หน่วยที่3 เรื่องมัลติมิเตอร์

3.1 มัลติมิเตอร์

  มัลติมิเตอร์ คือ เครื่องมือวัดปริมาณทางไฟฟ้าหลายประเภทรวมอยู่ในเครื่องเดียวกัน โดยทั่วไปแล้วมัลติมิเตอร์สามารถใช้ปริมาณความต่างศักย์ไฟฟ้ากระแสตรง ความต่างศักย์ไฟฟ้ากระแสสลับปริมาณกระแสไฟฟ้ากระแสตรง และความต้านทานไฟฟ้า เป็นต้น มัลติมิเตอร์บางแบบสามารถใช้วัดปริมาณอื่น ๆ ได้อีก เช่น กำลังออกของสัญญาณความถี่เสียง การขยายกระแสของทรานซิสเตอร์กระแสรั่วของทรานซิสเตอร์ ฯลฯ มัลติมิเตอร์แสดงผลการวัดปริมาณทางไฟฟ้าได้ 2 แบบ คือแบบตัวเลข เรียกว่า ดิจิตอลมัลติมิเตอร์ และแบบเข็ม เรียกว่า อะนาลอกมัลติมิเตอร์ ซึ่งในเอกสารประกอบการเรียน หน่วยที่ 3 นี้ จะกล่าวถึงมัลติมิเตอร์แบบเข็มเพียงอย่างเดียว และต่อไปนี้ มัลติมิเตอร์ หมายถึง มัลติมิเตอร์แบบเข็ม ลักษณะดิตอลมัลติมิเตอร์ และ อะนาลอกมัลติทิเตอร์

                          

                                      

รูปที่ 3.1 ลักษณะดิตอลมัลติมิเตอร์ และอะนาลอกมัลติทิเตอร์

3.1.1 ส่วนประกอบของมัลติมิเตอร์

ส่วนประกอบสำคัญของมัลติมิเตอร์แต่ละยี่ห้อและแต่ละรุ่นอาจจะมีความแตกต่างกันบ้างในตำแหน่งของส่วนประกอบบนมัลติมิเตอร์ แต่มีหน้าที่การทำงานและการใช้งานของส่วนประกอบที่เหมือนกัน

รูปที่  3.2 ลักษณะและส่วนประกอบของมัลติมิเตอร์

จากรูปที่ 3.2 มัลติมิเตอร์มีรายละเอียดของส่วนประกอบตามหมายเลข ดังนี้

1. คือ เข็มมิเตอร์ (Indicator Pointer) ใช้ชี้ค่าตัวเลขบนสเกลที่หน้าปัดมัลติมิเตอร์

2. คือ สกรูปรับแต่งเข็ม (Indicator Zero Corrector) ใช้ปรับแต่งให้เข็มชี้ในตำแหน่งเลข 0 เพื่อความถูกต้องก่อนเริ่มวัด

3. คือ ขั้วต่อ OUTPUT (Output Terminal) ใช้วัดสัญญาณ Output ของไฟฟ้าที่มีทั้งไฟฟ้ากระแสสลับและกระแสตรงอยู่รวมกัน โดยใช้สายบวกเสียบที่จุด Output แทน และอ่านสเกลเหมือนการวัด AC.V

4. คือ ขั้วต่อ – หรือ COM (Measuring Terminai -COM) ใช้ต่อกับสายวัดสีดำ

5.  คือ ขั้วต่อ + หรือ ขั้ว P (Measuring Terminai +) ใช้ต่อกับสายวัดสีแดง

6. คือ ปุ่มเลือกย่านวัด (Range Selector Switch Knob) เป็นสวิตส์ที่ผู้ใช้จะต้องบิดเลือกว่าจะใช้วัดปริมาณใด ซึ่งมีทั้งหมด 4 ปริมาณ แต่ละปริมาณมีย่านการสัดให้เลือก ดังนี้

(1) การวัดค่าแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ (AC.V) ประกอบด้วยย่านวัด 10 V, 50 V, 250 V และ 1,000 V รวม 4 ย่านการวัด

(2) การวัดค่าแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง (DC.V) ประกอบด้วยย่านวัด 0.1 V, 0.5 V, 2.5 V, 10 V, 50 V, 250 V และ 1,000 V รวม 7 ย่านการวัด

(3) การวัดค่ากระแสไฟฟ้ากระแสตรง (DC.mA) ประกอบด้วยย่านวัด 50 µA, 2.5 mA, 25 mA และ 250 mA รวม 4 ย่านการวัด

(4) การวัดค่าความต้านทาน (Ω) ประกอบด้วยย่านการวัด × 1 (แสดงค่าได้ 0-2 kΩ) × 10 (แสดงค่าได้ 0-20 kΩ) × 1k (แสดงค่าได้ 0-2,000 kΩ หรือ 2 MΩ) และ × 10k (แสดงค่าได้ 0-20 MΩ) ย่านวัดค่าความต้านทานสามารถเลือกย่านวัดได้รวม 4 ย่านการวัด หรืออาจจะมัมัลติมิเตอร์บางรุ่นมีย่านวัด × 100k เพิ่มมา

7. คือ ปุ่มปรับ 0Ω ADJ (0 Ω Adjust Knob) ใช้ปรับแต่งเข็มมิเตอร์ให้อยู่ในตำแหน่งศูนย์โอห์มพอดี เมื่อทำการปรับศูนย์โอห์มขณะใช้ย่านวัดความต้านทาน

8. คือ กระจก (Panel)

3.1.2 การอ่านค่าสเกลของมัลติมิเตอร์

รูปที่ 3.4 รายละเอียดบนสเกลของมัลติมิเตอร์

รายละเอียดบนสเกลของมัลติมิเตอร์ มีดังนี้

A คือ สเกล Ω (โอห์ม) ใช้สำหรับอ่านค่าที่ได้จากการวัดค่าความต้านทานในย่านวัด Ω ด้านล่างของสเกลนี้มีกระจกเงาเพื่อช่วยแก้ความคลาดเคลื่อนในการอ่าน

B คือ สเกล DC V.A และ AC .V ใช้สำหรับอ่านค่าที่ได้จากการวัดค่าแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงในย่านวัด DC.V ปริมาณกระแสไฟฟ้ากระแสตรง ในย่านวัด DC.mA และแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับในย่านวัด AC.V ใช้ย่านวัด AC, 50 V ขึ้นไป สเกลนี้แบ่งเป็นสเกลย่อยไว้ 3 สเกล คือ

สเกลบน มีตัวเลขตั้งแต่ 0-250

สเกลกลาง มีตัวเลขตั้งแต่ 0-50

สเกลล่าง มีตัวเลขตั้งแต่ 0-10

 C คือ สเกล AC, 10 V ใช้สำหรับอ่านค่าที่ได้จากการวัดค่าแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่มีค่าไม่เกิน 10 โวลต์ ในย่านวัด AC, 10 V

D คือ สเกล LI (µA, mA) ใช้สำหรับอ่านค่าที่ได้จากการวัดค่า กระรั่วย้อนของทรานซิสเตอร์ ระหว่างคอลเล็กเตอร์กับเบส และผ่านอิมิเตอร์ของทรานซิสเตอร์ ขณะวงจรเบสเปิด ในย่านวัด Ω × 1 (150 mA)  หรือ Ω × (15 mA)

E คือ สเกล LV (V) ใช้สำหรับอ่านค่าที่ได้จากการวัดค่า แรงดันตกคร่อมจุดวัด ขณะใช้ย่านวัดความต้านทาน ในย่านวัด Ω × 1 หรือ Ω × 10

F คือ สเกล dB ใช้สำหรับอ่านค่าที่ได้จากการวัดค่ากำลังออกของสัญญาณความถี่เสียง ในย่านวัด AC, V

G คือ สเกล hFE ใช้สำหรับอ่านค่าที่ได้จากการวัดค่าอัตราการขยายกระแสตรงของทรานซิสเตอร์ ในย่านวัด Ω × 10

3.1.3 การวัดค่าปริมาณต่าง ๆ ทางไฟฟ้าด้วยมัลติมิเตอร์      

การวัดค่าปริมาณไฟฟ้าต่าง ๆ ทางไฟฟ้าในเอกสารนี้ อธิบายการวัดค่าทางไฟฟ้าที่ใช้งานหลัก ๆ 4 ปริมาณ คือ การวัดค่าแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ (AC.V) แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง (DC.V) กระแสไฟฟ้ากระแสตรง (DC.mA) และความต้านทาน (Ω) 

1. การวัดค่าแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ (AC.V) ด้วยมัลติมิเตอร์ มีการวัดตามหลักการของ AC. V ดังนี้

(1) นำสายวัดสีแดงเสียบที่ขั้วต่อ + หรือขั้ว P และสายสีดำเสียบที่ขั้วต่อ – หรือ COM

(2) ตั้งย่านวัดให้ถูกต้อง คือ ถ้าวัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับต้องใช้ย่านวัด AC.V

(3) ตั้งย่านวัดที่มีค่าเหมาะสม ถ้าไม่ประเมินค่าที่จะวัดได้ ให้ตั้งย่านวัดสูง ๆ ไว้ก่อน แล้วค่อยลดย่านวัดลงตามลำดับ จนถึงย่านวัดที่มีค่าใกล้เคียงกับแรงดันของจุดวัดที่สุด เพื่อมัลติมิเตอร์จะได้ไม่เสียหาย เนื่องจากเข็มมัลติมิเตอร์จะชี้ไปด้านมือเกินสเกล

(4) การวัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่มีค่าสูงตั้งแต่ 200 V ต้องใช้ความระมัดระวัง โดยนำปลายสายวัดทั้งสองวัดคร่อมขนานกับอุปกรณ์ หรือตำแหน่งที่จะวัด แต่ไม่จำเป็นต้องคำนึงถึงขั้วของสายวัด และจะต้องตั้งย่านวัดที่AC.V ที่ 250 หรือ 1,000

(5) ให้ปิดสวิตซ์แหล่งจ่ายของวงจรที่จะวัด ก่อนที่จะเอาสายวัดต่อที่จุด อย่าแตะต้องสายวัดที่เป็นโลหะ และจุดวัด เมื่อวัดเรียบร้อยและให้ปิดสวิตซ์ของแหล่งจ่ายก่อนที่จะถอดสายวัดออกจากจุดวัด

(6) การอ่านค่าแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่ทำการวัดตามขั้นตอน 1-5 ที่เข็มชี้แสดงบนสเกลในย่านวัด AC.V

 2. การวัดแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงด้วยมัลติมิเตอร์ มีการวัดตามหลักการดังนี้

(1) นำสายวัดสีแดงเสีบยที่ขั้วต่อ + หรือขั้ว P และสายสีดำเสียบที่ขั้วต่อ – หรือขั้ว COM

(2) ตั้งย่านวัดให้ถูกต้อง คือ ถ้าวัดแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงต้องใช้ย่านวัด DC.V

(3) ตั้งย่านวัดที่มีค่าเหมาะสม คือ ถ้าไม่สามารถประเมินค่าที่จะวัดได้ ให้ตั้งย่านวัดสูง ๆ ไว้ก่อน แล้วค่อยลดย่านวัดลงตามลำดับ จนถึงย่านวัดที่มีค่าใกล้เคียงกับแรงดันของจุดวัด เพื่อมัลติมิเตอร์จะได้ไม่เสียหาย เนื่องจากเข็มจะชี้ไปด้านมือ หรือซ้ายมือ (กรณีวัดผิดขั้ว) เกินสเกล

(4) ต้องต่อสายวัดให้ถูกต้อง คือ ถ้าวัดแรงดันจะต่อขนานกับต่ำแหน่งที่จะวัด ต้องต่อขั้วสายวัดให้ถูกต้อง มิฉะนั้นเข็มจะตีกลับทำให้มัลติมิเตอร์เสียหายได้

(5) อ่านค่าจากสเกลให้ถูกต้อง โดยในกรณีย่านวัดค่าแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงส่วนใหญ่จะมี 7 ย่านวัด โดยสเกลที่ใช้อ่าน และตัวคูณค่า

3. การวัดค่ากระแสไฟฟ้ากระแสตรง (DC.mA) ด้วยมัลติมิเตอร์ มีการวัดตามหลักการดังนี้

(1) สายวัดสีแดงเสียบเข้าที่ขั้วต่อบวก (+) และสายวัดสีดำเสียบเข้าที่ขั้วต่อลบ (- COM)  ของมิเตอร์

(2) ปรับสวิตช์เลือกย่านวัดไปย่านที่เหมาะสม หากไม่ทราบค่ากระแสไฟตรงให้ใช้ย่านวัดสูงสุดไว้ก่อน  วัดแล้วเข็มไม่ขึ้นหรือขึ้นน้อยจึงจะเปลี่ยนไปใช้ย่านวัดที่ต่ำลงมาตามลำดับ

(3) การวัดกระแสไฟตรงให้ตัดวงจรและใช้สายวัดทั้งสองวัดปลายสายของวงจรที่ถูกตัด  คือการต่ออนุกรมกับวงจร  และต้องต่อสายวัดให้ตรงกับขั้วการไหลของกระแส  ย่านวัด DCmA  แสดงดังรูปที่7 การต่อมัลติมิเตอร์วัดกระแสไฟตรง 

รูปที่ 3.5 การตั้งย่านวัดกระแสไฟฟ้าของไฟฟ้ากระแสตรง

 4. การวัดค่าความต้านทานด้วยมัลติมิเตอร์ มีวิธีการดังนี้

(1) สายวัดสีแดงเสียบเข้าที่ขั้วต่อบวก (+) และสายวัดสีดำเสียบเข้าที่ขั้วต่อลบ (- COM) 

(2) ก่อนการวัดความต้านทานทุกครั้ง หรือเปลี่ยนย่านวัดโอห์มมิเตอร์ต้องปรับแต่งเข็มชี้โอห์มมิเตอร์ชี้  0Ω โดยการช็อตสายวัดสีดำและสีแดงเข้าด้วยกัน และปรับที่ปุ่ม 0Ω ADJ  

(3) หากไม่ทราบค่าความต้านทานที่จะวัดให้ตั้งย่านวัด  ×1 ก่อนวัดแล้วเข็มไม่ขึ้นหรือขึ้นน้อย   จึงจะเปลี่ยนไปใช้ย่านวัดที่สูงขึ้นตามลำดับ การวัดค่าความต้านทานด้วยมัลติมิเตอร์แสดง

3.2 เครื่องกำเนิดสัญญาณ

เครื่องกําเนิดสัญญาณ เป็นเครื่องมือวัดและทดสอบชนิดหนึ่ง ทําหน้าที่เป็นตัวให้กําเนิดสัญญาณชนิดต่าง ๆ ขึ้นมา เช่น สัญญาณไซน์ (Sine wave) สัญญาณสี่เหลี่ยม (Square wave) สัญญาณสามเหลี่ยม (Triangle wave) และสัญญาณฟันเลี่อย (Sawtooth wave) เป็นต้น ดังรูปที่ 3.6 เพื่อใช้ในการทดสอบปรับแต่งและตรวจซ่อมวงจรอิเล็กทรอนิกส์เครื่องกําเนิดสัญญาณที่ถูกผลิตขึ้นมาใช้งานเรียก ชื่อแตกต่างกันตามค่าความถี่และชนิดของสัญญาณที่กําเนิดขึ้นมา ที่พบว่ามีการใช้งานแบ่งออกเป็น 5 ชนิดคือ

(1) เครื่องกําเนิดสัญญาณความถี่เสียง (Audio Frequency : AF generator)

(2) เครื่องกําเนิดสัญญาณความถี่วิทยุ (Radio Frequency :RF generator)

(3) ฟังก์ชันเจนเนอร์เรเตอร์ (Function generator)

(4) พัลซ์เจนเนอร์เรเตอร์ (Pulse generator)

(5) สวีฟเจนเนอร์เรเตอร์ (Sweep generator)

แต่ในบทเรียนจะศึกษาเฉพาะเครื่องกําเนิดสัญญาณที่นินมใช้กันอย่างแพร่หลายให้องปฏิบัติการทางไฟฟ้า และอิเลกทรอนิกส์ คือ ฟังก์ชั่นเจนเนอร์เรเตอร์(Function Generator) เท่านั้น ลักษณะของเครื่องกําเนิดสัญญาณแบบต่าง ๆ แสดงดังรูปที่ 3.7

รูปที่ 3.6 ลักษณะของรูปคลื่นสัญญาณชนิดต่าง ๆ

รูปที่ 3.7 ลักษณะของเครื่องกําเนิดสัญญาณชนิดต่าง ๆ

3.2.1 ฟังก์ชั่นเจนเนอร์เรเตอร์ (Function Generator)

ฟังก์ชั่นเจนเนอร์เรเตอร์ คือ เครื่องกําเนิดสัญญาณ ชนิดหนึ่งที่สร้างสัญญาณทางไฟฟ้าได้หลายรูปแบบ สามารถเลือกชนิดของรูปคลื่นสัญญาณ และสามารถกําหนดขนาดของสัญญาณ และความถี่ของสัญญาณได้ เพื่อนําไปใช้ในงานการสอบเทียบ เครื่องวัดวัด และการทดสอบ วงจรอิเล็กทรอนิกส์และวงจรไฟฟ้าแบบต่าง ๆ

โครงสร้าง

โครงสร้างวงจรภายในเครื่องฟังก์ชั่นเจนเนอร์เรเตอร์โดยทั่วไปจะประกอบด้วยโครงสร้างที่สําคัญ 7 ส่วน

รูปที่ 3.8 Block diagram ของฟังก์ชั่นเจนเนอร์เรเตอร์

(1) วงจรปรับความถี่ของสัญญาณ (Frequency control network)

(2) แหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้าคงที่ (Constant current source 1,2)

(3) วงจรอินติเกรเตอร์ (Integrator) คือ วงจรกําเนิดสัญญาณคลื่นสามเหลี่ยม (Triangular wave generator)

(4) วงจรมัลติไวเบรเตอร์ (Multi-vibrator) ทําหน้าที่กําเนิดรูปคลื่นสี่เหลี่ยม

(5) วงจรขยายสัญญาณเอาต์พุต (Output Amplifier 1,2) ทําหน้าที่ปรับขนาดของสัญญาณที่สร้างได้ปกติจะปรับได้ระหว่าง 0.1VP-P-10VP-P

(6) วงจรเปลี่ยนรูปคลื่น (Shaping circuit) ทําหน้าที่เปลี่ยนรูปคลื่นสามเหลี่ยมเป็นคลื่นไซน์วงจรนี้จะใช้วงจรข่ายผสมระหว่างตัวต้านทาน กับไดโอด

(7) สวิตช์เลือกสัญญาณ (Selector switch) ทําหน้าที่ เลือกสัญญาณชนิดที่ต้องการส่งออกทางเอาต์พุต

คุณสมบัติของ Function Generator

Function Generator ใช้เป็นเครื่องกําเนิดรูปคลื่นได้หลายรูปคลื่น ที่สามารถควบคุมได้ทั้งการปรับแต่งรูปคลื่น ปรับแต่งขนาดและปรับแต่งความถี่ได้เพื่อใช้เป็นสัญญาณส่งออกไปยังวงจร อุปกรณ์หรือเครื่องมือต่าง ๆ เพื่อการตรวจสอบการทํางาน เพื่อตรวจซ่อม ปรับแต่ง หรือเปรียบเทียบค่า โดยใช้สัญญาณที่กําเนิดได้เป็นสัญญาณ มาตรฐาน (References Signal) หรือสัญญาณอ้างอิง เครื่องกําเนิดสัญญาณที่ได้มาตรฐานควรมีคุณลักษณะทั่วไปดังต่อไปนี้

(1) ความถี่ที่ของสัญญาณที่สร้างขึ้นต้องสามารถปรับค่าได้ในย่านความถี่ที่กว้าง ตั้งแต่ 1Hz- 1MHz เป็นต้น ในความถี่แต่ละค่าจะต้องมีความคงที่และสามารถอ่านค่าได้

(2) สัญญาณที่สร้างขึ้นต้องไม่มีรูปร่างที่ผิดเพี้ยนไปจากมาตรฐาน และไม่มีสัญญาณรบกวนปะปนออกมา

(3) สามารถปรับ หรือ ควบคุมขนาด (Amplitude) ของสัญญาณที่สร้างขึ้นได้ตั้งแต่ขนาด ต่ำที่สุด จนถึงขนาดที่สูงที่สุด

การเลือกรูปสัญญาณ สามารถผลิตรูปคลื่นสัญญาณเอาต์พุตได้หลายชนิดเช่น รูปคลื่น ไซน์ (Sine Wave) รูปคลื่นสามเหลี่ยม (Triangular wave) รูปคลื่นฟันเลื่อย (Saw tooth Wave) รูปคลื่นสี่เหลี่ยม (Square Wave) และรูปคลื่นพัลส์ ( Pulse Wave ) เป็นต้น

การใช้งาน Function Generator

ในบทเรียนนี้เลือก Function Generator ผลิตภัณฑ์ของ Agilent model 33120A มาใช้ในการอธิบานการทํางาน

รูปที่ 3.9 Function Generator Agilent 33120A

การใช้งานปุ่มควบคุมต่าง ๆ มีรายละเอียดดังต่อไปนี้

ปุ่มที่ 1 ปุ่มเปิด ปิด เครื่อง

ปุ่มที่ 2 ปุ่มหมุนเพื่อปรับเพิ่ม หรือ ลด ความถี่และขนาดของสัญญาณ

ปุ่มที่ 3 ปุ่มกดเพื่อ เลือกกําเนิดคลื่นไซน์

ปุ่มที่ 4 ปุ่มกดเพื่อ เลือกกําเนิดคลื่นสี่เหลี่ยม

ปุ่มที่ 5 ปุ่มกดเพื่อ เลือกกําเนิดคลื่นสามเหลี่ยม

ปุ่มที่ 6 ปุ่มกดเพื่อ เลือกกําเนิดคลื่นฟันเลื่อย

ปุ่มที่ 7 ปุ่มกดเพื่อ เลือกปรับความถี่ของสัญญาณ

ปุ่มที่ 8 ปุ่มกดเพื่อ เลือกปรับขนาดของสัญญาณ

ปุ่มที่ 9 ปุ่มกดเพื่อ เลือกเมนูเพื่อปรับ ความถี่และขนาดของสัญญาณ

ปุ่มที่ 10 ปุ่มกดเพื่อ เพิ่ม ลดค่าความถี่และขนาดของสัญญาณ

ปุ่มที่ 11 ขั้วต่อสัญญาณออกไปใช้งาน

ปุ่มที่ 12 จอแสดงค่า ชนิด ความถี่และขนาดของสัญญาณ

ตัวอย่าง จงตั้งค่าแรงดัน และความถี่ของสัญญาณไซน์ที่กําเนิดจาก Function generator เท่ากับ 20VP-P, f=1 kHz

รูปที่ 3.10 การตั้งค่า Sine wave 20VP-P, f=1 kHz

วิธีทํา

1. กดสวิตช์เปิดเครื่อง

2. กดปุ่ม เลือกคลื่นไซน์

3. กดปุ่ม Ampl เพื่อปรับขนาดแรงดัน

4. หมุนปุ่มปรับขนาดแรงดัน จนได้ค่า 20.00 VP-P

5. กดปุ่ม Freq เพื่อปรับความถี่

6. หมุนปุ่มปรับความถี่จนได้ค่า 1.00 kHz

7. อ่านค่า แรงดัน 20.00 VP-P และความถี่ 1.00 kHz ที่หน้าจอเครื่อง และใช้ออสซิลโลสโคปมาวัดรูปคลื่นไซน์ที่ขั้วเอาต์พุตจะได้ตรงกับที่ปรับตั้งค่า ดังรูปที่ 3.10

ประวัติผู้จัดทำ                                                   แบบทดสอบก่อนเรียน
วัตถุประสงค์ในการทำวิจัย                                     แบบทดสอบหลังเรียน                 
แบบทดสอบก่อนเรียน