三用電錶 怎麼選-眉角在這裡

各位在買 三用電錶 的時候是依照甚麼來考量的呢? 今天阿信助教就帶大家來了解一下,買電錶的時候應該要考慮哪些事情。

LOZ與Ghost Voltage

電壓量測是個非常基本的功能,任何電錶一定都可以量電壓,所以這裡我不會講電壓量測,這裡我要講的是Ghost voltage。先來做個實驗如下圖,紅色是火線、白色是中性線,右邊接個插座,我用電錶測量插座得到接近110V的電壓,這部分大家應該沒問題。

測量110V的插座電壓
測量110V的插座電壓

現在各位來猜猜看,在測量插座的交流電壓時,如果其中一條線斷掉而無法供電時,你會量到多少電壓? 如果你是回答0V的話,那就錯了,因為實際上的電壓可能是幾十伏特,不信嗎? 我做實驗給你看如下圖。在剛才的環境之下,我直接把下圖的中性線剪掉,電壓瞬間變成5.3V並不是0V喔。

斷開的迴路可能仍然有電壓
斷開的迴路可能仍然有電壓

明明已經斷開的迴路,但電錶上卻有讀數,這種電壓就稱為鬼電壓Ghost voltage,這種電壓來自於斷路導線感應過來的電壓,因為那條斷掉的中性線與大地之間有等效電容,斷線的面積越大,等效電容越大,斷線與大地之間的阻抗會越小,因此斷線與火線之間的電位差就會越大。

以這個例子來說,斷掉的中性線感應出來的電壓只有5.3V,如果把這個斷線接在下圖右方這個方形鋁管,由於面積變大,它收到的電壓就變大了,你可以看到它變成11.89V。

大面積金屬管會感應到更多的電壓
大面積金屬管會感應到更多的電壓

除了金屬之外,富含水分的人體的面積也很大,所以會感應到的電壓更高如下圖,我將自己的手充當那條斷掉的中性線,用手指捏在電錶的黑色探棒,結果電壓讀值出現36.74V,如果各位家裡有大型的鐵櫃,可以試試拿來測量與火線的電位差,你應該會得到更大的電位差。

以人體當作斷掉的中性線電壓更大
以人體當作斷掉的中性線電壓更大

既然斷掉的中性線會讓我們容易誤判電源有電,所以電錶有一種LoZ的檔位,可以將這種虛假的Ghost voltage變成0V,方法就是在電錶的紅黑碳棒之間並聯一個電阻,這個電阻會比斷線處的等效電容阻抗還要小,所以才叫做Low Z,這樣就可以讓讀值變為零,而且不影響真正有電時的電壓量測。

LoZ檔位可以消除Ghost voltage
LoZ檔位可以消除Ghost voltage

驗電筆NCV

要測量插座有沒有電,雖然可以用電壓檔位來測試,但要接線又要伸進插座孔真的很麻煩,以往都要自備一支驗電筆,現在的電錶有些有內建非接觸式的電壓感測器NCV,只要把感應器靠近火線就會嗶嗶叫,各位就知道有帶電的火線在附近。雖然NCV很方便,但是它的缺點就是當火線、中性線與地線靠很近的時候,它都會叫,於是你不知道哪一條帶電,但你會知道其中一條有電。

內建非接觸式驗電筆的電錶
內建非接觸式驗電筆的電錶

交流電流ACA

測量電流也是電錶的基本功能,電流有分直流與交流,要注意的是並不是每台電錶都有交流電流的測量功能,購買之前最好能先確認一下,最簡單的方法就是看檔位轉盤上的電流檔位是否有一個蝌蚪的符號,有蝌蚪符號才是有交流電流,否則一般電錶只會有直流電流的功能喔。下圖右方的電錶,它的外殼標示了類似鐵軌的東西,就表示它只有DC直流電流的量測功能。

不是每個電錶都有交流電流ACA的功能
不是每個電錶都有交流電流ACA的功能

背光很重要

對於需要在櫥櫃內、天花板上做維修的工程人員來說,電錶顯示器的背光功能真的很重要,即便是大白天,人只要進到了天花板,就一定是伸手不見五指,在這個環境之下,要有背光的電錶才能讓你輕鬆的工作啊,不然你還要自己用手機打光,那真是太辛苦了。

有背光的電錶適合在暗處使用
有背光的電錶適合在暗處使用

量測的解析度

早期只要講到電錶的量測解析度,都會用位數來表示,例如三位半、四位等等的描述,由於現在的電錶解析度更高,基本上已經改用Count數來表示電錶的解析度,以下圖來說這個電錶是Count 9999,表示它在一個量程內可以分割的個數,例如量程若是0V~99.99V,那麼把量程分割為9999等分,每一等分就是0.01V,這就是在這個量程之下的解析度Resolution。

電錶的Count數越高解析度越高
電錶的Count數越高解析度越高

下圖兩台電錶分別為Count 22000與Count 9999,它們在相同量程之下所呈現的位數自然不同,左邊Count 22000的電錶出現的位數就會多一位,以過去的說法來說應該會說多了半位,總之會比4位還多。

Count 22000與9999的位數差異
Count 22000與9999的位數差異

Analog Bar類比條

大家在學校裡應該有用過指針式的類比電錶,它在數位時代雖然顯得落伍,但是在某些場合你還是會需要用它,例如測量變壓器的極性Polarity,要觀察脈衝波的出現只有一瞬間,這是用類比電錶會比較容易觀察,各位可以參考我這篇變壓器極性-用指針電錶測量-示波器XY模式看相位差

但是數位時代的電錶沒有指針怎麼辦? 那就模擬出一個指針來,也就是所謂的類比條Analog bar,我用電容充電來舉例,如下圖我做了一個電容的充放電線路,當我把開關按下去的時候電容開始充電,電壓程現指數趨勢上升,這個動態過程可以透過類比條觀察到。

類比條Analog bar適合觀察電容充放電
類比條Analog bar適合觀察電容充放電

那你說我用電壓檔位不是也可以觀察到嗎? 對,是可以,只不過電錶的顯示讀值,一秒鐘大概只更新2次,除非你的電容充放電很慢,不然你應該只會看到一堆數字在亂跳,基本上無法理解,因為電錶根本跟不上啊。

True RMS真有效

最近的電錶經常會主打True RMS,這是指交流電的計算方式,也就是它會真的按照公式來計算RMS,所以是真正的RMS有效值,簡稱真有效,因為早期的電表是用Average的平均方式來估算RMS,但它有個前提就是波形必須要是弦波,這在早期燈泡還是鎢絲燈泡的年代,並不會造成問題。

但如果Average RMS遇到非弦波的波型,例如調光器、調速器或交換式電源這類東西,由於它們的電流波形會被切割,不再是單純的弦波,這時候若再使用average的RMS做法,讀值就會出現誤差。   

我實際試一次給各位看如下圖,左邊這台電錶有True RMS,右邊的電錶則用average來估算RMS。電路的電流是火線進來經過調光器,然後串接兩個電錶,由於是串接所以電流一定會相同,電流到了右方的負載燈泡之後,再由中性線回去。當調光器只開得很小的時候,燈泡只會亮一些些,這是因為調光器把交流電流做切割了,如下圖中的電流原本應該是完整的弦波,現在則只剩下部分的電流波形,所以燈泡只會亮一些些,在這個情況之下,理當有相同電流的電錶,這時出現了差異,左邊的電錶為0.261A、右邊的電錶為0.131A,這時候左邊的True RMS電錶才是正確的,右邊Average RMS電錶是錯誤的,因為目前是非弦波的波形。

Average RMS在測量非弦波波形時會有誤差
Average RMS在測量非弦波波形時會有誤差

如果把調光器慢慢調到最亮,由於兩者都是滿弦波,所以讀值會一樣,如下圖都是0.452A。所以如果你的量測對象是調光器、調速器、或是交換式電源這種東西,那建議是選擇有TrueRMS的電錶,如果你像我一樣也沒有要對RMS很在意的話,那麼其實Average RMS就夠用了。

滿弦波時兩種RMS讀值都相同
滿弦波時兩種RMS讀值都相同

溫度測量

有些電錶會有溫度量測的功能,如果你需要測量IC、散熱器、機殼內等等的溫度,你就會需要用到它,溫度測量一般是用K type熱電偶當做Sensor,它的溫度範圍大約是-40~1000度C,我相信一定是夠用,基本上超過1000度你應該不會想用這台來測試。

測量溫度的方法很容易,只要把熱電偶末端的頭盡量靠近待測位置就可以了,熱電偶的末端是個焊點,只要焊點或塑膠外皮沒有熔掉,理論上你可以測試到快要1000度。  

我一直很好奇鎢絲燈泡的玻璃表面溫度是多少? 趁這個機會來測試看看,如下圖實際測試的結果,燈泡的表面溫度大約是300度C,這是一顆60W的燈泡,給各位做參考。提醒各位,由於不是每一台電錶都能測溫度,所以有溫度量測需求的話購買前要先看一下規格喔。

60W燈泡的表面溫度約300度C
60W燈泡的表面溫度約300度C

頻率與佔空比

各位若有在控制馬達的話,可能會需要測量頻率與佔空比,所謂佔空比就是波寬佔週期的百分比,經常用來衡量波寬調變的程度,以下圖來說待測訊號的佔空比是20%。

佔空比為20%的PWM訊號
佔空比為20%的PWM訊號

佔空比只是描述波寬佔整個週期的程度而已,但整個週期到底是短還是長,這就需要看頻率了,所以頻率與佔空比通常會做在一起,因為它們就是如影隨形的兩樣東西,而馬達控制通常就是用PWM做為控制訊號,一般頻率會落在幾十kHz或幾百kHz,像這台電表有10MHz的頻率範圍,那就一定夠用。

然後大家要注意喔,以這台電錶來說,它的頻率功能不要拿去測量市電的60Hz,因為市電是110V,但這台的頻率檔位只能測量30V以內的電壓,硬灌可能會弄壞電錶,所以購買前一定要先看過量測範圍。

電阻量測

電阻量測的功能真的是普通到你會忘記它,一般是不用太計較電阻檔位的量程,通常就量個10k歐姆、100k歐姆之類的,但你注意看下面四台電錶的電阻量測範圍,裡面有60M歐姆、220M歐姆是怎麼回事?

220M歐姆的電阻量程用於高壓環境
220M歐姆的電阻量程用於高壓環境

如果你在工作上經常有機會接觸高壓電路,例如傳統映像管、醫療器材、AED等等,這些機器它們需要偵測高壓電的電壓是否已經就位,這時候可能就需要利用一個超高的電阻配一個低電阻來做分壓,這個超高的電阻可能是50M歐姆或100M歐姆之類,所以這時候你就要看一下電錶規格的電阻上限,是不是有能力測量到你在工作上會遇到的電阻值。如果你是要測量更高的電阻,例如1G歐姆,基本上這已經進入了絕緣的範圍,這種範圍的電阻通常是拿來做絕緣效果用的,那就不是三用電錶的處理範圍,而要使用專門的高阻計來測量了。

高壓環境需要測量超大電阻
高壓環境需要測量超大電阻

長時間量測

不知道各位是否有遇到一些怪現象,例如你的機器白天時段都不會有問題,偏偏到晚上才會有問題,但你要下班該怎麼辦呢? 這時候你可能就需要長時間紀錄,有些高階的機種的電錶,它可以用USB連線搭配軟體來做長時間的量測紀錄,這樣才有機會找到這種怪現象的問題。

可以USB連線做長時間紀錄的電錶
可以USB連線做長時間紀錄的電錶

所以買電表真的是要考慮滿多東西,希望各位在選購電錶之前能考慮再三,選到一個適合自己的電錶

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