ก่อนอื่นต้องขอออกตัวก่อนว่าผู้เขียนจะพยายามอิงข้อมูล หลักการ และเหตุผลทางด้านวิชาการเป็นหลัก จะพยายามหลีกเลี่ยงการนำเสนอข้อมูลที่อิงกับการขาย
ดิจิตอลมัลติมิเตอร์ (DMM) เป็นเครื่องมือพื้นฐานของช่าง และวิศวกรตลอดจนนักมาตรวิทยาทั่วโลก ถ้าเราจะเริ่มศึกษาเรียนรู้เรื่องมาตรวิทยาก็ต้องเริ่มต้นที่ ดิจิตอลมัลติมิเตอร์ และที่สำคัญที่สุด ดิจิตอลมัลติมิเตอร์ ก็เป็นรากฐานของเครื่องมือวัดในปัจจุบันแทบทุกชนิด และเราจะมาทำความรู้จักกับ ดิจิตอลมัลติมิเตอร์ ให้ละเอียดมากขึ้น
ดิจิตอลมัลติมิเตอร์ จะแบ่งออกเป็น 2 ภาคใหญ่ ๆ คือ
- ภาคอินพุต หรือ Front end.
- ภาคแปลงสัญญาณ และแสดงผล
1. ภาคอินพุต (Input)
ภาคอินพุตของ ดิจิตอลมัลติมิเตอร์ มีหน้าที่ปรับแต่งสัญญาณอินพุต ให้แรงดันเหมาะสม (Conditioning) เพื่อป้อนไปยังภาค A to D (ADC) แต่เราจะต้องไม่ลืมว่ากระแสและแรงดันที่เราจะวัดทุกครั้งต้องอยู่ในเรนจ์ (Range) หรือสเปคของเครื่อง ซึ่งไม่มีใครรับรองได้ ดังนั้นภาคอินพุต จึงมีความสำคัญเป็นอย่างยิ่งในการเลือกดิจิตอลมัลติมิเตอร์ ว่าตัวเครื่องจะต้องมีภาคอินพุต ที่ถูกออกแบบมาเพื่อป้องกันกระแสเกิน และแรงดันเกิน ซึ่งส่วนใหญ่แล้วดิจิตอลมัลติมิเตอร์ที่ดีจะต้องมี
1.1 ฟิวส์ ป้องกันกระแสส่วนเกิน ซึ่งหลายคนได้มองข้ามจุดนี้ไป โดยเมื่อฟิวส์ขาด ไม่ได้เปลี่ยนฟิวส์ตามมาตรฐานเดิม อาจก่อให้เกิดอันตรายต่อชีวิตท่าน และฟิวส์ยังเป็นส่วนหนึ่งในการกำหนดมาตรฐานความปลอดภัยของเครื่องที่เรียกว่า CAT I II III IV
1.2 เทอร์มิสเตอร์ (Thermistor) ป้องกันแรงดันส่วนเกินที่ทำการวัด
1.3 ไดโอด (diode) มีไม่น้อยกว่า 8 ตัว คอยป้องกันไม่ให้ไฟเกิน 3.6 V เพื่อไปยังภาคต่อไป (6 ตัว Conduct)
1.4 MOV หรือ Metal Oxide Varistor. คอยป้องกันทรานเชียนต์ หรือไฟสูงมากๆ ที่อาจเข้ามาในภาคอินพุต โดยตั้งใจและอุบัติเหตุ
2. ภาคแปลงสัญญาณและแสดงผล
ในดิจิตอลมัลติมิเตอร์ทุกยี่ห้อ ไม่ว่าเราจะวัดในโหมดไฟฟ้ากระแสตรง DC (Direct Current), ไฟฟ้ากระแสสลับ AC (Alternating Current), โอห์ม (Ω) ทุกโหมดก็จะถูกเปลี่ยนแปลงในภาคอินพุต ให้เป็นแรงดัน (Voltage) เสมอ และจะมีวงจรแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล (ADC) คอยเปลี่ยนสัญญาณไฟให้เป็นข้อมูลดิจิตอลที่เราเห็นผ่านหน้าจอ ดังนั้น จำนวนบิต (Bit) ของวงจร A to D หรือ ADC จะเป็นตัวกำหนดรายละเอียดของการวัด หรือ แสดงผล ซึ่งเราจะคุ้นเคยในรูปของจำนวน digits หรือจำนวน Counts ในสเปคของเครื่อง ยิ่งจำนวน digits หรือจำนวน Counts สูง ราคาจะยิ่งสูงตามตัว และเราควรมองหาดิจิตอลมัลติมิเตอร์ที่มีจำนวน digits หรือจำนวน Counts สูงๆ ไม่เพียงแต่จำนวนบิต (Bit) ของ A to D ที่มีบทบาทสำคัญ แต่จะมีวงจรคุมค่าแรงดันมาตรฐาน (Voltage Reference) ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นมาตรฐานหลักของทุกโหมด และจะเป็นตัวกำหนดค่าความถูกต้อง (Accuracy) ค่าความเที่ยงตรง (Precision) ของตัวดิจิตอลมัลติมิเตอร์
ส่วนภาคแสดงผลเราคงจะไม่พูดถึงรายละเอียด ณ ที่นี้ เพราะแต่ละผู้ผลิตจะมีวิธีการนำเสนอหรือแนะนำคุณสมบัติที่คล้ายๆกันเกือบจะเป็นมาตรฐานเดียวกัน
เมื่อต้องเลือก Digital Multimeter มาใช้งานสักเครื่องควรพิจารณาจากอะไร
ความปลอดภัย (Safety)
ดิจิตอลมัลติมิเตอร์มีหลายสิบยี่ห้อในท้องตลาด ถ้าเราจะหยิบประเด็นเรื่องมาตรฐานความปลอดภัย ก็จะเหลือดิจิตอลมัลติมิเตอร์ที่มี CAT ได้รับมาตรฐานอยู่เพียงไม่กี่ยี่ห้อ ปัจจัยที่เป็นตัวกำหนดค่า CAT ขึ้นอยู่กับการออกแบบวงจร ขนาดของเครื่อง และรวมไปถึงการออกแบบโครงตัวเครื่อง ที่ป้องกันการระเบิดในการใช้งาน ดังนั้นดิจิตอลมัลติมิเตอร์ที่ดี ไม่ควรมีขนาดเล็กและบางจนเกินไป ซึ่งแน่นอนที่สุดจะต้องผ่านการทดสอบระบบไฟแรงสูง (High Voltage) และการอาร์ค (Arc) ลักษณะที่ดีของดิจิตอลมัลติมิเตอร์ควรมีขนาดพอสมควรถ้าใหญ่เกินไป เราอาจสูญเสียความกระทัดรัดและสะดวกในการพกพา แต่สุดท้ายแล้วเราต้องคำนึงถึงความปลอดภัยเป็นหลัก
การใช้งาน (Applications)
หากเรามองเผินๆแล้ว หลายคนอาจคิดว่าดิจิตอลมัลติมิเตอร์แต่ละยี่ห้อคล้ายๆกันหมด น่าจะเอามาใช้แทนกันได้ ซึ่งในอดีตอาจจะใช้ได้ แต่ในปัจจุบันมีงาน หรือ แอพพลิเคชั่น (Applications) ที่สำคัญๆ รอบๆตัวเรา เช่น อินเวอร์เตอร์ (Inverter) เป็นต้น
ซึ่งหากท่านคิดที่จะใช้งานที่เกี่ยวข้องกับไฟฟ้ากระแสสลับที่รูปคลื่นไม่เป็นคลื่นไซน์ (sine wave) จะต้องคิดให้หนัก กล่าวคือ ดิจิตอลมัลติมิเตอร์ ถูกออกแบบมาให้วัดรูปร่างคลื่นอะไรก็ได้ ความถี่ย่านกว้างๆได้อย่างแม่นยำ แต่มันจะใช้ไม่ได้เลยกับงานบางอย่าง เช่น Pulse width modulation (PWM) ซึ่งเราต้องการวัดค่าความถี่ต่ำอย่างเดียว แต่อินเวอร์เตอร์ (Inverter) มีความถี่สูงปนมาด้วย จะทำให้ค่าที่แสดงออกมาสูงผิดปกติ ซึ่งเราอาจจะทึกทักว่าเสียก็ได้ ดังนั้นหากเรามีโอกาสที่จะต้องใช้ดิจิตอลมัลติมิเตอร์ในงานไฟฟ้า หรือ มอเตอร์ ก็ควรจะมองหาดิจิตอลมัลติมิเตอร์ ที่มีลักษณะกรองความถี่ต่ำ (low pass filter) ซึ่งหากจำเป็นจะต้องเลือกจริงๆ ก็จะเหลือดิจิตอลมัลติมิเตอร์ในตลาดเพียงไม่กี่รุ่นและไม่กี่ยี่ห้อ
สำหรับนักมาตรวิทยาที่ทำงานในห้องสอบเทียบดิจิตอลมัลติมิเตอร์ต้องมีลักษณะจำนวน digits หรือ จำนวน Counts สูงๆ และค่าความเสถียร(Stability) ดีๆ ซึ่งจะมีราคาสูงขึ้นไปกว่าดิจิตอลมัลติมิเตอร์ทั่วไป
งานไฟฟ้าบางประเภทอาจต้องการดิจิตอลมัลติมิเตอร์ที่มีลักษณะ Lo Z (Low Input Impedance) เพื่อง่ายต่อการตรวจซ่อมระบบไฟฟ้า ซึ่งดิจิตอลมัลติมิเตอร์โดยทั่วไปจะมีคุณสมบัติ Hi Z (High Input Impedance) อาจทำให้ช่างไข้วเขวจากปัญหาแรงดันผีหลอก (Ghost Voltage)
หลักเศรษฐศาสตร์
หลายคนเลือกมัลติมิเตอร์โดยใช้หลักเศรษฐศาสตร์ ต้องขอออกตัวไว้ก่อนว่าสำหรับหัวข้อนี้ เป็นที่นิยมและเป็นข้อแรกในการเลือกซื้อมัลติมิเตอร์ แต่หลังจากเราได้ทราบคุณสมบัติ ความจำเป็นในทางวิศวกรรมตลอดถึงความปลอดภัยต่อผู้ใช้งานและรวมไปถึงทรัพย์สิน คิดว่าประเด็นในการเลือกมัลติมิเตอร์ โดยใช้ปัจจัยเรื่องราคามาก่อนไม่น่าจะถูกต้องนัก เนื่องจากปัจจุบันราคาของแต่ละยี่ห้อไม่ได้แตกต่างกันมากเท่าไหร่ ทั้งนี้ทั้งนั้นไม่ได้มีความต้องการให้ท่านเลือกซื้อของแพงไว้ก่อน ตรงกันข้ามท่านควรจะเลือกโดยใช้เหตุผลก่อนหน้านี้มาตัดสินใจไม่จำเป็นว่าต้องเป็นแบรนด์ที่ครองตลาด ควรจะมองหาคุณสมบัติหรือสเปคที่ครอบคลุมตามหัวข้อต่างๆ ที่ได้กล่าวมา
มุมมองต่อการซ่อมและการ Recalibrate ของดิจิตอลมัลติมิเตอร์
ถ้าเราซื้อดิจิตอลมัลติมิเตอร์แล้วสามารถซ่อมได้ในประเทศไทย ก็ถือเป็นเรื่องที่ดีและถ้าจะให้ดีควรมีวงจรสำหรับซ่อมบำรุงก็คงจะดีสุดๆ สิ่งที่หลายคนไม่ค่อยให้ความสำคัญ อีกเรื่องก็คือการสอบเทียบหรือ calibrate เครื่องภายหลังจากการใช้งานแล้ว 1 ปี ดิจิตอลมัลติมิเตอร์ที่ดี ควรมีคุณสมบัติที่จะสอบเทียบ (calibrate) และ adjust เครื่องได้ถ้าตกสเปค ผู้ผลิตจะต้องอำนวยความสะดวกแก่ลูกค้ากับขั้นตอนการปรับเครื่องอย่างเปิดเผย และถ้าจะให้ดีที่สุดดิจิตอลมัลติมิเตอร์ ยี่ห้อนั้นจะต้องสามารถ adjust ได้โดยไม่ต้องถอดฝาหน้า หรือ ฝาหลัง ที่เรามักเรียกว่า “Closed Case Calibration” ควรมองหาเครื่องที่มีคุณสมบัติ Closed Case Calibration ไว้ก่อน เพราะจะสะดวกในการสอบเทียบมากที่สุด
ความทนทานและความแข็งแรงของดิจิตอลมัลติมิเตอร์
สำหรับดิจิตอลมัลติมิเตอร์จะขอแยกออกเป็น 2 ส่วน ส่วนแรกจะเป็นความทนทานทางไฟฟ้า และส่วนที่สองคือความทนทานทางกายภาพ
ในส่วนของความทนทานทางไฟฟ้านั้นเราควรจะมองหาดิจิตอลมัลติมิเตอร์ที่ถูกออกแบบมาให้มีตัวป้องกันกระแส แรงดันเกินให้ครบถ้วน ดังที่ได้กล่าวมาแล้วในตอนต้น
ในส่วนความทนทานทางกายภาพนั้นเบื้องต้นวัสดุพลาสติกที่ใช้ทำจะต้องมีความแข็งแรง ไม่แตกง่าย ซึ่งหลายๆยี่ห้อก็สามารถทำออกมาได้ดีแต่ถ้าเจาะลึกลงไปถึงการใช้งานเครื่องแล้ว ทุกยี่ห้อก็ต้องมีฟังก์ชั่นสวิตซ์ (function switch) คอยปรับเปลี่ยนฟังก์ชั่นเป็น V, Ω , A, HZ และก็เป็นอุปกรณ์ที่ทำงานหนักที่สุด จนกระทั่งมีคนทำการทดสอบความทนทานของ ฟังก์ชั่นสวิตซ์ (function switch) โดยใช้หุ่นยนต์ทำการบิดสวิตซ์ไปมาเสมือนใช้งานจริง มีการทดลองหลายๆยี่ห้อ สุดท้ายก็สรุปออกมาว่า เพียงไม่กี่ยี่ห้อที่สามารถทนทานต่อการทดสอบแบบนี้ ซึ่งท่านสามารถดูได้จากวิดีโอด้านล่างนี้
วิดีโอทดสอบความทนทานของ
ฟังก์ชั่นสวิตซ์ (function switch)
โดยใช้หุ่นยนต์ทำการบิดสวิตซ์ไปมาเสมือนใช้งานจริง มีการทดลองจากหลายๆยี่ห้อ