كيفية استخدام المقياس المتعدد (المالتيميتر)

مقدمة

كيف يمكنك استخدام المالتيميتر؟ في هذا الدرس سنعرض كيفية استخدام المالتيميتر الرقمي (digital multimiter (DMM))، وهو أداة ضرورية يُمكن استخدامها لفحص الدوائر الكهربية (circuits)، والتعرف على التصميمات الإلكترونية الخاصة بالأشخاص الآخرين، وكذلك اختبار البطاريات. لذلك يُطلق عليه مقياس “متعدد” (أي أنه مُتعدد الاستخدامات في القياس وليس مُقتصر على استخدام واحد). في هذا الدرس سنقوم باستخدام مالتيميتر من طراز SparkFun VC830L، لكن الطرق المُستخدمة يُمكن تطبيقها على معظم أجهزة المالتيميتر الأخرى.

استخدام مالتيميتر لاختبار الجهد الخاص ببطارية ليثيوم بوليمر (LiPo Battery)

القيم الأساسية التي نقوم بقياسها باستخدام المالتيميتر هي الجهد (voltage) والتيار (current)، ولكنه أيضاً يتم استخدامه لفحص سلامة الدوائر الكهربية تشخيص أعطالها. هل دائرتك لا تعمل؟ هل لديك مفتاح لا يعمل؟ كل ما عليك هو توصيل المالتيميتر به! يُعد المالتيميتر هو خط الدفاع الأول لاستكشاف أخطاء نظام ما وإصلاحها. في هذا الدرس سنقوم بتناول قياس الجهد (voltage)، والتيار (current)، والمقاومة (resistance)، والاستمرارية (continuity).

مواضيع مُقترحة للقراءة

قد تحتاج للتعرف على المفاهيم الآتية لتُساعدك على فهم هذا الدرس:

• ما هي الكهرباء؟ (What is Electricity?)
• الجهد، التيار، المقاومة، وقانون أوم (Voltage, Current, Resistance, and Ohm’s Law)
• ما هي الدائرة الكهربية؟ (What is a circuit?)
• البادئات المترية (Metric Prefixes) (قريباً)
• كيفية استخدام ألواح التجارب (How to Use a Breadboard)
• أساسيات الوصلات (Connector Basics) (قريباً)
• القطبية (Polarity)
• دوائر التوصيل على التوالي ودوائر التوصيل على التوازي (Series and Parallel Circuits)
• التيار المستمر والتيار المتردد (AC vs DC current)
• أساسيات ألواح الدوائر المطبوعة (PCB Basics) (قريباً)

أجزاء المالتيميتر (المقياس المتعدد)

يتكون المالتيميتر من أجزاء ثلاثة هي:

• شاشة العرض (Display)
• مفتاح اختيار المعيار (Selection Knob)
• منافذ (Ports)

في الغالب تحتوي شاشة العرض على أربع خانات بالإضافة إلى القدرة على عرض إشارة السالب. هناك بعض أجهزة المالتيميتر تحتوي على شاشات عرض مضيئة لعرض القيم بشكل أفضل عندما تكون الإضاءة منخفضة.

مفتاح اختيار المعيار يسمح للمستخدم بضبط المالتيميتر لقراءة قيم مختلفة مثل شدة التيار بالملي أمبير (mA)، الجهد بالفولت (V)، والمقاومة بالأوم (Ω).

يتم إدخال مجسين (probes) بداخل اثنين من المنافذ الموجودة في مقدمة المالتيميتر. كلمة COM هي اختصار لكلمة مُشترك (common) وغالباً ما يتم توصيل ذلك المنفذ بالأرضي أو بالطرف السالب من الدائرة. المجس الخاص بالمنفذ COM يكون عادة أسود اللون، ولكن ليس هناك أي فرق بين المجس الأحمر والمجس الأسود سوى اللون فقط. المنفذ المُدون عليه 10A هو منفذ خاص يتم استخدامه عند قياس قيم تيار كبيرة (أكبر من 200mA). أما المنفذ mAVΩ فهو المنفذ الذي يُوصل به المجس أحمر اللون في الغالب. وهذا المنفذ يتيح قياس التيار (حتى 200mA)، والجهد بالفولت (V)، والمقاومة بالأوم (Ω). كلا المجسين يحتويان على وصلة من نوع الموزة (banana connector) في نهايتيهما، هاتين الوصلتين يتم إدخالهما بداخل المالتيميتر. أي مجس يحتوي على قابس موزة يُمكن أن يعمل مع المالتيميتر، وهذا يسمح باستخدام أنواع مختلفة من المجسات.

أنواع المجسات (Probe Types)

هناك عدة أنواع مختلفة من المجسات مُتاحة للاستخدام مع أجهزة المالتيميتر. إليكم بعض الأنواع التي نفضلها:

• مجس التحويل من وصلة الموزة إلى وصلة ماسك فم التمساح (Alligator Clips): هذه الكابلات رائعة لتوصيل الأسلاك الضخمة أو السنون الخاصة بألواح التجارب. وهي مناسبة للقيام بالاختبارات التي تتطلب وقت طويل، حيث لا تكون بحاجة لتثبيتها في مكانها بينما تقوم بالتعامل مع الدائرة الكهربية.
• مجس التحويل من وصلة الموزة إلى وصلة خطاف الدوائر المتكاملة (IC Hook): هذه الوصلات تعمل بشكل جيد مع الدوائر المتكاملة الصغيرة وأرجل الدوائر المتكاملة.
• مجس التحويل من وصلة الموزة إلى وصلة الملقاط (Tweezers): تعتبر وصلات الملاقيط رائعة عند الحاجة لاختبار المكونات السطحية (SMD components).
• مجس التحويل من وصلة الموزة إلى مجسات اختبار (test probes): إذا انكسر أي مجس منك أثناء الاستخدام لا مشكلة فهي لا تكلف كثيراً عند استبدالها.

قياس الجهد

دعونا نبدأ بقياس الجهد الخاص ببطارية AA: قم بتوصيل المجس الأسود داخل منفذ COM والمجس الأحمر بداخل منفذ mAVΩ. اضبط المالتيميتر على “2V” في مدى DC (التيار المستمر). تقريباً جميع الإلكترونيات المحمولة تستخدم التيار المستمر DC وليس التيار المتردد AC. قم بتوصيل المجس الأسود بالطرف الأرضي للبطارية (الطرف السالب “-“) والمجس الأحمر بالطرف الموجب “+”. اضغط باستخدام المجسين بشكل خفيف على القطبين الموجب والسالب للبطارية. إذا كانت البطارية التي تستخدمها بطارية جديدة فسيكون الجهد المُقاس في حدود 1.5V وهو ما يظهر على الشاشة (هذه البطارية التي نستخدمها في التجربة لم تستخدم من قبل، لذلك تعطي جهد أكبر بقليل من 1.5V).

إذا كنت تقوم بقياس جهد مستمر (DC voltage) (مثل بطارية أو مُستشعر (sensor) مُتصل ببطاقة أردوينو) يجب أن تقوم بضبط مفتاح اختيار المعيار على المنطقة التي يوجد فيها خط مُستقيم بجوار V. أما الجهد المتردد (AC voltage) (مثل الجهد الصادر من مخرج الحائط) فيُعتبر خطيراً، لذلك من النادر أن نحتاج إلى ضبط مفتاح اختيار المعيار على الجهد المتردد (حيث يوجد خط متعرج بجوار حرف V).في حال كنت تتعامل مع التيار المتردد فننصحك باستخدام جهاز اختبار غير متصل (non-contact tester) بدلاً من استخدام مالتيميتر رقمي.

قم بضبط المفتاح على حرف V الذي يجاوره خط مستقيم لقياس الجهد المستمر

قم بضبط المفتاح على حرف V الذي يجاوره خط متعرج لقياس الجهد المتردد

ماذا يحدث إذا قمت بتبديل المجسين الأحمر والأسود؟ ببساطة تُصبح القيمة التي يقرأها المالتيميتر سالبة، ولن يحدث أي شيء سيء. فالمالتيميتر يقوم بقياس الجهد بالنسبة إلى المجس المشترك. ما هي قيمة الجهد الخاص بالطرف الموجب للبطارية مُقارنة بالمنفذ المُشترك (أو السالب)؟ 1.5. أما إذا قمنا بتبديل المجسين نكون قد جعلنا الطرف الموجب هو المنفذ المُشترك أو منفذ الصفر. ما قيمة الجهد الخاص بالطرف السالب للبطارية مقارنة بالمنفذ المُشترك الجديد (الصفر)؟ الإجابة هي -1.5V.

والآن دعونا نقوم بإنشاء دائرة بسيطة لتمثيل كيفية قياس الجهد على أرض الواقع. الدائرة التي سنقوم بإنشائها تحتوي على مُقاوم بقيمة 1kΩ بالإضافة إلى ديود مُضيء (LED) شديد الإضاءة، ويتم تزويد تلك الدائرة بالطاقة باستخدام اللوح الخاص بـ SparkFun لتزويد الطاقة لألواح التجارب (SparkFun Breadboard Power Supply Stick). لنبدأ دعونا نتأكد أولاً أن الدائرة التي نعمل عليها مُزودة بالقدر الصحيح من الطاقة. إذا كان مشروعك يحتاج لجهد قدره 5V ولكن قيمته الفعلية أقل من 4.5V أو أكبر من 5.5V فإن ذلك يُشير إلى وجود مشكلة ما، ويجب أن تقوم بفحص وصلات الطاقة التي قمت بتوصيلها والأسلاك التي استخدمتها في تكوين الدائرة.

قياس الجهد الخارج من مُزود الطاقة.

قم بضبط مفتاح اختيار المعيار على “20V” في منطقة الجهد المستمر DC (منطقة الجهد المستمر تحتوي على حرف V يجاوره خط مستقيم). أجهزة المالتيميتر بوجه عام لا تقوم بضبط نطاق القياس تلقائياً. بل يجب أن يقوم المُستخدم بضبط مفتاح اختيار المعيار على نطاق مُعين. فمثلاً في حالة ضبط المفتاح على 2V يستطيع المالتيميتر قياس جهد تصل قيمته إلى 2V، وعند ضبطه على 20V يستطيع المالتيميتر قياس جهد يصل إلى 20V. لذلك إذا كنت تقيس بطارية جهدها 12V فقم بضبط المفتاح على 20V. وإذا كنت تستخدم نظام يعمل بجهد 5V فقم بضبط المفتاح على 20V أيضاً. إذا أخطأت في ضبط المفتاح على القيمة المطلوبة فمن المحتمل أن ترى تغير في القيمة الظاهرة على شاشة المالتيميتر ولا تلبث تلك القيمة أن تُصبح “1”.

استخدم بعض القوة (تخيل أنك تقوم بغرس شوكة في قطعة من اللحم المطبوخ) للضغط على نقطتين من المعدن المكشوف باستخدام المجسين. يجب أن يكون أحد المجسين مُتصلاً منفذ الأرضي (GND) والمجس الآخر متصلاً بمنفذ VCC أو منفذ 5V.

من الممكن كذلك أن نقوم بقياس الجهد في أجزاء مُختلفة من الدائرة، وهذا ما يُطلق عليه التحليل العقدي (nodal analysis)، وهو حجر الأساس الذي يعتمد عليه تحليل الدوائر الكهربية. عن طريق قياس الجهد عبر الدائرة يُمكننا معرفة مقدار الجهد الذي يتطلبه كل مُكون. دعونا نبدأ بقياس جهد الدائرة بأكملها عن طريق القياس بين نقطة مرور الجهد إلى المُقاوم وبين الطرف الأرضي من الديود المُضيء. من المُفترض أن نحصل على قيمة الجهد الخاص بالدائرة بأكملها والذي يجب أن يكون بحدود 5V.

يُمكننا بعد ذلك معرفة قيمة الجهد الذي يستخدمه الديود المُضيء، وهذا ما يُطلق عليه فرق الجهد (voltage drop) عبر الديود المُضيء. إذا لم تكن تعرف معنى ذلك أو أهميته الآن فلا مُشكلة، فسوف تعرف أهميته بينما تتعمق في معرفة عالم الإلكترونيات. والأمر المُهم الذي يجب عليك معرفته الآن هو أنه يُمكن قياس الجهد الخاص بأجزاء مُختلفة من أي دائرة كهربية لتحليلها بأكملها.

هذا الديود الضوئي يستخدم لكي يضيء 2.66V من الـ 5V الآتية من المصدر. وهذه القيمة أقل من الجهد الأمامي (forward voltage) المذكور في صحيفة البيانات (datasheet) الخاصة به

الحمل الزائد (Overload)

ماذا يحدث إذا قمت بضبط مفتاح اختيار المعيار على قيمة أقل بكثير من الجهد الذي تحاول قياسه؟ لن يحدث أي شيء سيء. فقط سيظهر على شاشة المالتيميتر الرقم 1. فعن طريق ذلك يحاول المالتيميتر إخبار المُستخدم أن هناك حملاً زائداً أو أن قيمة الجهد المُقاس خارج النطاق المُحدد. إذا كانت قيمة الجهد الذي تحاول قياسه أكبر بكثير من النطاق المُحدد فقم بتغيير وضع مفتاح اختيار إلى القيمة الأكبر التالية.

لا يُمكن للمالتيميتر قراءة الجهد 5V المُستخدم في هذه الدائرة بينما المفتاح مضبوط على 2V.

مُفتاح اختيار المعيار (Selection Knob)

لماذا يقرأ مفتاح اختيار المعيار 20V وليس 10V؟ إذا كنت تريد قياس جهد أقل من 20V فقم بضبط المُفتاح على 20V. وهذا سيسمح لك بقراءة الجهد بأي قيمة تتراوح بين 2.00 و19.99.

الخانة الأولى في كثير من أجهزة المالتيميتر تستطيع عرض الرقم “1” فقط، لذلك فإن مدى القياس يكون محدوداً بـ 19.99 بدلاً من 99.99. لذلك فإن أقصى مدى يُمكن قياسه على هذا الإعداد يكون 20V بدلاً من 99V.

تحذير! بشكل عام قم باستخدام أجهزة المالتيميتر مع دوائر التيار المستمر (الإعدادات التي يجاورها خط مُستقيم وليس خط متعرج). مُعظم أجهزة المالتيميتر يُمكن استخدامها لقياس الأنظمة العاملة بالتيار المتردد، لكن دوائر التيار المتردد ذات خطورة كبيرة. فجهد المأخذ الرئيسي (main voltage) الآتي من مقبس الخائط يُمكن أن يُسبب لك ضرراً كبيراً، ولذلك لا بد أن تكون حريصاً للغاية عند التعامل معه. وإذا احتجت لمعرفة ما إذا كان أحد المقابس يعمل فقم باستخدام جهاز اختبار التيار المتردد (AC tester). في الواقع لم نحتاج لقياس تيار متردد إلا عندما كان لدينا مقبس لا يعمل بشكل جيد أو عندما كنا نجرب التحكم في سخان. كن شديد الحذر وافحص كل شيء بعناية وتأني قبل القيام باختبار لدائرة تيار متردد.

قياس المقاومة (Resistance)

في الغالب تُستخدم شفرة لونية (color codes) لتحديد قيمة المُقاومات (resistors). إذا لم تكن تعرف كيفية تفسير تلك الألوان الموجودة على مُقاوم ما يُمكنك استخدام العديد من الحاسبات الموجودة على الإنترنت (online calculators) التي يسهل استخدامها. أما إذا كنت لا تمتلك اتصالاً بالإنترنت يُمكنك استخدام المالتيميتر لقياس قيمة المُقاومة.

قم بأخذ أي مُقاوم وقم بضبط المالتيميتر على 20kΩ. بعد ذلك قم بوضع المجسات على طرفي المقاوم واضغط عليهما كأنك تقوم بالضغط على مفتاح من لوحة مفاتيح الكمبيوتر الخاص بك.

هناك ثلاثة احتمالات لما يُمكن أن يظهر على شاشة المالتيميتر: 0.00، أو 1، أو القيمة الفعلية للمُقاوم.

• في هذه الحالة يقرأ الجهاز 97، مما يعني أن قيمة مقاومة هذا المُقاوم 0.97kΩ، أو حوالي 1kΩ أي 1000Ω (تذكر أنك قمت بضبط الجهاز على 20kΩ أو 20,000Ω لذلك يجب أن تقوم بتحريك الإشارة العشرية ثلاث خانات نحو اليمين أو 9,700Ω).
• إذا كانت قراءة المالتيميتر 1 أو ظهر شاشته OL فهذا يدل على أن هناك حمل زائد، ويجب أن تقوم بضبطه على قيمة أكبر مثل 200kΩ أو 2MΩ. لا توجد أي مشكلة في حالة حدوث ذلك، فهو يعني ببساطة أن هناك حاجة لتعديل وضع مفتاح اختيار المعيار.
• إذا كانت قراءة المالتيميتر 00 أو قيمة قريبة من الصفر يجب أن تقوم بضبط المفتاح على قيمة أقل، أي 2kΩ أو 200Ω.

تذكر أن الكثير من المُقاومات تكون لها سماحية (tolerance) حوالي 5%. وهذا يعني أنه من الممكن أن تُشير الشفرة اللونية لمقاوم ما أن قيمته تساوي 10,000Ω (10kΩ)، ولكن بسبب عدم الدقة في عمليات التصنيع من الممكن أن تقل قيمته إلى 9.5kΩ أو تزداد لتبلغ 10.5kΩ. لكن لا تقلق، فهذا المُقاوم يعمل بشكل جيد كمقاوم رفع (pull-up) أو كمقاوم عام.

دعونا نقوم بضبط المقاوم على القيمة الأقل 2kΩ. ماذا يحدث؟

لا يحدث تغير كبير. لأن قيمة هذا المقاوم (1kΩ) أقل من الإعداد الجديد (2kΩ) تبقى قيمة المقاوم ظاهرة على شاشة المالتيميتر. لكن نُلاحظ أن هناك خانة أخرى إضافية بعد العلامة العشرية مما يمنح قراءتنا المزيد من الدقة. ماذا عن ضبط المفتاح على القيمة الأقل التالية؟

لأن 1kΩ أكبر من 200Ω يكون هناك حمل زائد واقع على المالتيميتر، وهو يخبرنا بذلك عن طريق ظهور 1 على شاشة العرض، وأنه يجب ضبط المُفتاح على قيمة أعلى.

من واقع التجربة يندر أن تجد مُقاوم قيمته أقل من واحد أوم. تذكر أن قياس قيمة المقاومة لا يكون دقيقاً تماماً؛ فدرجة الحرارة على سبيل المثال يُمكن أن تؤثر على القراءة بشكل كبير. كما أن قياس المقاومة الخاصة بجهاز بعد تثبيته على دائرة من الممكن أن يكون صعباً للغاية، لأن المُكونات المُحيطة به الموجودة على الدائرة يُمكن أن تؤثر بشكل كبير للغاية على القراءة.

قياس التيار (current)

يُعد قياس التيار الكهربي أحد أصعب القياسات في عالم الإلكترونيات المُدمجة. وهو صعب لأنه يجب أن تقوم بقياس التيار على التوالي (series). فبينما يتم قياس الجهد توصيل المجسات بين المنفذين VCC و GND على التوازي (parallel)، إلا أنه لقياس التيار يجب أن تقوم بفتح مسار في الدائرة وتضع فيه طرفي المالتيميتر لتجعل التيار يمر فيه على التوالي. ولتوضيح ذلك سنقوم باستخدام نفس الدائرة التي استخدمناها في الجزء الخاص بقياس الجهد.

أول ما نحتاج إليه هو قطعة إضافية من السلك. كما ذكرنا في الأعلى نحتاج إلى فتح مسار في الدائرة وتوصيله بطرفي المالتيميتر لكي نقيس شدة التيار. بطريقة أخرى يجب أن تقوم بإخراج السلك المُتصل من منفذ VCC على مُزود الطاقة إلى المُقاوم مع وضع سلك الآخر في المنفذ الذي أخرجنا منه السلك السابق. بعد ذلك يجب أن نقوم بتوصيل المالتيميتر على التوالي مع السلكين لكي نتمكن من قياس شدة التيار أثناء سريانه من مُزود الطاقة إلى لوح التجارب عبر المالتيميتر.

في الصور التالية قمنا باستخدام وصلات ماسك فم التمساح (alligator clips). فأثناء قياس التيار من الجيد أن تقوم بمراقبة ما يحدث للنظام الخاص بك مع مرور الوقت لبعض الثواني أو الدقائق. وبدلاً من أن تقف بجوار النظام وتقوم بتثبيت المجسين بيديك من الأسهل لك أن تمنح يديك الحرية، وهنا تأتي أهمية استخدام وصلات ماسك فم التمساح. لاحظ أيضاً أن مجسات مُعظم أجهزة المالتيميتر تُستخدم فيها قوابس من نفس الحجم (يُطلق عليها قوابس الموزة)، لذلك إذا أضعت مجساً أو أتلفته من الممكن أن تستعير آخر من صديقك.

بعد أن قمنا بتوصيل المالتيميتر يُمكننا الآن أن نقوم بضبط مفتاح اختيار المعيار على الإعداد المناسب لقياس شدة التيار. قياس شدة التيار يتم بنفس الطريقة التي قمنا بها لقياس الجهد والمقاومة – يجب أن تقوم بتحديد المدى المناسب للقياس في البداية. ابدأ بضبط المفتاح على 200mA. عادة ما يكون استهلاك التيار في كثير من ألواح التجارب أقل من 200mA. تأكد من أن المجس الأحمر موضوع في منفذ 200mA. بالنسبة للمالتيميتر الذي نستخدمه الآن فإن منفذ 200mA هو نفسه المنفذ الذي نقوم باستخدامه عند قياس الجهد والمقاومة (المنفذ المُشار عليه بـ mAVΩ). وهذا يعني أنه يُمكننا وضع المجس الأحمر في نفس المنفذ سواء عند قياس الجهد أو التيار أو المقاومة. لكن إذا كانت هناك احتمالية أن الدائرة الخاصة بك تستهلك تيار تقترب قيمته من أو تزيد على 200mA فقم بوضع المجس بداخل منفذ 10A لكي تكون بأمان. فزيادة التيار عن الحد الأقصى من الممكن أن يؤدي إلى تلف المنصهر (fuse) ولا يقتصر على ظهور 1 على الشاشة كما هو الحال مع الجهد والمقاومة.

هذه الدائرة كانت تستهلك 1.8mA عندما تم القياس، وهذه القيمة ليست بالكبيرة. أما القراءة المتوسطة فكانت حوالي 2.1mA.

يجب أن تعرف أن المالتيميتر في هذه الحالة يعمل كقطعة من السلك، فعند توصيله خلال الدائرة نكون قد أكملناها وبالتالي تصبح مُزودة بالطاقة. وهذا مهم لأنه مع مرور الوقت على ديود مضيء أو مُتحكم دقيق (microcontroller) أو مُستشعر أو أي جهاز آخر يتم قياسه من الممكن أن يتغير استهلاكه للطاقة (على سبيل المثال يُمكن أن يؤدي تشغيل ديود مضيء إلى زيادة لحظية مقدارها 20mA في شدة التيار، وكذلك يحدث نقص لحظي بنفس القيمة عند إطفائه). من المفترض أن تظهر على شاشة المالتيميتر القراءة اللحظية لشدة التيار، والتي تتغير باستمرار. جميع أجهزة المالتيميتر تقوم بأخذ القراءات لُمدة زمنية مُحددة ثم تُعطي متوسط، لذلك من الطبيعي أن تتذبذب القراءة. بشكل عام تكون استجابة أجهزة المالتيميتر الرخيصة أبطأ، لذلك لا تنظر بعين الاعتبار لجميع القراءات. تذكر أن متوسط شدة التيار يكون في حدود 7mA إلى 8mA عند استخدام نظام يعمل بجهد 5V.

كما كان الأمر في القياسات الأخرى، عند قياس شدة التيار لا يهم توصيل المجسين حسب اللون. إذن ماذا يحدث عند تبديل المجسين؟ لن تحدث أي مشكلة! ببساطة ستصبح قراءة التيار بالسالب.

ما يزال التيار يسري عبر النظام، كل ما حدث هو أن غيرت اتجاه نظر المالتيميتر، وبالتالي أصبح يقرأ القيمة بالسالب.

تذكر! دائماً عند الانتهاء من استخدام المالتيميتر قم بإعادة ضبطه لقراءة الجهد (أعد المجسات إلى منافذ الجهد واضبط مفتاح اختيار المعيار على قراءة الجهد المستمر). لأنه من الممكن أن تقوم بأخذ الجهاز والبدء سريعاً في قياس الجهد بين منفذين. وإذا كنت قد تركت المالتيميتر على الإعداد الخاص بقياس التيار فلن ترى قيمة الجهد على الشاشة، وبدلاً من ذلك سترى القيمة “0.000” والتي تشير إلى أنه ليس هناك تيار يسري بين المنفذين VCC و GND. وخلال جزء من الثانية بعد توصيلك بين VCC و GND عبر المالتيميتر سيتلف المنصهر الذي قوة تحمله 200mA، وهذا ليس بالأمر الجيد. لذلك قبل أن تضع المالتيميتر في المكان الذي تحفظه فيه عند الانتهاء تأكد من إعادة ضبطه لقراءة الجهد بدلاً من التيار.

من الممكن أن يُشكل قياس شدة التيار صعوبة في المرات الأولى. لذلك لا تقلق إذا أتلفت المنصهر؛ فلقد حدث ذلك معنا شخصياً لكثير من المرات! وسنتعرف لاحقاً خلال هذا الدرس على كيفية تغيير المنصهر.

الاستمرارية (Continuity)

اختبار الاستمرارية يعني القيام باختبار المقاومة الكهربية بين نقطتين. إذا كانت قيمة المقاومة صغيرة للغاية (أقل من بضعة أومات (Ωs)) تكون النقطتان متصلتين كهربياً، ونسمع نغمة صادرة من المالتيميتر. أما إذا كانت قيمة المقاومة أكبر من عدة أومات فهذا يعني أن الدائرة مفتوحة، ولا يصدر الجهاز أي نغمة. هذا الاختبار يساعد في التأكد من سلامة التوصيلات بين النقاط، كما أنه يساعدنا كذلك في اكتشاف حدوث أي اتصال غير مرغوب به بين نقطتين.

من الممكن اعتبار اختبار الاستمرارية أحد أهم وظائف أجهزة القياس الإلكترونية. فهذه الخاصية تسمح لنا باختبار التوصيلية الكهربية (conductivity) للمواد وتتبع أماكن عمل الوصلات الكهربية.

قم بضبط المالتيميتر على وضع قياس “الاستمرارية”. من الممكن أن يختلف الرمز الخاص بالاستمرارية باختلاف المالتيميتر، لكن بوجه عام ابحث عن الرمز الذي يحتوي على ديود تنبعث منه بعض الموجات (مثل الصوت الآتي من السماعات).

مالتيميتر تم ضبطه لقياس الاستمرارية.

والآن اجعل المجسين يتلامسان. يجب أن يقوم المالتيميتر بإصدار نغمة (ملحوظة: لا تحتوي جميع أجهزة المالتيميتر على خاصية قياس الاستمرارية، ولكن معظمها يحتوي عليها). هذا يشير إلى أن أي كمية ضئيلة من التيار يُسمح لها بالسريان دون أي مقاومة (لتحري الدقة توجد مقاومة ضئيلة للغاية) بين المجسين.

تحذير! بشكل عام قم بفصل الطاقة عن النظام قبل القيام باختبار الاستمرارية.

أثناء عدم توصيل الطاقة إلى لوح التجارب قم بوضع المجسين داخل منفذي أرضي منفصلين. يجب أن تسمع نغمة من الجهاز تُشير إلى أن هذين المنفذين متصلان. والآن قم بتوصيل المجسين بمنفذ VCC على متحكم دقيق ومنفذ VCC الخاص بمُزود الطاقة. يجب أن يُصدر الجهاز نغمة تُشير إلى أن التيار يُمكن أن يسري بحرية بين منفذي VCC في كل من المُتحكم الدقيق ومُزود الطاقة. إذا لم يُصدر المالتيميتر نغمة فيجب عليك تتبع مسار الخطوط النحاسية لمعرفة ما إذا كان هناك نقاط انفصال في الخطوط أو الأسلاك أو لوح التجارب أو لوح الدارات المطبوعة (PCB).

يُعد اختبار الاستمرارية طريقة ممتازة لمعرفة ما إذا كان هناك تلامس بين منفذي تثبيت سطحي (SMD). فإذا لم تستطع تحديد ذك بعينيك يُمكنك الاستعانة بالمالتيميتر كخيار أكثر دقة.

في حال وجود نظام لا يعمل، يُساعد اختبار الاستمرارية في تشخيص مشاكل ذلك النظام وعلاجها. يجب اتخاذ الخطوات التالية:

1. إذا كان النظام مُزوداً بالطاقة فقم باحتراس بقياس الجهد بين منفذي VCC و GND بعد ضبط المالتيميتر لقياس الجهد للتأكد من أن قيمة الجهد في المدى الطبيعي. إذا كان من المفترض أن يعمل النظام على 5V ولكنه يعمل على 2V يجب أن تفحص مُنظم الجهد الخاص بك، فمن الممكن أن يكون ساخناً للغاية مما يشير إلى أن النظام يقوم بسحب تيار أكبر من اللازم.
2. قم بفصل الطاقة عن النظام ثم قم باختبار الاستمرارية بين المنفذين VCC و GND. إذا كانت النتيجة موجبة (إذا أصدر الجهاز نغمة) فهذا يعني أن هناك قصر في مكان ما من الدائرة.
3. قم بفصل الطاقة عن النظام ثم استخدم اختيار الاستمرارية للتأكد من أن منفذي VCC وGND مُتصلان بشكل صحيح بالمنافذ الخاصة بالمتحكم الدقيق والأجهزة الأخرى. من الممكن أن يكون النظام يعمل عند تزويده بالطاقة مع وجود أخطاء في توصيل الدوائر المتكاملة بشكل منفرد.
4. بافتراض أنه يُمكنك تشغيل المتحكم الدقيق، قم بوضع المالتيميتر جانباً، وانتقل إلى تصحيح الأخطاء التسلسلي (serial debugging) أو استخدم مُحلل منطقي (logic analyzer) لفحص الإشارات الرقمية.

الاستمرارية والمكثفات (capacitors) الضخمة: أثناء استكشاف المشكلات وإصلاحها يجب أن تقوم بعمل اختبار للاستمرارية بين مسارات الطاقة (VCC) ومسارات الأرضي (GND). وهذا اختبار جيد قبل توصيل الطاقة إلى النموذج الأولي (prototype) للتأكد من عدم وجود قصر في نظام الطاقة. لكن لا تندهش إذا سمعت صفارة قصيرة صادرة من المالتيميتر أثناء قيامك بالاختبار. وهذا يعود إلى أن هناك قدر كبير من السعة الكهربية (capacitance) في أنظمة الطاقة. المالتيميتر يعتمد على تحديد ما إذا كانت مقاومة ضئيلة جداً بين نقطتين لمعرفة اتصالهما من عدمه. والمُكثفات تعمل كدائرة قصر لجزء من الثانية حتى تُشحن بالطاقة، ثم تصبح كوصلة مفتوحة. لذلك تسمع صفارة قصيرة ثم لا تسمع شيئاً. هذا أمر طبيعي للغاية، إنها المُكثفات تُشحن فحسب.

تغيير المنصهر (Fuse)

أحد أكثر الأخطاء شيوعاً عند استخدام جهاز مالتيميتر جديد، قياس شدة التيار المار بلوح تجارب عن طريق توصيل المجسات بالمنفذين VCC و GND، وهذا أمر سيء للغاية. بمجرد عمل هذا يحدث قصر بين منفذ الطاقة ومنفذ الأرضي عبر المالتيميتر مما يسبب سريان أكبر قدر ممكن من التيار من مصدر الطاقة خلال المالتيميتر. وأثناء سريانه خلال المالتيميتر ترتفع درجة حرارة المُنصهر الداخلي حتى تصل شدة التيار إلى 200mA وعندها يتلف المُنصهر. كل هذا يحدث في جزء من الثانية بدون أي مؤشر مادي أو صوتي على وجود شيء خاطئ.

ماذا يجب أن نفعل الآن؟ حسناً. أولاً يجب عليك دائماً تذكر أن قياس شدة التيار يكون على التوالي (عن طريق فتح مسار في الدائرة وتوصيل طرفي المالتيميتر لجعل التيار يمر فيه). وإذا حاولت قياس شدة التيار باستخدام المالتيميتر بعد تلف المنصهر فستلاحظ أن الجهاز يقرأ “0.00”، وأن النظام لا يعمل كما يجب عندما تقوم بتوصيل المالتيميتر. وهذا يعود إلى أن المنصهر الداخلي تالف ويعمل كدائرة مفتوحة. لكن لا تقلق، هذا أمر معتاد ولن يكلفك إصلاحه أكثر من دولار واحد.

لتغيير المنصهر قم بتجهيز مفك صغير وابدأ بفك براغي المالتيميتر. المالتيميتر الرقمي الخاص بـ SparkFun يسهل فكه للغاية. ابدأ بإزالة غطاء البطارية ثم إزالة البطارية ذاتها.

بعد ذلك قم بإزالة البرغيين المتواجدين خلف غطاء البطارية.

قم برفع وجه المالتيميتر برفق.

والآن لاحظ الخطافات الموجودة بالجزء السفلي من وجه المالتيميتر. ستحتاج لتحريك الوجه جانباً بقوة بسيطة لفصل تلك الخطافات.

بعد أن قمت بفك خطافات الوجه، من المفترض أن يتم فكه بسهولة. والآن يُمكنك رؤية ما بداخل المالتيميتر.

قم برفع المنصهر برفق لإخراجه من مكانه.

تأكد من قيامك باستبدال المنصهر الصحيح بمنصهر من نفس النوع. بعبارة أخرى قم باستبدال منصهر 200mA بمنصهر آخر 200mA.

تحذير! لا تقم بوضع منصهر 10A مكان منصهر 200mA. تبديل أماكن المنصهرات لا يُماثل تبديل أماكن منافذ المجسات. قم بقراءة المكتوب على الغطاء المعدني على كلا جانبي المنصهر للتفريق بين النوعين.

المُكونات ومسارات الدوائر المُتكاملة (PCB) بداخل المالتيميتر تم تصميمها لتتحمل كميات مُختلفة من التيار الكهربي. لذلك من الممكن أن تقوم بإتلاف المالتيميتر الخاص بك إذا قمت –بقصد أو دون قصد- بإمرار تيار شدته 5A في منفذ 200mA.

في بعض الأحيان تحتاج لقياس تيار كبير الشدة في بعض الأجهزة مثل المُحركات أو السخانات. هل ترى المنفذين المتاحين لوضع المجس الأحمر بداخلهما في مقدمة المالتيميتر؟ على اليسار 10A وعلى اليمين mAVΩ؟ إذا حاولت قياس تزيد شدته أكبر من 200mA من خلال منفذ mAVΩ فمن المحتمل أن تتسبب في تلف المنصهر. لكن إذا قمت باستخدام منفذ 10A لقياس شدة ذلك التيار فإن احتمالية تلف المنصهر تقل. الفرق بين المنفذين هو حساسية القياس. فكما ذكرنا سابقاً إذا استخدمت منفذ 10A وضبطت مفتاح الاختيار على 10A فستتمكن من قياس شدة تيار تصل إلى 0.01A (10mA)، وبالتالي يُمكنك قياس التيار الخاص بأي نظام يتدفق به تيار شدته أكبر من 10mA. أما إذا كنت تحاول قياس تيار ذي شدة منخفضة للغاية (شدته بالنانو أمبير أو بالميكرو أمبير) فستحتاج لاستخدام منفذ 200mA مع ضبط مفتاح اختيار المعيار على 2mA أو 200uA أو 20uA.

تذكر: إذا كانت هناك احتمالية أن يستهلك النظام الخاص بك أكثر من 100mA فيجب أن تقوم بوضع المجس بداخل منفذ 10A مع ضبط المفتاح على 10A.

عند استخدام أجهزة مالتيميتر رقمية رخيصة (بأسعار أقل من $50) تكون القراءات المأخوذة منها كافية لتشخيص المشكلات وعلاجها، وليست قراءات علمية تجريبية. إذا كنت تحتاج لمعرفة مدى استهلاك دائرة متكاملة ما للتيار أو الجهد مع مرور الوقت فقم باستخدام جهاز Agilent أو أي جهاز آخر عالي الجودة والدقة. تلك الأجهزة لها دقة عالية وتوفر مدى واسع من الوظائف (حتى أن بعضها يُمكن من خلاله لعب لعبة Tetris). مُصمم الأجهزة الشهير Bunnie Huang -مُصمم جهاز Chumby– يستخدم القراءات الدقيقة لقيم شدة التيار لتشخيص مُشكلات ألواح Chumby وعلاجها أثناء مراحل الاختبار النهائية. فعن طريق ملاحظة استهلاك التيار في مُختلف الألواح التي لا تعمل بشكل جيد (مثل استهلاك أحد الألواح التي لا تعمل بشكل جيد لتيار بشدة 210mA أعلى من الطبيعي) يستطيع تحديد السبب وراء عدم عمل تلك الألواح بشكل جيد (عندما لا تعمل ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) بشكل جيد فإنها تستهلك 210A أكثر من الطبيعي). ومن خلال تحديد تلك الأسباب المُحتملة يُصبح إصلاح وإعادة تشغيل الألواح أمراً أسهل بكثير.

مواصفات المالتيميتر الجيد

بالطبع كل شخص لديه تفضيلاته الخاصة، لكن بوجه عام أجهزة المالتيميتر التي تتيح قياس الاستمرارية هي الأفضل. أما المواصفات الأخرى فهي إضافية.

هناك أجهزة مالتيميتر تحتوي على خاصية الضبط التلقائي للمعيار (autoranging)، بمعنى أنها تقوم بضبط معيار القياس بشكل تلقائي لقياس الجهد أو المقاومة أو التيار بشكل صحيح. هناك أيضاً أجهزة مالتيميتر ناطقة ذات خاصية الضبط التلقائي للمعيار، وهي الأعلى في الجودة وتحتوي على المزيد من الخواص. إذا كنت تمتلك مالتميميتر يحتوي على خاصية الضبط التلقائي فكل ما عليك هو توصيله وسيقوم بالقياس لشكل جيد. لكن عليك أيضاً أن تتعلم كيفية جعله على الوضع اليدوي (manual)، لأن الجهد أو شدة التيار يُمكن أن يتذبذبا بشكل سريع. في بعض الأنظمة يكون الجهد أو التيار متقطع بشكل كبير بدرجة لا تجعل خاصية الضبط التلقائي تعمل بالشكل المطلوب.

احتواء المالتيميتر على شاشة ذات خلفية مضيئة (back-lit LCD) أمر رائع، لكن متى كانت آخر مرة اضطررت فيها لقياس التيار أو الجهد أو المقاومة في الظلام؟ طبعاً من النادر حدوث ذلك، لكن بعض الناس قد يُفضلون امتلاك مالتيميتر يُمكن استخدامه في الظلام.

صوت الطقطقة القوي (good click) لمفتاح اختيار المعيار يُعتبر أمر جيد، أما نعومة حركة مفتاح اختيار المعيار فهي دليل على رداءة المالتيميتر.

من الجيد كذلك أن يحتوي المالتيميتر على مجسات جيدة (Decent probes). فمع مرور الوقت تميل الأسلاك للانفصال عن الوصلة عند نقطة الاتصال بينهما. وكثيراً ما نرى أسلاكاً منفصلة تماماً عن المجسات. لكن إذا تعرضت المجسات الخاصة بالمالتيميتر للتلف فلا مشكلة لأنها رخيصة ويمكن استبدالها بسهولة.

خاصية الإطفاء التلقائي (Auto-off) هي خاصية رائعة يندر رؤيتها في أجهزة المالتيميتر الرخيصة. هذه الخاصية مُفيدة للمبتدئين والمحترفين على حد سواء، لأنه من المُحتمل أن ينسى أي منا إطفاء المالتيميتر بعد استخدامه. المالتيميتر الرقمي الخاص بـ SparkFun لا يحتوي على تلك الميزة، ولكنه لحسن الحظ موفر للطاقة بشكل كبير؛ فلقد تركناه يعمل باستمرار واستغرق يومين كاملين قبل أن تبدأ بطاريته بسعة 9V في النفاذ. لكن بوجه عام حاول ألا تنسى أن تطفئ المالتيميتر بعد استخدامه.

الآن أصبحت مُستعداً لاستخدام المالتيميتر الرقمي لتبدأ باستكشاف العالم من حولك. لا مانع من استخدام المالتيميتر لإجابة الأسئلة التي لطالما شغلت تفكيرك. هل صحيح أن الديود المضيء الخاص بي يستهلك تيار بشدة 20mA؟ ما هي قيمة الجهد الذي تحتويه ثمرة ليمون؟ هل كوب الماء موصل للكهرباء؟ هل يُمكنني استخدام ورق الألومنيوم كبديل للأسلاك؟ المالتيميتر الرقمي يُمكنه مساعدتك لإجابة هذه الأسئلة والعديد من الأسئلة الأخرى حول عالم الإلكترونيات.

المصادر والمضي قُدماً

والآن بعد أن تعرفت على كيفية استخدام المالتيميتر الرقمي اطلع على الدروس التالية لاستخدام هذه المهارة الجديدة:

• الديودات المُضيئة (LEDs)
• الديودات (Diodes)
• القدرة الكهربية (Electric Power)
• تقنيات البطاريات (Battery Technologies)
• توصيل الطاقة إلى مشروعك (Powering Your Project) (قريباً)

تمّت ترجمة هذه المادّة من موقع sparkfun تحت تصريح كرييتف كومّونز 3 (Creative Commons 3.0)