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1. 아날로그 멀티미터
1.1 전압계
1.1.1 전압계 감도
시판되는 일반 아날로그 멀티미터의 기본 지시계기의 직류 전압계 감도 (voltmeter sensitivity)는 주로 1-㏀/V 및 20-㏀/V의 두 가지이다.
1-㏀/V의 것은 주로 전기회로 분야에서 사 용하며, 20-㏀/V의 것은 전자회로 분야에서 사용한다. 전압계 감도가 낮으면 피측정회로 에 부하효과를 크게 주나, 지시계기가 기계 적으로나 전기적으로 튼튼하여 취급하기에 편하다. 따라서 1-㏀/V의 것은 주로 수 100 Ω 정도 이하의 낮은 저항으로 구성된 공사 현장의 전기회로 측정 등에 유용하다. 그러 나 전자회로는 대부분 수 ㏀의 고저항으로 구성되기 때문에 이의 측정을 위해서는 20-
㏀/V 정도 이상의 것이 필요하다.
교류 전압 측정의 경우, 전압계 감도는 직류 의 것에 비해 40% 정도로 크게 떨어진다.
이는 반파정류 회로를 이용하여 교류전압을 측정하기 때문이다.
전압계의 내부저항은 측정범위가 높아짐에 따라 비례하여 커지기 때문에, 이에 따른 부 하효과를 일일이 고려해야 한다. 예를 들어, 전압계 감도가 20-㏀/V인 계기인 경우, 직류 전압 2.5-V의 측정범위에서 내부저항은
20 ㏀/ V × 2.5 V = 50 ㏀
이다.
1.1.2 확도
직류전압 측정시의 확도는, 멀티미터의 기본 지시계기의 지시오차와 같다. 시판되는 멀티 미터의 만눈금 (full-scale deflection, FSD)의 상대오차는 ±1.0% 이상의 것이 대부분이다.
직류전압계의 분압기 저항의 오차는 ±1%
정도이므로, 직류전압 측정시의 만눈금에서 의 확도는 ±수%인 셈이다. 눈금의 상대오 차는 지시 값이 낮아짐에 따라 반비례하여 커짐에 유의해야 한다.
교류전압 측정시 확도는 정류회로에 의한 오차 등이 크게 작용하여 직류전압 확도에 비하여 반 정도로 낮아진다.
1.2 직류 전류게
1.2.1 내부저항
전류계의 내부저항은 일반적으로 측정범위 가 높아짐에 따라 반비례하여 줄기 때문에, 이에 따른 부하효과를 일일이 고려해야 한 다. 2.5-㎃의 측정범위에서 내부저항은 20 Ω 정도이다.
1.2.2 확도
전류계의 확도는 주로 분류기 저항의 오차 에 의해 좌우되어 일반적으로 직류전압 측 정시보다 세배 정도 낮다.
1.3 저항계
1.3.1 부하 전압 및 전류
저항을 측정하기 위하여 저항계를 피측정 저항이나 회로에 연결하면 이에는 저항계에
7. 멀티미터의 내부저항 및 확도
- 21 - 서 공급되는 전압 (load voltage, LV )이 걸 리고, 이에 따라 전류 (load current, LI )가 흐른다. 이의 값들이 피측정 저항의 안전 규 격을 초과하면 피측정 저항을 파괴시킴에 유의해야 한다.
1.3.2 확도
저항계의 확도는 매우 낮다. 저항계에서 확도 는 눈금의 기준이 되는 반눈금 (half-scale deflection, HSD)에서 가장 높으나, 이는 지시 계기 자체의 HSD 확도의 ½이되고 만눈금의
¼이 된다.
일반적인 멀티미터의 저항계는 직렬형으로 서 이의 등가회로는 그림 1에서와 같다. 측 정 시작전에 먼저 Rx의 값이 ∞ 및 0 Ω일 경우에, 전류계 M의 지침이 각각 0 (저항계 눈금으로는 ∞ Ω) 및 FSD (저항계 눈금으 로는 0 Ω)를 가리키도록 조정한다.
전류계 눈금의 오차는 주로 제작시의 인쇄 잘못에 의한 것이기 때문에, 각 눈금의 절대 오차는 서로 같다. 따라서 이 오차에 의한 상대오차는 FSD에서 가장 작다. FSD의 상대 오차를 ±FSD%라고 하면, FSD/n의 눈금이 갖는 상대오차는 ±n(FSD%)이다.
Rx 측정에서 M의 지침이 FSD/n의 눈금을
지시하였다면 이 경우 전류 I는
I ＝ E
Rt ± n ( FSD %) (1)
이다. 여기서, E가 정확하다고 가정할 경우, 이 상대오차는 모두 Rt에 전가되며, 또 Ri가 정확하다고 가정할 경우 이 오차는 모두 Rx
에 전가된다. Rt= Ri＋ Rx＝ n Ri 이므로
Rx= n Ri－ Ri= Ri( n－1) Rx
Rt =n－1
n , Rx= n－1 n Rt
(2)
이다. 즉, Rx는 Rt의 (n-1)/n배이므로 따라서 Rx 눈금의 상대오차는
Rx 눈금의 상대오차
= ± n ( FSD %) ( n－1) / n
= ± n2
n－1 ( FSD %).
(3)
이 식에서, n = 2인 경우 즉, 저항계의 반눈 금 HSD의 상대오차는 전류계 만눈금의 상 대오차 FSD%의 4배가 됨을 알 수 있다.
M E I
Ri
Rx
Rt = Ri + Rx
그림 1. 직렬형 저항계의 등가회로
표 Ⅰ. 전류계 FSD%＝±1%이고 Ri＝20 Ω인 경우의그림 2. 전류계 FSD%＝±1%이고, Ri
＝20 Ω인 경우의 저항계 눈금의 상대오차 저항계 눈금의 상대오차
n 지시값 (눈금) 상대오차 (%)
전류계 저항계 전류계 저항계
1 10/8 2 5 ∞
1.0 FSD 0.8 FSD 0.5 FSD 0.2 FSD 0
0 Ω 5 Ω 20 Ω 80 Ω ∞ Ω
1 10/8
2 5
∞
∞ 6.25 4.00 6.25
∞
- 22 - 예를 들어, 전류계의 FSD%가 ±1%이고, Ri
가 20 Ω인 경우, 저항계 각 눈금의 상대오 차는 표 Ⅰ 및 그림 2에서와 같다.
2. 디지털 멀티미터
2.1 전압계
2.1.1 내부저항
디지털 멀티미터를 직류 및 교류 전압계로 사용할 경우, 내부저항은 일반적으로 측정범 위에 관계없이 10 ㏁ 또는 100 ㏁으로 일정 하다. 이는 측정범위에 따라 전압계 감도가 변함을 뜻한다. 예를 들어, 내부저항이 10
㏁인 경우, 2-V의 측정범위에서 전압계 감 도는 10 ㏁/2 V, 즉 5 ㏁/V로서 전자회로용 아날로그 멀티미터 20-㏀/V의 것 (2.5-V 측정 범위에서 50 ㏀)에 비하면 매우 큰 값이다.
그러나 1000-V 측정범위에서의 전압계 감도 는 10 ㏁/1000 V, 즉 10 ㏀/V로서 아날로그형
의 20 ㏁에 비하여 오히려 크게 떨어짐에 유의해야 한다.
2.1.2 확도
디지털 멀티미터의 확도도 이를 직류 전압 계로 사용 때 가장 크다. 디지털 멀티미터의 확도는 분압기 저항의 오차 등에 의한 표시 량의 상대오차와 A/D 변환과정 등의 게이트 오차의 합에 의하여 표시된다. 예를 들어 실 험실용 디지털 멀티미터의 직류 전압계의 확도는
±(표시량의 0.05%＋2 디지트)
정도이며, 아날로그 형에 비하여 매우 높다.
여기서, 게이트 오차의 영향을 줄이기 위해 서는 가능한 한 표시 디지트 수가 많도록 측정범위를 선택해야 한다.
교류 전압계의 확도는 교류전압의 실효값을 계 산하는 IC 회로 등의 오차로 인하여 크게 떨어 져
±(표시량의 0.5%＋10 디지트) 정도이다.
2.2 전류계
2.2.1 내부저항
전류계의 내부저항은 최대 전압강하로써 간 접적으로 표시하고 있다. 예를 들어, 2-㎃
측정범위의 최대 전압강하가 0.3 V이라면 내부저항은 0.3 V/2 ㎃＝150 Ω이다.
과전류에 의한 멀티미터의 손상을 막기 위 해 일반적으로 고속 퓨즈 (fast blow)가 사용 되나 10-A 범위에는 전압강하 및 접촉저항
80 20 5 0
00
O h m m e t e r s c a l e ( Ω)
10
8
0 2 4 6
0.5 FSD
0 FSD
Ammeter scale
Relative error (%)
Ohmmeter Ammeter
그림 2. 전류계 FSD%＝±1%이고, Ri＝20 Ω인 경우의 저항계 눈금의 상대오차
- 23 - 등의 문제로 퓨즈를 사용하지 못하고 있음 에 유의해야 한다.
2.2.2 확도
직류 전류계의 측정확도는 직류전압의 경우 에 비하여 크게 떨어져서
±(표시량의 0.3%＋3 디지트)
정도이다. 이는 주로 분류기 저항값의 오차 에 기인한다. 교류 전류계의 확도는 이보다 더욱 떨어져
±(표시량의 0.75%＋10 디지트)
정도이다. 이는 실효값 계산회로 등의 오차 에 의한 것이다.
2.3 저항계
2.3.1 부하 전압 및 전류
아날로그형에서와 같이 부하 전압 및 전류 에 유의해야 한다. 도통시험은 200-Ω 측정범 위에서, 그리고 다이오드의 시험은 2-㏀ 측 정범위에서 각각 실시한다.
2.3.2 확도
저항계의 확도는 직류전류계의 측정확도에 거의 비슷한
±(표시량의 0.2%＋5 디지트) 정도이다.
2.4. 디지털 전압계의 측정확도 계산 예
일반 건전지의 개방 전압을 4½ 디지트의 디지털 멀티미터로 측정하는 경우의 확도가
측정범위에 따라 어떻게 달라지는가를 고찰 해 보자. 단, 이 계측기의 직류전압에 대한 측정 확도가 범위에 따라 다음과 같다고 가 정한다.
측정범위 분해능 확도
200-㎷ 10 ㎶ ±(표시량의 0.05%＋2 디지트) 2-V 100 ㎶ ±(표시량의 0.05%＋2 디지트) 20-V 1 ㎷ ±(표시량의 0.05%＋2 디지트) 200-V 10 ㎷ ±(표시량의 0.05%＋2 디지트) 1000-V 100 ㎷ ±(표시량의 0.075%＋2 디지트)
2.4.1 측정범위를 2-V로 한 경우 표시숫자: 1. 5 4 3 4
±2 디지트가 만드는 상대오차
＝ ±{(0.0002/1.5434)×100}% ≒ ±0.013%
∴ 종합적인 측정확도
＝ ±(0.05%＋0.013%) ＝ ±0.063%
2.4.2 측정범위를 1000-V로 한 경우 표시숫자: 1. 5
±2 디지트가 만드는 상대오차 ＝ ±{(0.2/1.5)×100}% ≒ ±13%
∴ 종합적인 측정확도
＝ ±(0.075%＋13%) ≒ ±13%.
