد بحيث يتدفق التيار عبره (السلك الأحمر باتجاه الطرف الموجب). 4. شغّل الدائرة. 5. اقرأ التيار على الشاشة (بالأمبير أو ملي أمبير). 6. افصل العداد، ثم أخرجه (أعد المجسات إلى مقبس الفولت). 7. افحص فيوز العداد واستبدله إذا كان محترقًا (تصميم أمان شائع).

• قياس المقاومة/الاستمرارية: ١. افصل الطاقة وفرغ جميع المكثفات في الدائرة. ٢. اضبط القرص على نطاق المقاومة (Ω) أو رمز الاستمرارية. ٣. وصّل السلك الأسود بمقبس COM، والسلك الأحمر بمقبس VΩ. ٤. المس المجسات عبر المكون أو القسم: سيؤدي انخفاض المقاومة أو استمرارية التشغيل إلى عرض (قريبة من ٠ Ω) أو إصدار صوت تنبيه في وضع الاستمرارية. تشير المقاومة العالية/اللامتناهية (الدائرة المفتوحة) إلى OL. ٥. أزل المجسات عند الانتهاء.

• اختبار الثنائيات: ١. أدر القرص إلى رمز الثنائي. ٢. وصّل COM/الأسود بالكاثود (-) والأحمر بالأنود (+) للثنائي. ٣. يُظهر ثنائي السيليكون الجيد جهدًا يتراوح بين ٠٫٥ و٠٫٩ فولت تقريبًا. اعكس أطراف التوصيل: يُظهر الثنائي الجيد "OL" (مفتوح) في وضعية انحياز عكسي.

• قياس السعة: ١. فرّغ المكثف بالكامل. ٢. اضبط القرص على وضع السعة (غالبًا ما يكون مُشارًا إليه بالحرف "F"). ٣. ضع COM/الأسود على أحد طرفي المكثف، والأحمر على الطرف الآخر. ٤. سيشحن الجهاز المكثف ويعرض سعته بعد لحظة. ٥. استبدل المكثف بعد اكتمال الاختبار.

• قياس التردد: ١. اضبط القرص على وضع الهرتز. ٢. وصّل المجسات بمصدر الإشارة (مثل مصدر تيار متردد أو مولد إشارة). ٣. ستعرض الشاشة التردد بالهرتز.

نصائح السلامة

استخدام جهاز القياس الرقمي (DMM) بأمان أمر بالغ الأهمية. اتبع الإرشادات التالية:

• تحقق من التقييم: لا تتجاوز حدود الجهد/التيار المحددة في العداد (عادةً 600 فولت تيار مستمر/تيار متردد أو كما هو موضح). استخدم عدادًا مناسبًا للفئات (CAT II، III، IV) للدوائر عالية الطاقة.

• فحص المعدات: افحص المجسات وجهاز القياس بحثًا عن أي تلف قبل الاستخدام. قد يُشكّل تشقق عازل المجسات أو تلف غلافها خطرًا. ارتدِ دائمًا معدات الوقاية المناسبة (قفازات، واقيات للعينين) في البيئات المعيشية.

• مقابس الإدخال الصحيحة: احرص دائمًا على توصيل السلك الأسود بموصل COM أولًا. استخدم المقبس الأحمر المناسب للجهد أو التيار. أجهزة القياس الرخيصة التي تستخدم نفس المقبس للفولت والأمبير تُعدّ خطرة (قد تُسبب قصرًا في الدائرة).

• إيقاف تشغيل الأوم/الاستمرارية/الصمام الثنائي: افصل دائمًا طاقة الدائرة وتفريغ المكثفات قبل قياس المقاومة أو الاستمرارية أو الصمامات الثنائية أو السعة. المكثفات المشحونة أو الدوائر الكهربائية المعطلة ستتلف العداد أو تُعطي قراءات خاطئة.

• قياس التيار على التوالي: لقياس التيار، يجب أن يكون العداد متصلاً بالدائرة (على التوالي). لا تحاول قياس التيار بوضع العداد على مصدر جهد (سيؤدي ذلك إلى قصر التغذية). تأكد من سلامة الصمامات قبل قياس التيار.

• استبدال الصمامات المحترق: في حال احتراق أحد الصمامات (وهو أمر شائع في نطاقات التيار)، استبدله فورًا بالتصنيف الصحيح. لا تتجاوزه أبدًا.

• سلك واحد في كل مرة: عند توصيل أو فصل المجسات، احرص دائمًا على إزالة السلك الأحمر (السلك المتصل) أولًا ثم وصله أخيرًا. هذا يقلل من خطر حدوث تماس كهربائي عرضي.

• التثبيت والنطاق: استخدم وظيفة "التثبيت" في العداد لتجميد القراءات غير المستقرة، والبدء في النطاق الأعلى عند عدم التأكد (يتعامل النطاق التلقائي مع هذا تلقائيًا).

تحديد النطاق التلقائي مقابل تحديد النطاق اليدوي

معظم العدادات الرقمية الحديثة مزودة بخاصية تحديد النطاق تلقائيًا : فهي تحدد تلقائيًا نطاق القياس الصحيح للإشارة. هذا يُسهّل استخدام العداد (يمكنك نقل المجسات من اختبار لآخر دون تغيير القرص) ويقلل من أخطاء المستخدم. يُعدّ تحديد النطاق تلقائيًا مفيدًا بشكل خاص للمبتدئين أو عند تغير الإشارات بشكل مفاجئ. يقوم العداد بمسح النطاقات مؤقتًا، ثم يستقر على أفضل مقياس للدقة.

تتطلب عدادات القياس اليدوي من المستخدم إدارة القرص إلى النطاق المتوقع. يمكن أن يكون هذا أسرع (بدون تأخير) إذا كنت تعرف القيمة التقريبية، ويمكن أن يمنع الجهاز من تجربة نطاقات غير مناسبة. يفضل المستخدمون ذوو الخبرة أحيانًا الوضع اليدوي لتحقيق الاستقرار واستجابة أسرع قليلاً. عمليًا، يُعدّ ضبط النطاق التلقائي مريحًا وشائعًا في العدادات ذات الأسعار المعقولة، بينما توفر طُرز ضبط النطاق اليدوي (أو الوضع اليدوي على مفتاح) للمستخدم تحكمًا أكبر.

اختيار جهاز DMM المناسب

يعتمد اختيار المقياس المتعدد على احتياجاتك:

• الميزانية: تجنب أجهزة القياس الرخيصة جدًا (أقل من ١٠ دولارات) التي تفتقر إلى ميزات الأمان. يتراوح سعر جهاز قياس رقمي رقمي جيد للمبتدئين بين ٣٠ و٥٠ دولارًا أمريكيًا، ويوفر أداءً موثوقًا. قد تصل أسعار أجهزة القياس الاحترافية (مثل Fluke وKeysight) إلى مئات الدولارات.

• الإمكانيات الأساسية: للاستخدام المنزلي أو في المشاريع المنزلية، اختر جهاز قياس رقمي متعدد (DMM) يتحمل ما لا يقل عن 600 فولت تيار متردد/مستمر، وتيار 10 أمبير، ويحتوي على أوضاع مقاومة واستمرارية وثنائي. يمكن أن تكون الميزات الإضافية، مثل السعة والتردد، مفيدة جدًا لمشاريع الإلكترونيات.

• RMS الحقيقي: إذا كنت ستقيس أحمال التيار المتردد (المحركات، الدوائر غير الجيبية)، فإن مقياس RMS الحقيقي مهم للدقة.

• الشاشة وبيئة العمل: ابحث عن شاشة واضحة (بثلاثة أرقام ونصف أو أربعة أرقام، بالإضافة إلى إضاءة خلفية). تُحسّن ميزات مثل حفظ البيانات، والإيقاف التلقائي، ومؤشر انخفاض البطارية من سهولة الاستخدام.

• استخدامات السيارات: عادةً ما تكون دوائر السيارات بجهد ١٢-١٤ فولت تيار مستمر. يجب أن يقيس جهاز القياس الجيد للسيارات جهدًا يصل إلى ملي فولت، وأن يتراوح نطاقه بين ٠ و٢٠ أمبير (لتيارات بدء التشغيل)، وغالبًا ما يتضمن وضع دورة عمل لإشارات النبضات. يتضمن بعضها وظائف خاصة (مثل اختبار سرعة الدوران، ومجسات درجة الحرارة).

• الإلكترونيات/الهواية: إذا كنت تعمل بدوائر كهربائية منخفضة الطاقة، فاختر جهاز قياس بدقة عالية (عدد أعلى) ونطاق تيار منخفض (مللي أمبير/ميكرو أمبير). فكّر أيضًا في أجهزة قياس مزودة بعدادات منطقية/نبضية مدمجة أو وضع رباعي الأسلاك (كلفن) لقياس المقاومة المنخفضة.

• تصنيف الأمان: لأعمال التوصيلات الكهربائية المنزلية، اختر عدادًا بتصنيف CAT II/III. أما في السيارات/الهواة، فعادةً ما يكون CAT II كافيًا.

• أمثلة: تشير افتتاحية TechGearLab إلى أن جهاز قياس الجهد الحقيقي (True-RMS) ذي النطاق التلقائي، والمزود بوظائف متعددة (التردد، والسعة، والاستمرارية، والصمام الثنائي)، مثالي لمعظم هواة الأعمال اليدوية. ينصح البائع Nematic! بشراء جهاز بسعر يتراوح بين 40 و50 دولارًا أمريكيًا، مزود بمقابس منفصلة للفولت والأمبير، وذلك لضمان السلامة.

الصيانة والعناية

الصيانة المناسبة تطيل عمر جهاز DMM الخاص بك وتزيد من موثوقيته:

• المعايرة: لضمان دقة العمل، يُرجى معايرة جهاز القياس بانتظام (سنويًا أو كل سنتين). تضمن المعايرة المنتظمة بقاء قياساته ضمن الدقة المحددة.

• البطارية: استبدل البطارية فور ظهور مؤشر انخفاض مستوى البطارية أو في حال عدم انتظام القراءات. قد يؤدي ضعف البطارية إلى قراءات غير صحيحة أو إلى توقف الجهاز عن العمل أثناء القياس.

• الصمامات: افحص الصمامات للتأكد من أن قراءات التيار دائمًا صفر. احتفظ بصمامات احتياطية بالتصنيف الصحيح في متناول يدك، خاصةً لمدخلات التيار العالي.

• النظافة: حافظ على نظافة وجفاف جهاز القياس والمجسات. امسح الغبار والأوساخ، وافحص أطراف المجسات والعزل بحثًا عن أي تلف. خزّن المجسات بأمان (غطِّ أطراف المجسات لتجنب الإصابات)، واحفظ جهاز القياس في حقيبته أو علبته لمنع سقوطه.

• التآكل والتلف: افحص العلبة والقرص والموصلات بانتظام بحثًا عن أي شقوق أو تآكل. يجب إصلاح الأجزاء التالفة أو استبدالها. قد تؤدي التوصيلات غير المحكمة (مثل القرص أو المقابس المتذبذبة) إلى أخطاء في القياس.

• الاستخدام: تجنب تعريض الجهاز للحرارة الزائدة أو الرطوبة أو الصدمات. لا تُحمّل أي نطاق فوق طاقته. استخدام الجهاز وفقًا لمواصفاته يضمن دقته وأمانه.

الأسئلة الشائعة

• هل يمكنني قياس التيار المتردد والتيار المستمر باستخدام نفس جهاز القياس المتعدد؟ نعم. جميع أجهزة القياس المتعددة الرقمية تقريبًا مزودة بإعدادات منفصلة لقياس التيار المستمر والتيار المتردد. ما عليك سوى تغيير القرص إلى الرمز الصحيح (مثلًا: V- لفولت التيار المستمر، وV~ لفولت التيار المتردد). تُستخدم المجسات نفسها؛ وعادةً ما تكون قراءات التيار المتردد قيمًا جذر متوسط ​​التربيع (RMS). تأكد دائمًا من ضبط الوضع والنطاق الصحيحين (التيار المتردد مقابل المستمر) قبل القياس.

• لماذا لا يقرأ جهاز القياس المتعدد أي شيء (أو لا يعرض قيمة)؟ هناك بعض الأسباب الشائعة: (1) الوضع أو النطاق الخاطئ: تأكد من أن القرص على نوع القياس الصحيح. على سبيل المثال، إذا كنت تختبر الجهد، فلا تكن على نطاق الأمبير أو الأوم. (2) بطارية فارغة: قد تتسبب البطارية المنخفضة في عدم وجود شاشة؛ حاول استبدالها. (3) توصيلات غير صحيحة: تأكد من وجود المجس الأسود في COM والمجس الأحمر في المقبس الأيمن (VΩ للفولت/الأوم، مللي أمبير/أمبير للتيار). (4) الدائرة مغلقة/مفتوحة: إذا كنت تقيس الجهد ولكن الدائرة غير متصلة بالطاقة، فستقرأ صفرًا. في وضع الاستمرارية/الأوم، تُظهر الدائرة المفتوحة "OL" (حمل زائد) ولا يوجد صوت تنبيه. (5) فتيل محترق: إذا فشلت قياسات التيار فقط، فقد يكون المصهر الموجود داخل الجهاز محترقًا. استبدل الفيوزات وحاول مرة أخرى.

• ماذا يعني التحديد التلقائي للنطاق ؟ تختار أجهزة القياس المتعددة ذات التحديد التلقائي للنطاق تلقائيًا أفضل نطاق قياس للإشارة. على سبيل المثال، إذا كنت تقيس الجهد الكهربائي وانتقلت من بطارية صغيرة إلى مصدر جهد أعلى، فسيبحث الجهاز عن النطاق المناسب ويستقر عليه. هذا يُسهّل استخدام الجهاز (لن تحتاج إلى تخمين النطاق) ويُقلل من الأخطاء. على النقيض من ذلك، في أجهزة القياس ذات التحديد اليدوي، يجب عليك تدوير القرص إلى النطاق الذي يغطي القياس المتوقع.

• لماذا يُصدر جهاز القياس صوت صفير أو إشارة "OL"؟ في وضع الاستمرارية أو الصمام الثنائي، يشير الصوت إلى دائرة مغلقة أو مقاومة منخفضة. عادةً ما يعني "OL" وجود حمل زائد أو دائرة مفتوحة. على سبيل المثال، في وضع الاستمرارية، يعني "OL" (أو عدم وجود صوت صفير) عدم وجود اتصال (مفتاح مفتوح). في وضعي الجهد/التيار، يعني "OL" أن قيمة الدخل تتجاوز النطاق (عالية جدًا بحيث لا يمكن قياسها).

• كيف يختلف جذر متوسط ​​التربيع الحقيقي عن المتوسط؟ (متقدم) في التيار المتردد الجيبي، تتطابق قراءات المتوسط ​​وقراءات جذر متوسط ​​التربيع الحقيقي. أما في الموجات غير الجيبية، فإن جهاز قياس جذر متوسط ​​التربيع الحقيقي فقط يُعطي الجهد أو التيار الفعال الصحيح. عند قياس محركات أو إشارات تعديل عرض النبضة (PWM)، يلزم استخدام جهاز قياس جذر متوسط ​​التربيع الحقيقي للحصول على قراءات دقيقة.

• هل أحتاج إلى جهاز قياس خاص للإلكترونيات أم للسيارات؟ غالبًا ما يكون جهاز القياس الرقمي المتعدد الاستخدامات مناسبًا لكليهما، ولكن ضع احتياجاتك الخاصة في الاعتبار. يجب أن تتعامل أجهزة قياس السيارات مع جهد تيار مستمر منخفض وتيارات عالية، وأن تتحمل ظروفًا قاسية. يجب أن تقيس أجهزة قياس الإلكترونيات التيارات والجهد المنخفض بدقة، وقد تتضمن ميزات مثل نطاقات Ω منخفضة ودقة عالية. تتضمن بعض أجهزة القياس الرقمي المتعدد كلا النوعين من الميزات. تأكد دائمًا من أن مواصفات الجهاز (حدود الجهد/التيار، الدقة، تصنيف CAT) تتوافق مع مشاريعك.

• هل يمكن لجهاز القياس الرقمي المتعدد (DMM) قياس السعة أو التردد؟ تتضمن العديد من أجهزة القياس الرقمية المتعددة الحديثة وضعي السعة (F) والتردد (Hz). هذه ميزات متقدمة: يقيس وضع السعة قيمة المكثف، بينما يحسب وضع التردد دورات إشارة التيار المتردد. تحقق من قرص أو قائمة الجهاز بحثًا عن هذه الرموز.

• كم مرة يجب عليّ معايرة جهاز القياس المتعدد؟ للاستخدامات الهواة، يُمكنك معايرة الجهاز كل سنة أو سنتين. أما للاستخدامات المهنية أو الحرجة، فيُنصح بإجراء معايرة سنوية في مختبر. تضمن المعايرة والصيانة الدورية (التنظيف والفحص) الدقة مع مرور الوقت.