전압, 전류 및 저항 측정용 계측기 - DMM

DMM 또는 디지털 멀티미터는 DC 및 AC 신호의 전압, 전류 및 저항을 측정할 수 있는 계측기입니다.

 

DMM 표시 자릿수

디지털 멀티미터(DMM)는 다양한 측정에 유용하게 쓰일 수 있습니다. DMM을 선택하거나 사용 중인 DMM을 이해할 때, 가장 먼저 알아야 할 것은 계측기의 표시 자릿수입니다.

DMM의 자릿수는 어플리케이션에 충분한 정확도를 제공할 수 있을 정도로 많아야 합니다. DMM의 표시 자릿수는 분해능과 관련은 없지만, 표시되고 읽을 수 있는 유효 값의 개수를 결정하는 데 도움이 됩니다.

DMM은 3 ½ 자릿수 또는 3 ¾ 자릿수와 같이 특정 자릿수를 가지고 있다고 합니다. 한 자릿수는 0에서 9까지의 10개 상태를 가진 숫자를 나타냅니다. 분수 자릿수는 가능한 상태의 개수에 대해 해당 자릿수가 얻을 수 있는 최대값의 비율입니다. 예를 들어, ½ 자릿수의 최대값은 1이고 두 가지 가능한 상태(0 또는 1)를 가집니다. ¾ 자릿수의 최대값은 3이며 네 개의 상태(0, 1, 2 또는 3)가 가능합니다.

등식 1. DMM은 종종 분수 자릿수를 사용하여 제한된 수의 상태만 표시할 수 있습니다.

 

분수 자릿수는 표시되는 첫 번째 자릿수이며, 그 뒤에 완전 자릿수가 표시됩니다. 예를 들어, 2V 범위에서 3 ½ 자릿수 DMM의 최대 표시는 1.999V입니다.

일반적으로 ½ 자릿수 화면의 전체 범위 전압은 200mV, 2V, 20V 및 200V인 반면, 3/4 자릿수의 화면의 전체 범위 전압은 400mV, 4V, 40V, 400V입니다.

 

DMM를 사용한 전압 측정

거의 모든 DMM에 DC 및 AC 측정 기능이 있습니다. 전압 테스트는 일반적으로 계측기, 구성요소 또는 회로의 출력을 테스트하고 검증하는 데 사용됩니다. 전압은 항상 두 점 사이에서 측정되므로 두 개의 프로브가 필요합니다. 일부 DMM 커넥터와 프로브에는 색상이 있습니다. 빨간색은 실제로 측정하려는 양극 지점을, 검은색은 일반적으로 참조 또는 접지인 음극 지점을 나타냅니다. 그러나 전압은 양방향이므로 양극과 음극을 전환하면 측정된 전압이 반전됩니다.

전압 측정에는 일반적으로 AC 및 DC의 두 가지 모드가 있습니다. 보통 DC는 하나의 점선과 하나의 실선이 있는 V로 표시되는 반면, AC는 물결이 있는 V로 표시됩니다. 어플리케이션에 적합한 범위와 모드를 선택하도록 하십시오.

그림 1. AC 전압(왼쪽) 및 DC 전압(오른쪽) 측정은 일반적으로 계측기, 구성요소 또는 회로의 출력을 테스트하고 확인하는 데 사용됩니다.

AC 또는 DC 전압을 측정할 때는 숙지해야 할 몇 가지 용어와 개념이 있습니다.

 

입력 저항

이상적인 전압계는 입력 저항이 무한하므로 계측기가 테스트 회로에서 전류를 끌어오지 않습니다. 그러나 실제로는 측정 정확도에 영향을 미치는 저항이 항상 존재합니다. 이 문제를 최소화하기 위해 DMM의 전압 측정 서브시스템은 수 MΩ에서 수십 MΩ의 임피던스를 갖도록 설계되는 경우가 많습니다. 낮은 전압을 측정하는 경우 이 저항 정도만으로도 측정에 허용할 수 없는 부정확성이 추가될 수 있습니다. 이러한 이유로 낮은 전압 범위에는 종종 10GΩ과 같은 높은 임피던스 옵션이 있습니다.

일부 DMM에서는 입력 저항을 선택할 수 있습니다. 대부분의 분야에서는 임피던스가 높을수록 측정이 더 정확하다고 말할 수 있습니다. 그러나 더 낮은 임피던스를 선택할 수 있는 몇 가지 경우가 있습니다. 예를 들어, 내부에 여러 다른 도선이 있는 물체는 도선 사이에 커플링이 있을 수 있습니다. 개방되고 플로팅된 상태의 선이지만 DMM은 여전히 전압을 읽습니다. 더 높은 임피던스도 이러한 고스트 전압을 제거하기에는 충분하지 않지만, 낮은 임피던스는 이 축적된 전하에 이동 경로를 제공하며 DMM이 0V를 올바르게 측정할 수 있도록 합니다. 더 낮은 전압 범위에서의 이 예로는 회로 상 가까운 트레이스를 들 수 있습니다.

 

파고율

AC 신호(전압 또는 전류)를 측정할 때 파고율은 특정 웨이브폼의 정확도를 결정할 때 중요한 파라미터가 될 수 있습니다. 파고율은 rms 값에 대한 피크 값의 비율이며 웨이브폼 모양을 나타내는 방법입니다. 일반적으로 파고율은 전압에 사용되지만 전류와 같은 다른 측정에도 사용할 수 있습니다. 엄밀하게는 양의 실수로 정의되지만 대부분 분수로 나타냅니다. 뒤로 다음 그림 1. AC 전압(왼쪽) 및 DC 전압(오른쪽) 측정은 일반적으로 계측기, 구성요소 또는 회로의 출력을 테스트하고 확인하는 데 사용됩니다.

등식 2. 파고율은 피크가 웨이브폼에서 얼마나 극단적인지를 측정한 것입니다

 

피크가 없는 상수 웨이브폼의 파고율은 1입니다. 웨이브폼의 피크 값과 rms 값이 같기 때문입니다. 삼각파형의 경우 파고율은 1.732입니다. 파고율이 높을수록 피크가 더 뾰족해지고 정확한 AC 측정을 얻기가 더 어려워집니다.

그림 2. AC 신호의 파고율은 정확도에 영향을 미칠 수 있습니다

 

참 rms를 사용하여 측정하는 AC 멀티미터는 사인파를 기반으로 정확도를 지정합니다. 이것은 파고율을 통해 사인파가 여전히 명시된 정확도 내에서 측정될 수 있으면서 가질 수 있는 왜곡의 정도를 나타냅니다. 또한 다른 웨이브폼의 파고율에 따른 정확도 에러도 추가적으로 포함됩니다.

예를 들어, 주어진 DMM의 AC 정확도가 판독값의 0.03%인 경우. 삼각파를 측정 중이므로 파고율 1.732일 때의 추가 에러를 찾아야 합니다. DMM은 파고율이 1과 2 사이인 경우 판독값의 0.05%라는 추가 에러가 발생한다고 합니다. 그러면 측정값의 정확도는 0.03% + 0.05%이고 총 판독값의 0.08%가 됩니다. 보시다시피, 웨이브폼의 파고율은 측정 정확도에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

 

널 오프셋

대부분의 DMM은 널 오프셋을 수행하는 기능을 제공합니다. 이것은 DC 전압 또는 저항 측정을 수행할 때 연결 및 도선으로 인해 발생하는 에러를 제거하는 데 유용합니다. 먼저 올바른 측정 유형과 범위를 선택합니다. 그런 다음 프로브를 함께 연결하고 측정값이 읽힐 때까지 기다립니다. 그런 다음 널 오프셋 버튼을 누릅니다. 이후 판독값은 널 측정값을 빼서 보다 정확한 판독값을 제공합니다.

 

자동 영점 조정

널 오프셋을 수행하는 것 외에도 전압 및 저항 측정 정확도를 향상시키는 또 다른 방법은 자동 영점 조정 기능을 활성화하는 것입니다. 자동 영점은 내부 계측기 오프셋을 보정하는 데 사용됩니다. 이 기능이 활성화되면 DMM은 사용자가 수행하는 모든 측정에서 추가 측정을 수행합니다. 이 추가 측정은 DMM 입력과 접지 사이에서 수행됩니다. 그런 다음 이 값을 측정값에서 제해, 측정 경로 또는 ADC의 모든 오프셋을 제거합니다. 이는 측정 정확도를 향상시키는 데 매우 유용할 수 있지만, 측정에 걸리는 시간을 증가시킬 수 있습니다.

 

DMM을 사용한 전류 측정

또 다른 일반적인 측정 기능은 DC 및 AC 전류 측정입니다. 전압은 회로와 병렬로 측정되지만 전류는 회로와 직렬로 측정됩니다. 즉, 회로 루프에 삽입하여 정확한 DMM을 측정을 수행하려면 회로를 차단해야 합니다. 즉, 전류의 흐름을 물리적으로 차단해야 합니다. 전압과 마찬가지로 전류는 양방향입니다. 표기법도 비슷하지만 V 대신 A 기호를 사용합니다. A는 전류의 측정 단위인 암페어를 나타냅니다. 어플리케이션에 적합한 범위와 모드를 선택하도록 하십시오.

 

그림 3. DC 전류(왼쪽) 및 AC 전류(오른쪽) 측정은 회로 또는 구성요소의 문제를 해결하는 데 유용합니다.

 

DMM은 입력 터미널에 작은 저항이 있고, 그것으로 전압을 측정합니다. 그런 다음 옴의 법칙을 사용하여 전류를 계산합니다. 전류는 전압을 저항으로 나눈 값과 같습니다. 멀티미터를 보호하려면 회로에 전류가 흐를 때 전류 측정 기능에서 다른 기능으로 전환하지 마십시오. 또한 전류 측정 모드에서 실수로 전압을 측정하지 않도록 주의해야 합니다. 퓨즈가 끊어질 수 있습니다. 실수로 퓨즈가 끊어진 경우 교체할 수 있는 경우가 많습니다. 자세한 내용은 계측기의 사용 설명서를 참조하십시오.

 

DMM을 사용한 저항 측정

저항 측정은 일반적으로 저항, 센서 또는 스피커와 같은 기타 구성요소를 측정하는 데 사용됩니다. 저항 측정은 알려진 DC 전압을 작은 내부 저항과 직렬로 연결된 알려지지 않은 저항에 인가하여 작동됩니다. 이는 테스트 전압을 측정한 다음 미지의 저항을 계산합니다. 이 때문에 전원이 공급되지 않을 때만 디바이스를 테스트하십시오. 그렇지 않으면 회로에 이미 전압이 흐르고 있어 잘못된 판독값을 얻을 수 있습니다. 또한 구성요소를 회로에 삽입하기 전에 먼저 측정해야 한다는 점을 명십하십시오. 그렇지 않으면 구성요소 자체가 아니라 연결된 모든 저항을 측정하게 됩니다.

저항의 좋은 점 중 하나는 방향이 없다는 것입니다. 즉, 프로브를 바꿔서 끼워도 판독값은 여전히 동일합니다. 저항 측정의 기호는 저항 측정 단위를 나타내는 Ω입니다. 어플리케이션에 적합한 범위와 모드를 선택하도록 하십시오. 디스플레이에 OL이 표시되면, 이는 측정값이 한계를 초과했거나 미터가 해당 범위에서 측정할 수 있는 것보다 크다는 것을 의미합니다. 앞서 설명한 것처럼 널 오프셋을 사용하면 측정값을 향상시킬 수 있습니다.

 

그림 4. 저항 측정은 일반적으로 저항 또는 기타 구성요소를 측정하는 데 사용됩니다.

 

추가 DMM 측정

많은 DMM은 다이오드 테스트와 연속성 테스트라는 두 가지 추가 측정 기능을 제공합니다.

 

 

연속성 테스트

연속성 테스트는 두 점이 전기적으로 연결된 시점을 식별할 수 있도록 돕습니다. 이는 단선, 인쇄 회로 보드(PCB) 트레이스 또는 땜납 연결 문제를 해결할 때 매우 유용할 수 있습니다. 연속성을 테스트할 때는 프로브가 접촉하는 위치를 정확히 모니터링하는 것이 중요합니다. 따라서 프로브 위에서 불편하게 살펴보지 않아도 되도록 대부분의 DMM은 폐쇄 회로를 감지할 때 소리를 냅니다. 이런 이유로, 연속성의 기호는 음파처럼 생겼습니다.

 

그림 5. 연속성 테스트는 두 점이 전기적으로 연결된 시점을 식별하는 데 도움이 됩니다.

 

연속성 테스트는 저항 측정과 똑같이 작동합니다. 따라서 테스트할 때 디바이스에 전원이 공급되지 않도록 하는 것이 중요합니다. 또한 테스트 팁을 맞대고 신호음을 확인하여 먼저 모든 것이 연결되어 있는지 확인하는 것이 도움이 될 수 있습니다. 소리가 들리지 않으면 프로브가 단단히 연결되어 있는지, DMM의 배터리 수명이 충분한지, 올바른 모드인지 확인하십시오. 또한 사운드를 트리거하는 데 필요한 저항 레벨이 모델마다 다르기 때문에 이를 사용자 매뉴얼에서 확인해야 합니다.

큰 커패시터가 있는 회로를 테스트하는 경우, 빠른 비프음이 들린 후 아무 음이 안 날 수 있습니다. 그 이유는 DMM이 회로에 인가하는 전압이 커패시터를 충전하고, 이 시간 동안 DMM은 실제는 아니지만 이를 폐회로로 생각하기 때문입니다.

 

 

다이오드 테스트

다이오드 테스트는 다이오드의 순방향 전압 강하를 볼트로 표시합니다. 당연히 이 기호는 다이오드 기호입니다.

 

그림 6. 다이오드 테스트는 다이오드의 순방향 전압 강하를 볼트로 표시합니다

DMM은 다이오드를 통해 작은 전류를 흐르게 하고 두 테스트 전극 사이의 전압 강하를 측정합니다. 다이오드를 측정할 때는 양극 프로브를 양극에, 음극 프로브를 음극에 부착해야 합니다. 전압 판독값은 일반적으로 실리콘의 경우 약 0.7V이지만, 0.5 - 0.9V의 범위도 여전히 작동하는 다이오드일 수 있습니다. 게르마늄 다이오드는 일반적으로 약 0.3V 내외입니다.

 

그림 7. 일반적으로는, 양극 프로브를 양극에, 음극 프로브를 음극에 놓고 다이오드를 테스트하십시오. 그러나, 바꾸는 것도 이해를 도울 수 있습니다.

다음으로, 음극 프로브가 양극에, 양극 프로브가 음극에 오도록 프로브를 바꿔보십시오. 다이오드가 제대로 작동하면 멀티미터에 OL로 표시된 개방 회로가 표시되어야 합니다.

다이오드에 결함이 있는 경우 단락 또는 개방 다이오드로 결함이 표시될 수 있습니다. 다이오드가 열리지 않으면 DMM은 순방향 및 역방향 바이어스 모두에서 OL을 나타냅니다. 그 이유는 통과하는 전류가 0이고 이는 개방 회로와 동일하기 때문입니다. 다이오드가 단락되면 다이오드 양단에 전압 강하가 없기 때문에 DMM은 0V를 나타냅니다.

 

노이즈 제거 파라미터

측정 시 노이즈를 고려하는 것은 항상 중요합니다. 계측기와 측정 노이즈를 더 잘 이해하려면 두 가지 추가 파라미터에 익숙해져야 합니다.

일반 모드 제거율(NMRR)은 두 입력 터미널 사이에 나타나는 노이즈, 즉 측정된 신호와 혼합된 노이즈를 제거하는 DMM의 기능을 나타냅니다. 이 노이즈의 대부분은 라인 주파수와 그 고조파입니다. NMRR은 50 또는 60Hz의 전력선 노이즈를 제거하는 계측기의 기능을 나타내는 데 자주 사용되며, 지정된 주파수에서만 유효하며 DC 측정을 수행할 때 유용합니다. 일반 모드 노이즈는 차폐 또는 필터링을 사용하여 감소시킬 수도 있습니다.

공통 모드 제거율(CMRR)은 노이즈가 많은 환경에서와 같이 두 입력 터미널에 공통적인 노이즈를 제거하는 DMM의 기능을 나타냅니다. 공통 모드 노이즈는 일반적으로 일반 모드 노이즈보다 덜 심각합니다.

NMRR 및 CMRR은 일반적으로 50Hz 및 60Hz에서 지정되며, CMRR은 종종 DC 값으로도 표시됩니다. 일반적로는 각각 80dB와 120dB보다 큰 값을 갖습니다.

 

DMM 측정 팁

• DMM의 표시 자릿수는 분해능과 관련은 없지만, 표시되고 읽을 수 있는 유효 값의 개수를 결정하는 데 도움이 됩니다. 
• 대부분의 분야에서는 임피던스가 높을수록 전압 측정이 더 정확하다고 말할 수 있습니다.
• 파고율이 높을수록 피크가 더 뾰족해지고 정확한 AC 측정을 얻기가 더 어려워집니다.
• 널 오프셋은 DC 전압 또는 저항 측정을 수행할 때 연결과 도선으로 인해 발생하는 에러를 제거하는 데 사용할 수 있습니다.
• 자동 영점은 내부 계측기 오프셋을 보정하는 데 사용됩니다.
• 전류 측정에서는 DMM을 회로 루프에 삽입하기 위해 회로를 끊어야 합니다. 
• 전류 모드에서 실수로 전압을 측정하면 퓨즈가 끊어질 수 있습니다.
• 저항 측정 및 연속성 테스트는 회로에 전원이 공급되지 않을 때 수행해야 합니다.
• 일반 모드 제거율(NMRR)은 두 입력 터미널 사이에 나타나는 노이즈를 제거하는 DMM의 기능을 나타냅니다.

공통 모드 제거율(CMRR)은 노이즈가 많은 환경에서와 같이 두 입력 터미널에 공통적인 노이즈를 제거하는 DMM의 기능을 나타냅니다.