디지털멀티미터의 이해(Digital Multimeter)

디지털멀티미터의 이해

ABI SYSTEM8 모듈인 MIS 4 (Multiple Instrument Station)는 8가지의 고사양 시험 기능을 제공하는 소프트웨어 기반의 가상계측기인 올인원 제품입니다. 디지털멀티미터, 오실로스코프, 주파수계수기, 임의파형생성기, 다기능 IO, 보조전원공급 기능을 제공합니다.

보통 멀티미터는 회로나 부품에 대해 전압, 전류, 저항 등을 측정하는 계측장비입니다. 일반적으로 멀티미터나 미터, Digital Volt Meter(DVM), DMM (Digital Multi Meter), 테스터기 등으로 불리고 있습니다. 이러한 장비는 아날로그 방식의 기기와 디지털 방식의 기기로 분류됩니다. 아날로그 방식의 경우 가동 코일형 지침을 이용하여 측정된 값을 연속적으로 표시하는 반면 디지털형 멀티미터는 액정 디스플레이에 측정된 결과를 불연속적인 값으로 표시하게 됩니다.

 

최근에는 거의 디지털 방식의 멀티미터가 주로 판매되고 사용됩니다. 아래 사진 순서대로 주머니 등에 넣을 수 있는 포켓형 제품, 핸디형 아날로그 방식과 디지털 방식의 멀티미터, 벤치탑 또는 데스크 형 멀티미터가 있습니다. 멀티미터는 기본적으로 전압, 전류, 저항의 측정 기능을 제공하며 일부 제품들은 추가로 오실로스코프 기능이나 L, C 값을 측정하는 기능 등을 포함한 멀티미터를 판매한다.

- 포켓형 멀티미터, 아날로그 멀티미터, 디지털 멀티미터, 벤치탑형 멀티미터 -

멀티미터의 사용

기호와 의미

멀티미터로는 직류전압, 교류전압, 직류/교류 전류, 저항, 다이오드 및 도통 검사 등을 수행할 수 있습니다. 멀티미터에 연결되어 있는 빨간색과 검정색 프로브 (test probe)는 측정 시 (±)극의 혼동을 피하기 위하여 반드시 (+)와 (-) 단자에 연결해야만 합니다.

멀티미터의 구조, 표시와 테스트 프로브

명칭과 기호 세부 기능 설명

멀티미터 기능 중 노란색이나 청색으로 표시되어 있는 것은 노란색 버튼 또는 청색버튼을 누르면 활성화 되는 기능입니다. (전기용량 측정, 직류전류 및 전압 측정, 온도측정) 버튼의 색상은 제조사마다 차이가 있을 수 있습니다.

프로브 단자

전압측정

멀티미터로 전압을 측정하기 위해서는 검은색 프로브는 검은색 단자(COM)에 꼽고, 빨간색 프로브는 V-Ω로 표시되어 있는 빨간색 단자에 연결합니다. 교류 또는 직류 전압 측정 모드를 선택한 후 측정을 합니다.

※ 그림 출처 – Fluke 제품 매뉴얼

교류 전압을 측정할 경우에는 측정 모드를 (～V)에 놓고 측정합니다. 이때는 극성(+, -)은 별도로 구별할 필요가 없습니다. 단 실효치(Effective Value)를 표시하므로 만일 첨두치(Peak Value)가 필요한 경우는 이 값에 √2 곱해주고, 첨두 간치 (Peak-to-Peak Value)가 필요한 경우는 2√2를 곱해주면 됩니다.

SYSTEM 8 MIS4의 경우 AC/DC 최대 500V 까지 측정이 가능한 소프트웨어 기반의 가상 계측기입니다. 8가지 다양한 계측기능을 하나의 장비에서 제공하며 모든 기능이 Ultimate 소프트웨어서 동작합니다. 수리용 검사 및 측정에 유용하며 Pass, Fail 기반의 검사에 최적화된 장비입니다.

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다음 사진에서처럼 MIS 4 Digital Voltmeter 비교 모드에서는 1.3V의 타겟 전압을 설정하고 상하 마진 값을 지정합니다. 측정된 값과 비교를 통해 Pass, Fail 여부를 결정합니다.

화면의 아래에는 측정된 데이터에 대한 통계 정보를 표시합니다. 사용자가 원할 경우 측정 데이터를 파일이나 데이터베이스에 별도로 저장할 수도 있습니다.

- MIS 4 Digital Voltmeter & Ammeter -

전류측정

멀티미터로 전류를 측정하기 위해서는 검은색 프로브를 검은색 단자(COM)에 꼽고, 빨간색 프로브는 전류 측정 단자에 연결합니다. 전류의 크기에 따라 ~mA~μA, ~A 단자에 적절하게 연결하시면 됩니다.

전류 측정의 경우 크게 PCB 회로 전체에 인가되는 전류를 측정할 경우 회로의 전원을 차단하고 멀티미터를 연결합니다. 측정을 마치고 멀티미터를 분리하기 전에 전원을 오프하고 결선을 제거해야 합니다. 특정 부품에 흐르는 전류를 측정하기 위해서는 부품의 한쪽 리드선을 PCB에서 제거한 다음 측정을 합니다.

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전류 측정을 위해 부품을 제거하거나 프로브를 연결할 경우에는 반드시 PCB나 회로상의 전원을 차단한 후 작업을 수행하시기 바랍니다.

저항측정

저항을 측정하기 위해서는 측정 대상이 되는 부품이나 회로의 전원이 반드시 OFF 상태가 되어야 합니다. PCB 상에서 부품이나 회로의 저항 값을 측정하려 할 경우 측정 값이 일부 상이할 수 있습니다. 이는 회로를 구성하는 다른 부품과의 관계 때문에 값의 변화가 있을 수 있습니다. PCB상의 저항 부품 리드선 양단에서 저항을 측정하려고 할 경우 정확한 값을 확인하기 위해서는 부품을 떼어내어 측정을 해야만 합니다.

다만 수리 및 고장진단 측면에서 모든 저항기를 PCB에서 떼어 내어 검사할 경우 시간과 비용, 작업으로 인한 추가고장 가능성등 많은 어려움이 있습니다. 따라서 일반적으로 양품 PCB에 대한 부품이나 회로의 현재 측정된 저항 값을 마스터 데이터로 저장한 이후 동일 보드나 해당 보드를 향후 다시 점검할 경우 양품 데이터와 비교 시험을 통해 고장여부를 확인할 수 있습니다.

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일반적으로 PCB의 고장 수리를 위해서 많이 사용되는 기술이 V-I 테스팅입니다. V-I 테스팅은 시그니처검사 V-I 커브 검사 등으로 불립니다. V-I 시험은 전류 제한을 하면서 AC 신호를 측정 소자에 인가할 떄 측정되는 특성 임피던스에 대하여 Voltage에 대응하는 Current를 X-Y 그래프로 표시합니다.

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아날로그 V-I 시험은 매우 단순한 기술이지만 고장을 분석에 강력한 도구로 사용됩니다. V-I 시험을 통해 누설 부품, 내부적으로 손상된 부품, 값이 부정확한 부품, 쇼트, 오픈 검사 등을 수행할 수 있습니다.

위 그림과 같이 V-I 테스팅은 저항, 커패시터, 인덕터, 다이오드, 트랜지스터 등 다양한 부품에 대해 특성을 시험할 수 있습니다. 따라서, V-I 테스팅을 활용한다면 좋은 상태의 보드나 부품과 의심되는 보드나 부품 간의 곡선을 비교 분석에 집중할 수 있어 빠르게 고장 원인을 찾도록 도와줍니다. PCB 상의 부품 등은 병렬 또는 직렬의 조합으로 되어 있기 때문에 PCB 상에서 인서킷 시험을 통해 부품 사양의 값을 정확히 측정할 수는 없습니다. 좀 더 자세한 정보를 아시려면 VI 측정 기능을 제공하는 AICT 모듈이나 3D VI 기능을 제공하는 AMS 모듈을 참고하시기 바랍니다.

커패시터 측정

커패시터(콘덴서)의 커패시턴스를 측정하기 위해서는 멀티미터의 모드를 커패시터 측정 모드로 선택하고 시험을 수행합니다. 최근에는 전자제품의 소형화 등으로 인해 PCB 크기가 작아지고 사용된 부품도 SMD타입의 것들이 사용되고 있습니다.

특히 SMD 타입의 커패시터를 측정하려면 별도의 핀셋이나 트위저 타입의 프로브가 필요합니다. 10pF 값의 커패시터의 경우 일반적인 핸디형 멀티미터로는 정밀도가 높지 못해 측정이 불가능합니다. 별도의 LCR 측정 용도의 계측기를 사용해야 합니다.

LCR 미터를 이용한 부품 측정 사례 보기

SMD 타입의 부품일 경우 PCB상의 시료 크기가 작기 때문에 프로빙 할수 있는 접촉부위도 적습니다. 이때는 사진에서처럼 별도의 트위저 타입의 SMD 테스터를 사용하기는 추천합니다. 금도금되어 정밀 세공된 핀셋과 높은 정확도를 제공하기 때문에 작은 부품, 미세값을 갖는 부품의 시험에 적합니다. (LCR Pro1 제품 설명 보기)

● 시험을 수행하기 전에 회로의 전원을 차단하고 모든 고전압 커패시터들을 반드시 방전시킵니다.

● 커패시터 측정을 위한 회로 인서킷 시험 시 부품에 멀티미터를 연결하기 전에 전원을 차단해야 합니다.

회로의 오픈/쇼트 검사

회로나 부품의 오픈/쇼트를 검사하기 위해서 회로나 부품의 저항을 측정하여 판별할 수 있습니다. 또는 간편하게 멀티미터의 모드를 ' ))) ' 기호의 모드로 선택하고 시험을 수행합니다. ')))' 기호는 전기회로의 단락상태를 검사하는 기능으로 회로가 연결되어 있으면 “삐~" 부저음이 발생합니다.

다이오드 검사

다이오드 부품에 대한 검사를 위해서는 멀티미터 모드를 다이오드 기호로 선택한 후 시험을 수행합니다.

도통되는 포워드 전압을 확인할 수 있고 리버스 전압을 확인할 수 있습니다.

멀티미터 측정 시 주의사항

프로브 쇼트 주의

AC 전압이나 DC 전압을 측정하는 경우 프로브로 테스트 포인트나 터미널 블록을 연결하여 값을 측정하게 됩니다. 이런 경우 측정된 값을 멀티미터를 보기 위해 고개를 돌리거나 시야를 이동할 경우 자칫 두 개의 프로브가 서로 교차 되거나 접촉될 수 있습니다. 이런 경우 전원이 쇼트되어 스파크가 발생하여 기기나 시험기, 작업자 모두 손상을 입을 수도 있습니다. 전압을 측정하는 것은 활선 상태인 Power ON 테스트이므로 측정 시 항상 주의를 기울여야 합니다.

SMD 타입과 같은 세밀한 부품의 경우 프로빙하면서 다른 부품의 핀과 쇼트되지 않도록 주의해야 합니다.

진동이나 측정시 안정성 유지

측정을 수행하는 동안 대상 기기는 기구적, 물리적 안전성이 확인된 상태에서 측정을 수행해야 합니다. 진동이나 흔들림이 있는 기기에 시험을 해야 할 경우 반드시 안전성을 확보한 상태에서 측정을 해야 합니다. 또한 측정 중 손이나 손가락 등이 보드나 회로 등에 접촉 되지 않도록 주의합니다.

적절한 측정 모드의 선택

저항 측정 모드상태에서 전원 단자에 브로빙하지 않도록 주의해야 합니다. 기기나 멀티미터의 손상을 유발합니다. 정확한 측정 모드와 측정 방법으로 시험을 수행해야 합니다. 작업자는 멀티미터를 사용하기 전에 충분하게 내용을 이해 한 후 작업을 수행해야 합니다. 멀티미터가 회로와 연결된 상태에서는 다이얼 스위치를 조작하지 말아야 합니다.

저항 측정시 전원 OFF 확인

멀티미터로 저항을 측정할 경우에는 회로나 보드에 전원이 인가되지 않은 상태여야 합니다. 만일 전원이 인가된 상태에서 저항을 측정할 경우 기기나 멀티미터의 손상이 발생할 수도 있습니다. 경우에 따라서는 측정된 저항 값이 정확하지 않은 값이 표시될 수도 있습니다.

반드시 확인한 다음 측정 작업 수행

무엇을 측정하려 하는지, 측정을 하고자 하는 대상과 테스트 포인트 등에 대해서 정확하게 이해하고 알고 있는 상태에서 시험을 수행해야 합니다. 특히 AC 전원 회로 등과 같이 고전압 회로의 경우 정확하게 모르는 상태에서 측정 작업을 수행할 경우 쇼트 등이 발생해 위해를 입을 수가 있습니다.

사용 후 스위치 OFF

테스터기의 경우 사용을 마치면 전원을 OFF 상태로 전환한 후 보관하는 것을 습관 들여야 합니다. 기본적으로 대부분의 핸디형 계측기 등은 자동 전원 OFF 기능을 제공하고 있어 일정 시간 사용하지 않을 경우 자동으로 전원을 차단합니다. 핸디형 계측기도 자동 전원 차단이 되기전에 사용후 OFF로 전환해 놓으면 배터리 소모가 덜 될 것입니다. 벤치탑 계측기의 경우에는 사용이 끝난 상태에서 전원을 OFF로 하지 않을 경우 계측기의 수명이 단축될 수 있으므로 가능하면 사용이 끝나면 전원을 OFF상태로 전환해야 합니다.

배터리 상태 확인

핸디형 멀티미터의 경우 내장 배터리를 이용해 기기를 동작시킵니다. 보통 내장 배터리가 약할 경우 측정값이 부정확할 수 있으므로 배터리 경보등이 표시되면 반드시 새로운 배터리로 교체한 다음 측정을 하시기 바랍니다.