Cách sử dụng đồng hồ vạn năng

Làm thế nào để sử dụng đồng hồ vạn năng (đồng hồ vom hay multimeter)? Nếu bạn lần đầu tiên làm quen với loại dụng cụ đo này chắc hẳn bạn sẽ khá thắc mắc. Bài viết này sẽ hướng dẫn bạn cách sử dụng đồng hồ vạn năng kỹ thuật số, một công cụ không thể thiếu trong việc đo kiểm tra mạch điện, tìm hiểu về các thiết kế điện tử mà bạn quan tâm thậm chí là kiểm tra pin.

Chức năng cơ bản của đồng hồ vom là đo điện áp và dòng điện. Đây là công cụ rất tốt để kiểm tra và xử lý các sự cố ví dụ như xem mạch có hoạt động hay không, hoặc công tắc có hoạt động hay không. Trong bài hướng dẫn này sẽ đề cập đến một số cách đo điện áp, dòng điện, điện trở và thông mạch bằng đồng hồ vạn năng.

Các bộ phận của đồng hồ vạn năng

Màn hình

Núm chọn

Cổng

Màn hình của nó có 4 chữ số và có khả năng hiển thị giá trị âm. Một số multimeter có màn hình phát sáng để đọc kết quả trong điều kiện ánh sáng yếu.

Núm chọn cho phép người sử dụng cài đặt đồng hồ vạn năng để đọc các giá trị khác nhau như dòng điện mA, điện áp V và điện trở Ω.

Có 2 đầu dò được cắm vào 2 cổng  ở mặt trước của đồng hồ. Trong đó chữ COM là viết tắt của common là cổng nối đất hoặc nối âm trong mạch điện. Đầu dò COM thường có màu đen. Không có sự khác biệt giữa đầu dò màu đỏ và đầu dò màu đen ngoài màu sắc. 10A là cổng đặc biệt sử dụng khi đo dòng lớn (hơn 200mA). mAVΩ là cổng thường được nối với đầu dò màu đỏ. Cổng này cho phép đo dòng điện lên tới 200mA, điện áp V và điện trở Ω. Đầu dò có một đầu nối cong giống quả chuối dùng để cắm vào đồng hồ vạn năng. 

Đo điện áp

Đầu tiên bạn có thể làm quen bằng cách đo điện áp trên pin AA. Cắm đầu dò màu đen vào cổng COM và đầu dò màu đỏ vào cổng mAVΩ. Xoay núm chọn tới giá trị 2V trong khoảng giá trị của dòng một chiều DC. Hầu hết các thiết bị điện tử cầm tay đều sử dụng dòng một chiều DC chứ không dùng dòng xoay chiều AC. Chạm đầu dò đen vào cực âm và đầu dò đỏ vào cực dương của pin. Nếu pin của bạn còn mới bạn sẽ thấy giá trị hiển thị trên đồng hồ dao động quanh giá trị 1.5V. Nếu pin còn mới nguyên có thể thấy giá trị đo lớn hơn 1.5V một chút.

Nếu bạn đo điện áp một chiều DC chẳng hạn như pin hoặc cảm biến gắn với arduino, bạn cần xoay núm chỉnh đến chỗ giá trị V có đường thẳng như hình dưới.

Điện áp xoay chiều (ví dụ như nguồn điện lấy từ ổ cắm nằm trên tường) khá nguy hiểm, do đó hiếm khi sử dụng chức năng đo điện áp xoay chiều AC. Nếu bạn muốn đo điện xoay chiều AC thì bạn nên sử dụng dụng cụ đo không tiếp xúc thay vì sử dụng đồng hồ vạn năng.

Điều gì sẽ xảy ra khi bạn đổi vị trí đầu dò đỏ và đầu dò đen? Khi bạn đổi thì giá trị hiển thi trên đồng hồ sẽ thành giá trị âm chứ không có gì nghiêm trọng hết. Đồng hồ vom đo điện áp sẽ dựa vào đầu dò COM. 1.5V là điện áp trên cực dương của pin so với COM. Nếu đổi đầu dò thì chúng ta sẽ xem cực dương là COM hay điểm 0. Như vậy -1.5V là điện áp trên cực âm của pin so với COM.  

Tiếp theo bạn có thể làm một mạch đơn giản để đo điện áp giống như trong thực tế. Mạch gồm một điện trở 1kΩ và một led siêu sáng cắm trên breadboard đã có sẵn cấp nguồn. Trước tiên cần đảm bảo cấp nguồn chính xác 5V, nếu giá trị nguồn lớn hơn 5.5V hoặc bé hơn 4.5V cần kiểm tra lại. 

Xoay núm chỉnh của đồng hồ vạn năng đến giá trị 20V trong khoảng dòng điện một chiều DC (có ký hiệu V kèm một đường thẳng). Bởi vì đồng hồ vom sẽ không tự động chọn khoảng được nên bạn phải tự chọn khoảng đo phù hợp. Ví dụ 2V sẽ đo điện áp tối đa là 2V, 20V sẽ đo điện áp tối đa là 20V. Như vậy nếu bạn muốn đo pin 12V cần phải chọn 20V. Nếu bạn chọn không chính xác, bạn sẽ thấy màn hình thay đổi và hiển thị giá trị 1.

Bạn có thể kiểm tra các bộ phận khác nhau của mạch điện bằng cách này bạn sẽ biết được điện áp cần thiết cho mỗi linh kiện điện tử. Đầu tiên đo toàn bộ mạch điện trước. Chạm đầu dò đỏ vào chỗ dòng điện vào điện trở và đầu dò đen vào chân âm của đèn led sẽ đo được điện áp tổng của mạch điện khoảng 5V.

Sau đó bạn có thể kiểm tra điện áp của đèn led sử dụng là bao nhiêu. Giá trị này còn được gọi là điện áp rơi. Khi bạn đo các bộ phận khác nhau của mạch điện bạn có thể phân tích tổng thể mạch điện.

Quá tải

Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn chọn khoảng điện áp trên đồng hồ thấp hơn điện áp bạn muốn đo? Cũng không có gì nghiêm trọng lắm. Lúc này đồng hồ sẽ hiển thị số 1. Điều này có nghĩa là nó muốn nói cho bạn biết nó đang bị quá tải hay là nằm ngoài khoảng đo. Giá trị bạn muốn đo vượt quá khoảng đo mà bạn lựa chọn trên đồng hồ. Lúc này bạn chỉ cần xoay núm chỉnh sang khoảng đo cao hơn là được.

Núm chọn

Tại sao khoảng giá trị trên núm chọn là 20V chứ không phải là 10V? Nếu bạn muốn đo điện áp dưới 20V, bạn xoay núm chọn đến vị trí 20V. Ở khoảng này bạn có thể đo giá trị từ 2.00 đến 19.99.

Bởi vì chữ số đầu tiên của đồng hồ vạn năng chỉ hiển thị được 1 nên khoảng giá trị giới hạn ở 19.99 thay vì là 99.99. Do đó khoảng tối đa là 20V thay vì là 99V.

Đo điện trở

Các loại điện trở bình thường có vạch màu trên thân. Nó có thể giúp bạn tính ngay được giá trị (Xem thêm cách đọc điện trở). Ngoài cách đó ra bạn có thể sử dụng đồng hồ vạn năng để đo.

Khi bạn đo một điện trở đầu tiên xoay núm chọn 20kΩ. Sau đó chạm các đầu dò vào chân của điện trở. Đồng hồ vạn năng sẽ hiển thị một trong 3 giá trị sau: 0.00, 1 hoặc giá trị thực của điện trở.

Ví dụ trên đồng hồ bạn đọc được giá trị 0.97 có nghĩa là điện trở có giá trị 970Ω hoặc khoảng 1kΩ. Vì lúc này núm chọn đang ở giá trị 20kΩ tương đương 20000Ω nên bạn phải chuyển dấu thập phân ba chữ số về bên phải nên giá trị đo là 970Ω.

Nếu đồng hồ vạn năng hiển thị 1 hoặc OL có nghĩa là nó bị quá tải. Bạn cần xoay núm chọn lên giá trị cao hơn ví dụ như 200kΩ hoặc 2MΩ (megaohm). Bạn cần lưu ý quá tải không có hại gì cho đồng hồ vom hết mà chỉ đơn giản là bạn cần phải xoay lại núm chọn cho đúng.

Nếu giá trị trên đồng hồ vạn năng đo được là 0.00 hoặc gần với 0 tức là bạn phải xoay núm chọn xuống giá trị thấp hơn như 2kΩ hay 200Ω.

Bạn cần nhớ là nhiều điện trở có giá trị dung sai là 5%. Có nghĩa là khi đọc mã màu điện trở thì bạn tính được nó có giá trị 10000Ω tương đương với 10kΩ, nhưng do sự sai lệch trong sản xuất thì giá trị này sẽ sai lệch đến mức thấp nhất là 9.5kΩ và cao nhất là 10.5kΩ.

Bây giờ cũng điện trở 970Ω ở trên nếu bạn núm chọn sang giá trị thấp hơn ví dụ như 2kΩ thì điều gì sẽ xảy ra?

Thực tế sẽ không có thay đổi nhiều lắm bởi vì đây là điện trở 1kΩ nên vẫn thấp hơn giá trị chọn là 2kΩ, như vậy vẫn sẽ hiển thị giá trị đo trên điện trở. Ví dụ bạn sẽ đọc được là 0.981 chẳng hạn lúc này sẽ có thêm một số phía sau phần thập phân giúp nâng độ phân giải của kết quả đo lên một chút.

Cũng với điện trở đó thì điều gì sẽ xảy ra khi bạn xoay núm chọn xuống giá trị thấp hơn ví dụ như 200Ω?

Có thể bạn sẽ đoán được ngay vì giá trị của điện trở là 1kΩ lớn hơn 200Ω nên giá trị này đã vượt ra ngoài khoảng đo. Thế nên bạn sẽ thấy trên đồng hồ hiển thị số 1 có nghĩa là nó bị quá tải, cần phải xoay núm chọn lên giá trị lớn hơn.

Theo nguyên tắc thông thường sẽ rất hiếm gặp điện trở 1Ω. Bạn cũng cần nhớ đo điện trở không phải lúc nào cũng hoàn hảo bởi vì nhiệt độ có thể làm ảnh hưởng đến kết quả đo rất nhiều. Ngoài ra việc đo điện trở khi nó vẫn gắn trên mạch rất khó vì các linh kiện khác trên mạch có thể làm ảnh hưởng kết quả đo. 

Do dòng điện

Do dòng điện hơi khó hơn so với các loại đo kiểm khác bởi vì bạn phải mắc nối tiếp để đo. Trong khi đo điện áp chỉ cần nối với VCC và GND (mắc song song) là đo được thì khi đo dòng điện bạn phải làm gián đoạn dòng điện bằng cách mắc nối tiếp đồng hồ đo vào. Chúng ta sẽ lấy ví dụ mạch điện đã nói ở phần đo điện áp ở trên.

Đầu tiên chúng ta cần thêm một đoạn dây dẫn. Như đã nói ở trên chúng ta cần phải làm gián đoạn vật lý mạch điện để do dòng. Như vậy ta sẽ gỡ đoạn dây dẫn VCC nối với điện trở thay bằng đoạn dây phụ. Sau đó nối hai đầu dò của đồng hồ vạn năng với dây VCC và dây phụ để trở thành đồng hồ mắc nối tiếp trong mạch. Bạn nên chọn đầu dò dạng kẹp để dễ thao tác.

Khi bạn đã nối đồng hồ vom với mạch song thì xoay núm chọn để lựa khoảng đo tương tự như với điện áp và điện trở. Bạn có thể bắt đầu với giá trị 200mA trên đồng hồ bởi vì dòng tiêu thụ của breadboard đều dưới 200mA. Bạn cần đảm bảo đầu dò đỏ cắm vào cổng 200mA FUSED.

Thường thì cổng này tương tự khi đo điện áp và điện trở và có ký hiệu là mAVΩ. Điều này có nghĩa là bạn có thể cắm đầu dò đỏ ở cùng cổng này để đo điện áp, điện trở và dòng điện. Tuy nhiên nếu bạn nghi ngờ mạch bạn muốn đo sử dụng dòng gần 200mA hoặc lớn hơn thì bạn nên chuyển đầu dò sang cổng 10A để đảm bảo an toàn. Nếu dòng quá tải có thể làm đứt cầu chì.

Đồng hồ vạn năng lúc này sẽ giống như một đoạn dây dẫn. Khi thời gian qua đi thì LED, vi điều khiển, cảm biến hoặc các thiết bị khác khi được đo sẽ thay đổi công suất tiêu thụ. Ví dụ như bật LED lên sẽ tăng khoảng 20mA trong 1 giây và sẽ giảm trong 1 giây khi tắt. Đồng hồ vạn năng sẽ mất thời gian để đọc sau đó trả về giá trị trung bình nên bạn sẽ thấy kết quả đo có sự dao động.

Tương tự như các phép đo khác khi bạn đo dòng điện màu của đầu dò không làm ảnh hưởng đến kết quả đo. Thế nên khi bạn đổi vị trí đầu dò thì kết quả do chuyển thành giá trị âm chứ không có gì thay đổi.

Việc do dòng điện có thể hơi khó nếu bạn mới làm lần đầu. Bạn cũng đừng quá lo lắng nếu bạn lỡ làm đứt cầu chì vì bạn có thể thay được và phần dưới sẽ có hướng dẫn bạn.

Đo thông mạch

Đo thông mạch là đo kiểm tra điện trở giữa hai điểm. Nếu có điện trở rất thấp dưới vài Ω tức là hai điểm được nối điện với nhau thì lúc này sẽ có âm báo được phát ra. Nếu điện trở nhiều hơn vài Ω thì mạch hở và không có âm báo. Phép đo này giúp kiểm tra các kết nối cần thiết hoặc không cần thiết giữa hai điểm.

Để đo được trước hết xoay núm chọn sang ký hiệu của diode với sóng lan truyền xung quanh giống như phát ra từ loa như hình bên dưới.

Tiếp theo chạm hai đầu dò lại với nhau. Đồng hồ vạn năng sẽ phát ra âm báo. Cần chú ý là không phải đồng hồ vạn năng nào cũng có đo thông mạch nhưng hầu như là đều có. Âm báo đó cho biết là có một lượng nhỏ dòng điện được cho phép chạy qua giữa hai đầu dò mà không có điện trở (hoặc điện trở rất nhỏ).

Trên breadboard không được cấp nguồn, sử dụng đầu dò để chạm vào 2 chân nối đất. Bạn sẽ nghe âm báo chứng tỏ 2 chân này có kết nối. Chạm các đầu đò từ chân VCC từ vi điều khiển sang VCC trên nguồn. Nếu có âm báo chứng tỏ rằng năng lượng được tự do đi từ VCC đến vi điều khiển. Nếu không có âm báo thì bạn có thể theo lộ tuyến mà dấu đồng để lại để kiểm tra xem có đứt gãy ở đường dây, breadboard hoặc PCB hay không.

Đo thông mạch có thể giúp kiểm tra 2 chân SMD có chạm nhau hay không. 

Khi một hệ thống không hoạt động thì đo thông mạch giúp khắc phục sự cố. Có thể thực hiện theo các bước sau:

1. Nếu hệ thống đang ở chế độ ON kiểm tra thật cẩn thận VCC và GND bằng tính năng đo điện áp để đảm bảo điện áp ở đúng mức. Nếu hệ thống 5V đang chạy ở 4.2V cần kiểm tra bộ điều khiển thật cẩn thận, nó có thể rất nóng chứng tỏ hệ thống đang kéo quá nhiều dòng điện.
2. Ngắt điện khỏi hệ thống và kiểm tra thông mạch giữa VCC và GND. Nếu có thông mạch (nghe một tiếng beep) có nghĩa là có chỗ nào đó bị ngắn mạch.
3. Ngắt điện khỏi hệ thống. Kiểm tra thông mạch xem VCC và GND có nối đúng với các chân của vi điều khiển và các thiết bị khác không. Tuy hệ thống có thể cấp nguồn được nhưng các IC có thể đấu sai.
4. Giả sử bạn có thể chạy vi điều khiển. Lúc này không sử dụng đồng hồ vạn năng nữa mà chuyển sang gỡ lỗi serial hoặc dùng bộ phân tích logic để kiểm tra tín hiệu số.

Thông mạch và tụ điện lớn: Trong quá trình xử lý sự cố, bạn sẽ đo thông mạch giữa GND và VCC. Bước kiểm tra rất quan trọng trước khi cấp nguồn cho hệ thống để bảo đảm không có ngắn mạch. Nhưng bạn cũng đừng quá ngạc nhiên khi nghe tiếng beep rất ngắn khi thăm dò bằng đồng hồ vạn năng. Điều này xảy ra do một lượng điện dung đáng kể nằm trên hệ thống. Đồng hồ vom sẽ tìm kiếm các điện trở rất thấp để xem hai điểm có nối với nhau không. Các tụ điện sẽ tạo ra các điểm ngắn mạch tạm thời cho đến khi nạp đầy điện, sau đó sẽ trở thành kết nối mở. Do đó bạn sẽ nghe thấy tiếng beep ngắn và sau đó là không có gì. Đó là điều bình thường vì tụ điện đang sạc điện.

Thay cầu chì

Một sai lầm phổ biến nhất khi mới sử dụng đồng hồ vạn năng là do dòng trên breadboard bằng cách dò từ VCC đến GND. Dòng điện đi qua đồng hồ vom làm nóng cầu chì và dòng 200mA sẽ làm đứt cầu chì. Quá trình này xảy ra rất nhanh không có tiếng động cũng như không có biểu thị vật lý cụ thể.

Nếu bạn đo dòng bằng đồng hồ vạn năng bị đứt cầu chì, bạn sẽ thấy đồng hồ hiển thị 0.00 và hệ thống sẽ không bật lên như bình thường khi bạn gắn đồng hồ vom vào. Bởi vì cầu chì bị đứt nên nó sẽ làm mạch bị hở. Bạn chỉ cần thay lại cầu chì với giá cũng khá rẻ. Cần lưu ý chọn đúng loại cầu chì để thay. Ví dụ như đồng hồ vạn năng dùng cầu chì 200mA thì phải kiếm đúng loại 200mA để thay. 

Lấy cầu chì ra khỏi đồng hồ vom bằng cách tháo nắp che pin và mở ốc vít ở mặt sau đồng hồ. Lúc này bạn có thể lấy bảng mạch ra và thấy có 2 cầu chì nằm trên đó. Chú ý là trên đó có cầu chì 10A và 200mA vì thế cần xem kỹ cầu chì 200mA là cầu chì nào để thay cho đúng. Bạn có thể đọc trên đầu kim loại của cầu chì để xem.

Các linh kiện và PCB bên trong đồng hồ vạn năng được thiết kế để chịu các dòng điện khác nhau. Chính vì thế bạn sẽ làm hư đồng hồ nếu vô tình cho dòng 5A đi qua cổng 200mA.

Bạn sẽ thấy có 2 cổng trên đồng hồ vom dùng để cắm đầu dò màu đỏ là 10A nằm bên trái và mAVΩ nằm bên phải. Nếu bạn đo dòng lớn hơn 200mA ở cổng mAVΩ bạn sẽ làm đứt cầu chì. Nếu bạn sử dụng cổng 10A bạn sẽ giảm nguy cơ làm đứt cầu chì. Nhưng đánh đổi lại sẽ là độ nhạy. Khi sử dụng cổng 10A bạn chỉ đo được tối thiểu 0.01A hay 10mA. Nếu bạn muốn đo dòng nhỏ hơn nữa (micro hoặc nano) thì cổng 200mA với núm chọn ở các vị trí 2mA, 200uA hoặc 20uA là phù hợp với bạn.