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멀티미터

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목차

1. 개요

멀티미터는 전압, 전류, 저항 등을 측정하는 다기능 계측기이다. 최초의 멀티미터는 1920년대에 영국 우정청 기술자 도널드 매캐디에 의해 개발되었으며, 여러 개의 개별 계측기를 휴대해야 하는 불편함을 해소하기 위해 암페어, 볼트, 옴을 측정할 수 있도록 설계되었다. 아날로그 멀티미터는 바늘을 사용하여 값을 표시하며, 디지털 멀티미터는 디지털 숫자로 측정값을 표시한다. 디지털 멀티미터는 아날로그 멀티미터보다 정확도가 높고, 다양한 편의 기능을 제공한다. 멀티미터는 전압, 전류, 저항 측정 외에도, 커패시턴스, 주파수, 듀티 사이클 등을 측정할 수 있으며, 안전을 위해 퓨즈와 IEC61010 범주 등급을 갖추고 있다.

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멀티미터
개요
멀티미터 프로브와 함께
멀티미터와 프로브
설명여러 전기적 특성을 측정할 수 있는 전자 측정 기기
다른 이름전압-옴-밀리암페어계
전압-옴계
VOM
측정 기능전압
전류
저항
다이오드 테스트
트랜지스터 테스트
커패시턴스 측정
주파수 측정
온도 측정
연속성 테스트
유형
형태휴대용 핸드헬드 장치 또는 고정밀 벤치 기기
표시 방식아날로그 멀티미터: 움직이는 포인터가 있는 마이크로암페어미터를 사용하여 표시
디지털 멀티미터: 숫자로 표시
사용
주요 용도전자 회로 설계 및 테스트
전기 시스템 점검
문제 해결 및 진단
특징크기, 기능, 가격이 다양
일반적으로 전압, 저항 및 전류를 측정 가능
특정 모델은 추가 기능 제공

2. 역사

1920년대 휴대용 멀티미터


옥스퍼드 영어 사전에 따르면 "멀티미터"라는 단어가 최초로 기록된 것은 1907년이다.[8]

3. 종류

스위치(로터리 스위치, 다이얼 스위치, 슬라이드 스위치, 버튼 스위치 등)로 내부의 측정 회로를 전환함으로써 직류 및 교류의 전압, 전류 등 다양한 양을 측정할 수 있는 측정기이다. 「보수점검용 전기측정기」로 취급되기도 한다.[46][47] 1000V 이하의 회로의 간단한 측정 및 조정에 사용된다.

디지털 멀티미터


바늘로 아날로그 표시하는 아날로그 멀티미터와 아날로그-디지털 변환하여 모니터에 숫자로 표시하는 디지털 멀티미터가 있다.

오래된 것에는 스위치가 아니라 플러그로 바꿔 끼워 회로를 전환하는 것도 있었다.

3. 1. 아날로그 멀티미터

아날로그 멀티미터는 '''아날로그 테스터'''라고도 불린다. 직류 전압, 직류 전류, 교류 전압, 저항 측정이 가능하다. 다기능 기종에서는 교류 전류, 트랜지스터의 전류 증폭률, 축전기의 정전용량, 온도 등을 측정할 수 있는 것도 있다.

아날로그 멀티미터


아날로그 멀티미터


아날로그 멀티미터 내부


아날로그 멀티미터는 일반적으로 다음과 같은 부품으로 구성된다.

  • 계기(바늘): 값을 표시한다.
  • 회전 스위치: 측정 범위를 전환한다.
  • 영점 조정 손잡이: 저항 측정 시 0Ω 위치를 조정한다.
  • 측정용 단자: 플러스측 및 마이너스측 테스트 리드를 연결한다.
  • 테스트 리드: 접촉용 금속봉과 절연봉이 세트로 된 리드선이다.


대형·정밀 용도를 제외하고는 평평한 곳에 놓은 筐體를 위에서 내려다보며 미터(바늘)의 지시값을 읽도록 설계된 형태가 일반적이다. 측정 시에는 테스트 리드를 단자에 연결하고, 스위치를 전환하거나 테스트 리드의 삽입 단자를 변경하여 목적하는 측정 회로를 선택한다.

일반적으로 사용되는 아날로그 멀티미터의 측정 범위(레인지)는 대략 다음과 같다.

측정 항목범위
직류 전압0.1～1000 (또는 0.12～1200) V
직류 전류50 μA～10 A (또는 60 μA～12 A)
교류 전압2.5～1000 (또는 3～1200) V
저항1 kΩ～20 MΩ



저항을 제외한 각 레인지는 서로 다른 레인지에서 눈금을 공유하기 위해 2.5, 5, 10 또는 3, 6, 12의 배수로, 저항은 10배 또는 100배 단위로 설정되어 있다. 단, 교류 전압의 최저 레인지에 한하여 정류기 특성의 관계로 영점 부근이 좁아진 특수한 눈금인 경우가 많다.

전압 측정에 관련된 계기의 내부 저항(입력 저항)은 '''옴 매 볼트'''(옴 퍼 볼트) [Ω/V]로 표시하며, 눈금판의 한쪽 구석에 표시되어 있다. 이 값이 클수록 회로에 미치는 영향이 작아 정밀한 측정이 가능하지만, 기계적으로 약해지므로 취급에 주의해야 한다. 일반적으로 2～50 kΩ/V 정도의 제품이 있다. 특히 높은 내부 저항이 필요한 경우에는 입력 단에 FET를 사용한 고입력 저항 타입의 제품이나 디지털 방식을 사용하는 것이 바람직하다.

저렴한 아날로그 멀티미터(검류계 바늘 표시)


증폭되지 않은 아날로그 멀티미터는 계기 동작부, 범위 저항 및 스위치를 결합한다. VTVM은 증폭된 아날로그 계기이며 능동 회로를 포함한다. 아날로그 계기 동작부의 경우, 직류 전압은 계기 동작부와 시험 대상 회로 사이에 연결된 직렬 저항으로 측정된다. 스위치(일반적으로 회전식)를 사용하면 계기 동작부와 직렬로 더 큰 저항을 삽입하여 더 높은 전압을 측정할 수 있다. 계기 동작부의 기본 전체 눈금 편향 전류와 직렬 저항 및 계기 동작부 자체 저항의 합의 곱은 범위의 전체 눈금 전압을 제공한다.[21] 예를 들어, 전체 눈금 편향에 1 mA가 필요하고 내부 저항이 500 Ω인 계기 동작부는 멀티미터의 10 V 범위에서 9,500 Ω의 직렬 저항을 갖게 된다.

아날로그 전류 범위의 경우, 일치하는 저저항 션트가 계기 동작부와 병렬로 연결되어 대부분의 전류를 코일 주위로 돌린다. 가상의 1 mA, 500 Ω 계기 동작부를 1 A 범위에 사용하는 경우, 션트 저항은 0.5 Ω보다 약간 클 것이다.

움직이는 코일 계기는 그를 통과하는 전류의 평균값에만 반응할 수 있다. 반복적으로 상하로 변하는 교류를 측정하려면, 각 음의 반주기가 반전되도록 회로에 정류기가 삽입된다. 그 결과는 최대값이 대칭 파형을 가정할 때 AC 피크 투 피크 전압의 절반이 되는 변화하고 0이 아닌 DC 전압이다. 정류된 평균값과 파형의 제곱 평균 제곱근(RMS) 값은 사각파에 대해서만 동일하므로, 간단한 정류기형 회로는 사인파형에 대해서만 보정될 수 있다. 다른 파형에는 RMS와 평균값을 관련짓는 다른 보정 계수가 필요하다. 이러한 유형의 회로는 일반적으로 주파수 범위가 상당히 제한적이다. 실제 정류기는 0이 아닌 전압 강하를 가지므로, 낮은 AC 전압 값에서는 정확도와 감도가 떨어진다.[22]

저항을 측정하려면, 스위치는 계기 내부의 작은 배터리가 시험 대상 장치와 계기 코일을 통과하는 전류를 통과하도록 배열한다. 사용 가능한 전류는 시간에 따라 변하는 배터리의 충전 상태에 따라 달라지기 때문에, 멀티미터에는 일반적으로 옴 눈금을 0으로 조정하는 조정 장치가 있다. 아날로그 멀티미터에서 일반적으로 발견되는 회로에서, 계기 편향은 저항에 반비례하므로, 전체 눈금은 0 Ω이고 더 높은 저항은 더 작은 편향에 해당한다. 옴 눈금은 압축되므로, 분해능은 더 낮은 저항 값에서 더 좋다.

증폭된 계기는 직렬 및 션트 저항 네트워크의 설계를 단순화한다. 코일의 내부 저항은 직렬 및 션트 범위 저항의 선택으로부터 분리된다. 따라서 직렬 네트워크는 전압 분배기가 된다. AC 측정이 필요한 경우, 정류기를 증폭기 단계 뒤에 배치하여 저범위에서 정밀도를 향상시킬 수 있다.

움직이는 포인터 아날로그 멀티미터의 계기 동작부는 실제로 항상 움직이는 코일 검류계의 다르송발 유형이며, 움직이는 코일을 지지하기 위해 보석 피벗 또는 팽팽한 밴드를 사용한다. 기본적인 아날로그 멀티미터에서 코일과 포인터를 편향시키는 전류는 측정되는 회로에서 가져온다. 일반적으로 회로에서 가져오는 전류를 최소화하는 것이 유리하며, 이는 정밀한 메커니즘을 의미한다. 아날로그 멀티미터의 감도는 볼트당 옴 단위로 제공된다. 예를 들어, 1,000 Ω/V의 감도를 가진 매우 저렴한 멀티미터는 전체 눈금 편향에서 회로에서 1 mA를 가져온다.[23] 더 비싸고(그리고 기계적으로 더 정교한) 멀티미터는 일반적으로 20,000 볼트당 옴의 감도를 가지며 때로는 더 높은 감도를 가지며, 50,000 볼트당 옴(전체 눈금에서 20 마이크로암페어 소비)이 휴대용, 범용, 비증폭 아날로그 멀티미터의 상한선이다.

계기 동작부에서 가져오는 전류에 의한 측정 회로의 로딩을 피하기 위해, 일부 아날로그 멀티미터는 측정 회로와 계기 동작부 사이에 증폭기를 사용한다. 이렇게 하면 계기의 비용과 복잡성이 증가하지만, 진공관 또는 전계 효과 트랜지스터를 사용하면 입력 저항을 매우 높게 만들고 계기 동작부 코일을 작동하는 데 필요한 전류와 독립적으로 만들 수 있다. 이러한 증폭된 멀티미터를 VTVM(진공관 볼트미터),[24] TVM(트랜지스터 볼트미터), FET-VOM 등으로 부른다.

아날로그 계기는 특정 순간에 얻은 정확한 값보다 측정의 추세가 더 중요한 경우 직관적이다. 각도 또는 비율의 변화는 디지털 판독 값의 변화보다 해석하기 쉽다.

증폭이 없기 때문에, 일반적인 아날로그 멀티미터는 일반적으로 무선 주파수 간섭에 덜 취약하므로, 더 정확하고 유연한 전자 멀티미터가 있는 세상에서도 일부 분야에서 여전히 중요한 위치를 차지하고 있다.[26]

아날로그 계기 동작부는 디지털 계기보다 물리적으로 그리고 전기적으로 본질적으로 더 취약하다. 많은 아날로그 멀티미터는 운송 중에 계기 동작부를 보호하기 위해 "off"로 표시된 범위 스위치 위치를 특징으로 하며, 이는 계기 동작부에 낮은 저항을 걸어 동적 제동을 초래한다. 별도의 구성 요소로서의 계기 동작부는 사용하지 않을 때 단락 또는 점퍼 와이어를 단자 사이에 연결하여 같은 방식으로 보호할 수 있다. 전류계와 같이 권선에 션트가 있는 계기는 션트의 저저항으로 인해 계기 바늘의 제어되지 않은 움직임을 억제하기 위해 더 이상의 저항이 필요하지 않을 수 있다.

3. 2. 디지털 멀티미터

ADC를 통해 입력된 전압을 디지털화하여 LCD 숫자창에 표시하는 방식이다. 아날로그 방식에 비해 부가적인 회로가 복잡하다. 외부 저항에 흐르는 전류에 따라 멀티미터 내부에 저항을 삽입하여 전압을 얻고, 이를 ADC를 통해 수치화하여 저항을 측정한다.[46][47]

저항 측정 시에는 회로에서 측정할 저항을 분리하여 단독으로 연결해야 한다. 회로에 연결된 상태에서는 다른 부품의 영향으로 정확한 측정이 불가능하며, 멀티미터와 외부 회로의 전압 인가가 중복되어 오작동을 일으킬 수 있다.

전류 측정 시에는 측정 대상과 직렬로 프로브를 연결해야 한다. 이때 멀티미터 내부의 매우 낮은 저항을 통해 전압을 측정하고, ADC로 수치화한다. 전류 측정 모드에서는 낮은 임피던스를 가지므로, 잘못된 프로브 사용 시 쇼트 현상이 발생할 수 있어 휴즈를 통해 보호한다.

현대의 디지털 멀티미터(DVM)는 높은 입력 임피던스를 위해 전자 입력 회로를 사용하며, 이는 과거 진공관 전압계(VTVM)와 기능적으로 동일한 전압 범위를 제공한다. 일부 초기 DVM 설계는 샘플 앤 홀드 주기 동안 입력 임피던스가 변동하여 민감한 회로에 간섭을 일으킬 수 있었다.

최초의 디지털 멀티미터는 1955년 논리니어 시스템즈(Non Linear Systems)에서 제조되었으며,[16][17] 1977년 인트론 일렉트로닉스(Intron Electronics)의 프랭크 비숍(Frank Bishop)이 최초의 휴대용 디지털 멀티미터를 개발하여 현장 서비스 및 고장 진단에 획기적인 발전을 가져왔다.[18]

4 1/2 자릿수 디지털 멀티미터


디지털 멀티미터는 측정된 양을 숫자로 표시하여 시차 오류를 제거하며, 신호는 전압으로 변환된 후 전자 제어 증폭기를 통해 사전 조정된다. 오토레인징 기능은 자동으로 적절한 범위를 선택하여 유효 자릿수를 표시하고, 오토 극성 기능은 인가 전압의 전기 극성을 표시한다.

최신 디지털 멀티미터는 임베디드 컴퓨터를 통해 다음과 같은 다양한 편의 기능을 제공한다.

  • 샘플 및 홀드: 측정 후에도 최신 판독 값을 유지한다.
  • 막대 그래프: 측정값의 그래픽 표현을 제공하여 적합/부적합 테스트 및 빠른 추세 변화를 파악하는 데 용이하다.
  • 저대역폭 오실로스코프.[28]
  • 자동차 회로 테스터 (자동차 타이밍 및 드웰 신호 테스트 포함).[46][47]
  • 간단한 데이터 수집 기능.[29]
  • 표면 실장 기술용 핀셋과의 통합.
  • 소형 SMD 및 관통형 부품용 결합 LCR 미터.


최신 멀티미터는 IrDA, RS-232, USB, IEEE-488 등의 인터페이스를 통해 개인용 컴퓨터와 연결하여 측정값을 기록하고 저장할 수 있다.[32]

휴대용 디지털 멀티미터


'''디지털 멀티미터'''(digital multimeter, 약칭: DMM)는 아날로그-디지털 변환 회로를 사용하여 측정값을 모니터에 디지털 숫자로 표시하는 '''계측기'''이다. '''디지털 테스터'''라고도 불린다.

일반적으로 다음과 같은 부품으로 구성된다.

부품설명
계기(모니터)값을 표시하며, 주로 액정표시장치가 사용된다. 백라이트나 7세그먼트 LED, 형광표시관(VFD)이 사용되기도 한다.
회전스위치측정 범위를 전환한다.
부저도통 상태를 소리로 알린다.
측정용 단자플러스 및 마이너스 테스트 리드를 연결한다.
테스트 리드접촉용 금속봉과 절연봉이 있는 리드선이다.



스위치를 통해 직류/교류 전압, 전류, 저항 등 다양한 측정이 가능하다. 고급 기종은 정전용량, 주파수, 듀티비 측정도 지원한다. 소형화된 카드형, 펜형 제품도 있다.

아날로그 방식에 비해 내부 저항이 높아 저전압, 저저항, 고저항 측정에 적합하며, 교류 전류 측정 기능도 대부분 지원한다.

측정값 변동 시에는 숫자를 읽기 어렵다는 단점이 있어, 측정값 유지 기능이나 바 그래프 표시 기능이 제공되기도 한다. 아날로그와 디지털 복합 제품도 있다.

오토레인지 기능으로 자동 범위 전환이 가능하나, 측정값 변동이 심하면 범위가 자주 바뀌어 불편할 수 있다. 레인지 홀드 기능으로 범위를 고정할 수 있으며, 일부 기종은 직류/교류 신호를 자동 식별하여 모드를 전환한다.

디지털 방식에서 저항 범위 선택 시, 빨간색이 플러스가 된다. 오토레인지 기능으로 전류가 변화하여 스피커 연결 시 틱틱 소리가 날 수 있다.

4. 측정 원리

아날로그 및 디지털 멀티미터는 측정 원리에서 차이를 보인다. 아날로그 방식은 무빙코일에 흐르는 전류에 따른 자기장 크기로 회전력을 얻어 측정값을 나타낸다. 반면 디지털 방식은 입력 전압을 ADC를 통해 디지털로 변환한 후 LCD 숫자창에 표시한다.[9]

1820년 최초의 움직이는 지침식 전류 검출 장치인 검류계가 발명되었다. 휘트스톤 브리지를 사용하여 저항과 전압을 측정하고 미지의 값을 기준값과 비교했지만, 현장 사용에는 느리고 비실용적이었다.

다르송발-웨스턴 미터는 지침과 회전 코일로 전류를 측정한다. 영구 자기장에서 회전하는 코일은 나선형 스프링으로 제한된다. 비례 측정을 제공하며, 값을 눈금에서 직접 읽을 수 있어 빠르고 쉬웠다.

기본적인 움직이는 코일 미터는 10 μA ~ 100 mA 범위 직류 측정에 적합하며, 션트(병렬 저항)나 승압기(직렬 저항)로 조정하여 더 큰 전류나 전압을 측정할 수 있다. 교류 측정에는 정류기가 필요하다.

Avometer 모델 8


최초의 멀티미터는 영국 우정청 기술자 도널드 매캐디가 여러 계측기 휴대의 불편함을 해소하고자 발명했다.[10] 암페어, 볼트, 옴을 측정하는 다기능 계측기로, Avometer로 명명되었다.[12]

증폭되지 않은 아날로그 멀티미터는 계기 동작부, 범위 저항, 스위치를 결합한다. VTVM은 능동 회로를 포함하는 증폭된 아날로그 계기다. 직류 전압은 계기 동작부와 시험 회로 사이 직렬 저항으로 측정된다. 스위치로 더 큰 저항을 직렬 삽입하여 더 높은 전압을 측정한다.

움직이는 코일 계기는 전류 평균값에만 반응한다. 교류 측정에는 정류기를 삽입하여 각 음의 반주기를 반전시킨다. 정류된 평균값과 RMS 값은 사각파에서만 동일하므로, 간단한 정류기형 회로는 사인파에만 보정된다.

저항 측정 시, 스위치로 내부 배터리가 시험 장치와 계기 코일을 통과하는 전류를 흐르게 한다. 계기 편향은 저항에 반비례하여 전체 눈금은 0Ω이고, 높은 저항은 작은 편향에 해당한다.

증폭된 계기는 직렬 및 션트 저항 설계를 단순화한다. AC 측정 시 정류기를 증폭기 뒤에 배치하여 저범위 정밀도를 높인다.

벤치탑 멀티미터


휴대용 전자기기 배터리 충전 검사용 USB 전원 멀티미터


디지털 멀티미터는 아날로그와 같은 원리로 저항을 측정하지만, 작은 일정 전류를 시험 장치에 통과시켜 전압 강하를 읽는다. 오토레인징 기능으로 스케일링 네트워크를 자동 조정하여 측정 회로가 A/D 컨버터 전체 정밀도를 사용하게 한다.

최신 디지털 멀티미터는 임베디드 컴퓨터를 내장하여 오토레인징, 오토 극성 등 다양한 편의 기능을 제공한다.

4. 1. 전압 측정

프로브를 통해 외부에서 인가된 전압은 멀티미터 내부의 저항(고 임피던스)을 거쳐 낮아진다. 아날로그 방식에서는 낮아진 전압을 무빙코일과 연결하여 전류를 흘려 측정하고, 디지털 방식에서는 내부 저항에 걸린 전압을 ADC를 통해 수치화한다.[38]

전압 측정 시 멀티미터의 입력 임피던스는 측정 대상 회로의 임피던스보다 매우 높아야 한다. 그렇지 않으면 회로 동작에 영향을 미치고 측정값이 부정확해질 수 있다. 전자 증폭기를 사용하는 계기(모든 디지털 멀티미터와 일부 아날로그 계기)는 대부분의 회로를 방해하지 않을 만큼 충분히 높은 고정 입력 임피던스를 가지는데, 이는 종종 1메가옴 또는 10메가옴이다. 입력 저항의 표준화를 통해 외부 고저항 프로브를 사용할 수 있으며, 이 프로브는 입력 저항과 전압 분배기를 형성하여 전압 범위를 수만 볼트까지 확장한다. 고급 멀티미터는 일반적으로 10V 이하의 범위에서 10GΩ 이상의 입력 임피던스를 제공하며, 일부 고급 멀티미터는 10V보다 큰 범위에서 10GΩ 이상의 임피던스를 제공한다.[38]

대부분의 이동 코일형 아날로그 멀티미터는 비완충형이며, 계기 지침을 움직이게 하기 위해 시험 중인 회로에서 전류를 끌어온다. 임피던스는 계기 동작의 기본 감도와 선택된 범위에 따라 달라진다. 예를 들어, 일반적인 20,000Ω/V 감도를 가진 계기는 100V 범위에서 2MΩ의 입력 저항을 가진다(100V × 20,000Ω/V = 2,000,000Ω). 모든 범위에서, 범위의 최대 눈금 전압에서 계기 동작을 편향시키는 데 필요한 전체 전류는 시험 중인 회로에서 가져온다. 전원 회로와 같이 소스 임피던스가 계기 임피던스보다 낮은 회로에서 테스트하기 위해서는 감도가 낮은 계기 동작이 허용된다. 이러한 계기는 기계적으로 더 견고하다. 신호 회로의 일부 측정에는 계기 임피던스로 시험 중인 회로에 부하를 걸지 않도록 더 높은 감도의 동작이 필요하다.[43][44]

아날로그-디지털 변환 회로를 사용하여 측정값을 모니터에 디지털 숫자로 표시하는 '''디지털 멀티미터'''(digital multimeter, 약칭: DMM)는 아날로그 방식과 비교하여 내부 저항(입력 저항)이 매우 높아 저전압 측정에 적합하다.

측정하려는 대략적인 값을 알고 있는 경우(예: 건전지)에는 그 값을 측정 가능하고 바늘이 가장 크게 움직이는 범위로 전환한다(1.5V 건전지의 전압을 측정한다면 2.5V 또는 3V 범위). 다음으로, 직류인 경우 빨간색 테스트 리드를 측정 대상의 + 쪽에, 검은색 테스트 리드를 - 쪽에 대고 바늘을 읽는다. 극성을 잘못 연결하면 손상의 원인이 되므로 주의해야 한다. 교류를 측정하는 경우에는 테스트 리드의 플러스와 마이너스 구분은 없다. 측정할 값을 모르는 경우에는 먼저 최대 범위(전압이라면 1000V 또는 1200V)로 대략적으로 확인한 후, 그에 맞는 낮은 범위로 전환하여 측정한다.

일반적으로 사용되는 아날로그 멀티미터의 직류 전압 측정 범위(레인지)는 대략 0.1~1000(또는 0.12~1200)V이다. 각 레인지는 서로 다른 레인지에서 눈금을 공유하기 위해 2.5, 5, 10 또는 3, 6, 12의 배수로 설정되어 있다.

4. 2. 전류 측정

대상의 위치에 대상과 직렬로 측정기를 연결한다. 예를 들어 특정 노드에 연결된 전선에 전류를 측정하려면, 해당 전선을 절단하고 두 프로브를 삽입해야 전류가 측정된다. 만약 전선에 흐르는 전류를 측정하기 위해 전선에 프로브를 대면 저항이 0(이론적으로 0, 실제로 전선도 저항이 존재하나 너무 낮음)인 두 지점에 연결한 결과가 되어 전압이 나타나지 않기 때문에 측정이 불가능하다.[45]

  • 아날로그 방식: 무빙코일과 연결하여 전류가 흘러 측정된다. 전류 크기에 따라 무빙코일과 다른 저항(병렬)을 결합한 회로를 사용하기도 한다.
  • 디지털 방식: 멀티미터 내부의 매우 낮은 저항을 삽입하여 걸린 전압을 ADC를 통해 수치화한다.


전류 측정 시, 측정 위치에 삽입된 측정기는 매우 낮은 임피던스 값을 가져야 대상 회로에 영향이 적다. 따라서 전류 측정 모드에 위치시키면 저항이 매우 낮다. 이 상태에서 측정 대상에 병렬로 잘못 프로브를 사용하면 저항이 거의 없어지는 쇼트 현상이 발생할 수 있다. 따라서 과전류를 방지하기 위해 내부에 퓨즈를 사용하여 보호한다.

내장된 직렬 연결 전류계는 멀티미터의 전류 측정 범위를 포함하여 모두 특정 저항을 갖는다. 대부분의 멀티미터는 본질적으로 전압을 측정하며, 측정할 전류를 션트 저항을 통해 흘려보내 그 양단에 발생하는 전압을 측정한다. 이 전압 강하는 부하 전압(burden voltage)으로 알려져 있으며, 볼트/암페어 단위로 지정된다. 다른 범위에서는 일반적으로 다른 션트 저항을 사용하기 때문에, 측정기가 설정된 범위에 따라 값이 달라질 수 있다.[45] 부하 전압은 매우 저전압 회로 영역에서 상당할 수 있다. 정확도와 외부 회로 작동에 미치는 영향을 확인하기 위해 측정기를 다른 범위로 전환할 수 있다. 부하 전압이 문제가 되지 않으면 전류 판독값은 동일해야 하고 회로 작동에는 영향을 받지 않아야 한다. 이 전압이 상당한 경우, 더 높은 전류 범위를 사용하여 감소시킬 수 있지만 (측정의 고유한 정확도와 정밀도도 감소한다).

아날로그 또는 디지털 계측기의 기본 지시계는 직류(DC)에만 반응하기 때문에, 멀티미터에는 교류(AC) 측정을 위한 AC-DC 변환 회로가 포함되어 있다. 기본적인 계측기는 정류 회로를 사용하여 전압의 평균 또는 피크 절대값을 측정하지만, 사인파 파형의 계산된 (RMS) root mean square 값을 표시하도록 보정된다. 이는 전력 분배에 사용되는 교류에 대해 정확한 측정값을 제공한다. 일부 계측기의 사용 설명서에는 간단한 비사인파 파형에 대한 보정 계수가 제공되어, 정확한 (RMS) root mean square 등가값을 계산할 수 있도록 한다. 더 고가의 멀티미터에는 특정 한계 내에서 파형의 실제 RMS 값을 측정하는 AC-DC 컨버터가 포함되어 있다. 계측기 사용 설명서에는 계측기 보정이 유효한 크레스트 팩터와 주파수의 한계가 표시될 수 있다. 오디오 신호 및 가변 주파수 드라이브에서와 같이 비사인파 주기 파형의 측정에는 RMS 감지가 필요하다.

4. 3. 저항 측정

멀티미터는 내부 전지를 이용하여 프로브에 연결된 저항에 전압을 가하고 전류를 측정하여 저항값을 알아낸다.

  • 아날로그 방식: 저항에 가해진 전압에 따른 전류가 무빙코일과 연결되어 전류를 측정한다.
  • 디지털 방식: 외부 저항에 흐르는 전류에 따라 멀티미터 내부에 저항을 삽입하여 전압을 얻고, ADC를 통해 수치화한다.


저항을 측정할 때는 회로에서 분리하여 저항 단독으로 연결해야 한다. 회로에 연결된 상태에서 저항에 전압이 걸려 전류가 흐를 때, 멀티미터의 프로브를 연결하면 멀티미터와 외부 회로의 전압이 중복되어 정확한 측정이 불가능하다. 또한, 회로에 연결된 저항은 전원이 없더라도 다른 부품의 영향으로 정확한 저항값을 측정할 수 없다.

디지털 멀티미터는 아날로그 멀티미터와 동일한 원리로 저항을 측정한다. 일반적으로 작은 일정 전류를 시험 대상 장치에 통과시키고, 그 결과로 나타나는 전압 강하를 읽는다. 오토레인징 디지털 멀티미터는 스케일링 네트워크를 자동으로 조정하여 측정 회로가 A/D 컨버터의 전체 정밀도를 사용하도록 한다.

5. 주요 기능 및 특징

최신 멀티미터는 다양한 값을 측정할 수 있다.[19][20]
일반적인 측정 항목


  • 전압: 교류 및 직류 전압을 볼트 단위로 측정한다.
  • 전류: 교류 및 직류 전류를 암페어 단위로 측정한다. AC 측정 시 정확한 주파수 범위는 회로 설계 및 구성에 따라 달라지므로, 사용자는 측정값을 평가할 때 이를 고려해야 한다. 일부 계측기는 (μA) 또는 (mA) 단위의 낮은 전류도 측정할 수 있다.
  • 저항: 옴 단위로 측정한다.

일부 멀티미터의 추가 측정 항목

  • 커패시턴스: 패럿 단위로 측정하며, 일반적으로 수백 또는 수천 (μF)에서 수 (pF) 사이의 범위를 갖는다.
  • 컨덕턴스: 지멘스 단위로 측정하며, 저항의 역수이다.
  • 데시벨(dB): 회로의 데시벨 값을 측정하며, 소리 측정에는 드물게 사용된다.
  • 듀티 사이클: 백분율로 표시한다.
  • 주파수: 헤르츠 단위로 측정한다.
  • 인덕턴스: 헨리 단위로 측정한다.
  • 온도: 적절한 테스트 프로브(주로 열전대)를 사용하여 섭씨 또는 화씨 단위로 측정한다.

디지털 멀티미터에 포함될 수 있는 회로

  • 연속성 테스터: 회로 저항이 충분히 낮을 때 부저가 울리는 기능이다.
  • 다이오드 테스트: 다이오드 접합의 순방향 전압 강하를 측정한다.
  • 트랜지스터 테스트: 일부 트랜지스터의 전류 이득 및 기타 매개변수를 측정한다.
  • 배터리 점검: 1.5V 및 9V 배터리의 상태를 점검한다.

멀티미터에 부착/포함 가능한 센서

멀티미터의 분해능은 표시할 수 있는 가장 작은 단위이다. 디지털 멀티미터는 분해능을 설정할 수 있으며, 분해능이 높을수록 측정 시간이 길어진다.

절대 정확도는 완벽한 측정값과 비교한 오차이고, 상대 정확도는 멀티미터 보정에 사용된 장치와 비교한 오차이다. 대부분의 멀티미터 데이터시트에는 상대 정확도가 제공된다.

아날로그 미터는 측정 중인 회로의 변화에 더 민감하게 반응하는 경향이 있어 엔지니어들이 선호하기도 한다. 디지털 멀티미터는 측정값을 주기적으로 샘플링하여 표시하는 반면, 아날로그 멀티미터는 테스트 값을 지속적으로 읽기 때문이다.

디지털 멀티미터는 일반적으로 아날로그 멀티미터보다 정확도가 높다. 표준 아날로그 멀티미터는 ±3%의 정확도로 측정되지만, 휴대용 디지털 멀티미터는 DC 전압 범위에서 ±0.5%의 정확도를 갖는다.

6. 안전

대부분의 멀티미터에는 하나 또는 두 개의 퓨즈가 포함되어 있어, 최고 전류 범위에서 과전류로 인한 멀티미터 손상을 방지한다. (안전을 위해 내장 퓨즈가 있는 테스트 리드도 있다.) 멀티미터를 작동할 때 흔히 저지르는 실수는 미터를 저항 또는 전류 측정으로 설정한 다음 저임피던스 전압원에 직접 연결하는 것이다. 퓨즈가 없는 미터는 이러한 실수로 인해 쉽게 손상되는 경우가 많지만, 퓨즈가 있는 미터는 종종 손상을 면한다. 미터에 사용되는 퓨즈는 계측기의 최대 측정 전류를 견뎌야 하지만, 사용자의 실수로 미터가 저임피던스 고장에 노출되면 차단하도록 설계되어 있다.[33] 퓨즈가 부적절하거나 안전하지 않은 미터가 드물지 않았으며, 이러한 상황으로 인해 미터의 안전성과 강도를 평가하는 IEC61010 범주가 만들어졌다.

멀티미터의 입력 보호 예시


디지털 미터는 IEC 61010-1[33]에 명시되어 있으며 CEN EN61010 표준[34]과 같은 국가 및 지역 표준 기관에서 반영하는 바와 같이, 용도에 따라 네 가지 범주로 분류된다.

  • 범주 I: 장비가 전원에 직접 연결되지 않은 곳에서 사용
  • 범주 II: 단상 전원 최종 서브회로에서 사용
  • 범주 III: 배전반, 모터 및 3상 가전제품 콘센트와 같은 영구적으로 설치된 부하에서 사용
  • 범주 IV: 공급 서비스 입구, 주반, 공급 미터 및 1차 과전압 보호 장비와 같이 고장 전류 수준이 매우 높을 수 있는 위치에서 사용


각 범주 등급은 미터의 선택된 측정 범위에 대한 최대 안전 과도 전압을 지정한다.[35][36] 범주 등급 미터는 과전류 고장으로부터의 보호 기능도 갖추고 있다.[37] 컴퓨터와의 인터페이스를 허용하는 미터의 경우, 광 절연을 사용하여 측정 회로의 고전압으로부터 연결된 장비를 보호할 수 있다.

범주 II 이상의 표준을 충족하도록 설계된 고품질 멀티미터에는 일반적으로 20A 이상의 용량으로 평가되는 고차단 용량(HRC) 세라믹 퓨즈가 포함되어 있다. 이러한 퓨즈는 일반적인 유리 퓨즈보다 폭발 가능성이 훨씬 적다. 또한 고에너지 과전압 MOV(금속 산화물 바리스터) 보호 기능과 폴리스위치 형태의 회로 과전류 보호 기능도 포함하고 있다.

위험한 장소에서의 테스트 또는 발파 회로에 사용하기 위한 미터는 안전 등급을 유지하기 위해 제조업체에서 지정한 배터리를 사용해야 할 수 있다.

7. 한국의 멀티미터 제조사

원본 문서에 한국의 멀티미터 제조사에 대한 정보가 없으므로, 해당 섹션에는 관련 내용을 작성할 수 없다.

참조

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[48] 문서 analog 방식 설명


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