멀티미터(Multimeter)

[管韻]

멀티미터(Multimeter)

디지털 멀티테스터기

아날로그 멀티테스터기

포켓형 멀티테스터기

전압, 전류, 저항을 기본으로 캐패시터(콘덴서) 용량, 다이오드 특성, 주파수, 트랜지스터 특성등을 측정하는 계측도구.

멀티미터는 아날로그 방식, 디지털 방식이 있으며 본 문서에서는 디지털 방식 멀티미터에 대해서 주로 설명한다. 더불어 해당 항목에서는 핸디형 멀티미터를 주로 다루고 있다. 때문에 이것을 DMM이라고 부르는 곳도 있다.

2. 제품

만원 미만의 저렴한 싼 제품부터 40~70만원이 훌쩍 넘는 고가형까지 다양한 제품과 제조회사들이 있다. 기본적으로 포켓형-벤치형(데스크형)-오실로스코프 결합형 핸디형-벤치형(데스크형) 으로 나눌 수 있다. 주로 접하는 것은 포켓형-핸디형이고, 포켓형은 정말 필요한 경우가 아니면 핸디형 이상부터 선택하자. 그 이유는 아래 항목 내에서 서술.

멀티미터에서 중요한 성능중에 하나는 소전압 측정시의 멀티미터의 입력저항(임피던스) 이다. 미세한 전압이나 전류를 다루는 회로에 멀티미터로 전압을 측정하게 되면 멀티미터 쪽으로 미세한 전류가 흘러가 측정치가 변해서 정확한 전압을 측정할 수 없다. 멀티미터는 특히 저전압 측정 레인지에서 입력임피던스가 낮다. 그러므로 그런 소전력 회로의 전압을 정확히 측정하려면 저전압 측정 레인지에서도 입력저항이 높은 멀티미터가 필요하다. 아날로그식 멀티미터는 입력저항이 높으면 감도가 높은 정밀 미터를 써야하므로 매우 비싸지지만 디지털식의 미터는 대부분 증폭회로가 들어가므로 저가 디지털미터도 최고급 아날로그식 멀티미터보다 월등히 높은 입력저항을 가지고 있다. 입력임피던스가 높으면 그만큼 피측정회로에 영향을 주지않고 정확한 전압을 측정할수 있다. 전류 측정시에는 회로 중간에 멀티미터를 연결해야하므로 삽입저항이 낮을 수록 피측정회로에 미치는 영향이 적다.

그런데 이건 건전지 등의 전압을 측정할 때는 문제가 있다. 건전지가 새 것인지 다 쓴 건지를 판별하려면 건전지에 어느정도 부하를 걸어서 전압을 측정해야 한다. 멀티미터의 입력저항을 낮추어 전류을 흘려 건전지에 어느정도 부하를 걸어야 다 쓴 건전지는 전압이 뚝 떨어져 판별할 수 있다. 부하를 걸지 않으면 다쓴 건전지도 거의 1.5볼트에 가까운 전압이 나온다. 그래서 디지털 멀티미터 등은 따로 건전지 전압측정 모드가 따로 있다.

또하나의 성능지표 중에 하나는 저항 감도 이다. 저항측정은 피 측정회로에 일정한 전압을 가하고 그 흐르는 전류량을 측정하는 식이므로 메가오옴 급의 이상의 고저항이나 절연저항을 정확하게 측정하려면 높은 전압을 가하거나 매우 감도가 좋은 미터를 써야한다. 절연체는 수십 수백 메가오홈급의 절연체도 많아서 멀티미터로 측정하기에는 감도가 부족했다. 그래서 아날로그 미터 시대에는 고압 전지와 고감도 미터를 내장한 절연저항 측정용의 메거 (megger)가 따로 있어서 전기선의 절연이 제대로 되었는지 전기가 어디서 누설되지 않는지 절연저항을 측정하는데 쓰였다. 디지털 식은 증폭회로가 들어가므로 아날로그식보다 월등히 높은 저항값도 측정할 수 있다.

대개 위에 나열된 측정기능을 제공하나 부수적으로 조도센서나 소음(dB), 화염, 디지털 신호의 High-Low 값 표시, 전계 측정, 온도(프로브형 or IR)측정등의 다기능을 제공하기도 하며 PC에 연결하거나 자체적으로 데이터 로깅 기능을 제공하여 측정값을 저장, 도식화 및 비교 할 수 있는 제품도 있다. 물론, 전문적인 데이터 로거 제품도 따로 있다. 전기적인 문제가 발생하면 안되므로, IR 다이오드를 이용하여 통신한다. 또한 스코프미터라고 해서 오실로스코프가 내장된 물건도 있다.

클램프미터(혹은 클램프메타, 클램프미타, 후크미터, 후크메터.. 후크메타.. 후꾸메다!)라는 것이 따로 있는데 후크미터의 경우는 전자기유도현상을 이용해 비접촉으로 전선에 흐르는 전류를 측정할 수 있는 것으로 제공하는 기능은 언뜻 멀티미터와 비슷하나 조금 다른 성격의 제품이다. 가격대 성능비는 멀티미터와 비슷하다. 칩셋에서도 일반 멀티미터 기능을 지원하는 겅우가 많아 클램프 전류측정 외에도 프로브를 따로 연결해 일반 멀티미터처럼 쓸 수 있는 제품이 대부분이다.

멀티미터를 이용해 직접적으로 전류를 측정하게 되면 아주 약간의 전압강하가 있을 수 밖에 없고, 따라서 일부 환경에서는 문제가 될 수 있어 클램프미터를 쓰나 어처피 클램프미터는 원리 자체가 외부 요인에 영향을 받기 쉬워 정밀한 측정은 결국 멀티미터를 통해 하게된다. 그러나 현장이나 연구를 하면서 전선류의 경우 간편하게 전류값을 바로 알아볼 수 있으므로 장점이 크다. 클램프미터는 대게 전자기유도를 측정하는 부위가 있으므로 이를 이용해서 NCV(Non-contact voltage)라는 비접촉 전류감지 기능이 있다. 이를 이용해 벽을 훑으면서 벽안에 매립된 전선이나 통신선을 찾을 수 있으나 차폐되어 있거나 아니면 전류가 흐르지 않으면, 또는 비접촉 전류감지 기능의 감도가 낮으면 탐색이 어렵다. 괜찮은 제품의 경우 NCV 감도설정이 가능하다. 그래도 상 중 정도의 두 단계지만..

이 외에도 대게 멀티미터는 RC(저항, 캐패시터) 소자의 단편적인 값만 측정할 수 있으나, RLC(저항, 인덕터, 캐패시터) 소자의 내부저항이나 용량값등을 전문적으로 측정하는 LCR 미터가 따로 있다. 역시 비싼 제품일수록 성능도 UP. 캐패시터의 경우 멀티미터보단 LCR 미터가 더 정확하다.

다른의미의 변태적인 기능을 갖고있는 미터도 있는데, 트랜지스터를 대충 구멍에 맞춰서 꼽으면 ECB를 구분하여 NPN, PNP를 구별까지 하는 LCR 미터도 있다. 심지어 MOSFET도.. 대단한 것이 독일사람이 만든 이론을 토대로 만들어진 것들인데 별다른 부가회로 없이 8비트 MCU 만으로 그러한 측정을 한다. 미터라고 적었지만, 멀티미터와는 다른 것이다.

아무튼 계측기들이 대게 그렇듯 멀티미터 또한 기능이 추가될 수록 가격은 당연히 비싸지며, 모든 기능의 정확성은 대게 저렴한 제품일수록 낮아진다.

보통은 핸디형 제품이 익숙하나 중고가형에서는 벤치형(데스크형) 제품이 많다. 당연하지만 벤치형(데스크형)이 여러면에서 핸디형보다 성능이 좋다.

그러나 분명 쓸만해지는 가격대는 있으며, 6~7만원 이상이 되면 오차율이 줄어들거나 정밀도가 높아지고, 생산품질이 상승하며. 사용자의 안전등에 신경을 쓰는등의 모습이 보인다.

일반적으로 쓰기엔 10만원 내외의 가격대가 괜찮은 편이다. 주관적이긴 하지만..

간혹 혹은 일정 가격대 이상의 제품부터는 TrueRMS 가 붙은 것을 볼 수 있는데 이 경우 교류값을 측정할때 더 정확한 값을 보장한다. TrueRMS 를 지원해야만 교류/교류성분의 정확한 실효측정값을 얻을 수 있다. (오차가 물론 없는건 아니지만 없는것 보다는 실효값에 근접한다.)

이 외에도 절연저항계라는 계측장비가 따로 있다. 절연이 얼마나 잘 유지되고 있는지 500V ~ 5000V 정도의 전압을 인가하여 절연저항을 측정한다. 전자기기에 잘못 사용하면 내부에서 고전압에 의해서 아크가 생겨나 고장이 생기는데, 오히려 이를 이용하여 간혹 제품의 임펄스 보호 성능을 테스트해보기도 한다. 중저가형은 터져나가는게 일상이지만...

3. 생산 기업

유명하거나 어느정도 인지도 있는 회사로는 Fluke, Keysight, Uni-T, Mastech, Brymen, Kyoritz, Hioki, Metrahit 등이 있다.

Fluke, Keysight 제품군들은 가격도 가격이거니와 Fluke 는 핸디형 제품군에서 산업용으로 거의 표준급의 인지도를 가지고 있다.

Uni-T, Mastech, Brymen 은 중국, 대만회사인대 위의 타회사에 비해 부족한 마감이나 조합을 보여주는 경우가 있긴 하지만, 저가형, 중가형등에서 좋은 입지를 보여주고 있으며. 가격대에 비해 좋은 가성비를 보여주고 있다. Kyoritz, Hioki 같은 일본회사들은 저 두 그룹의 중간 정도. 가격은 싸지 않지만 고가형에 뒤지지 않는 성능이라는 게 중평이다.

당연히 중국, 대만 회사가 많으며, 대만, 중국회사라도 어느정도 이름이 알려진 회사들은 멀티미터를 하루이틀 만든게 아닌 잔뼈가 굵은 회사들이므로 5만원 이상 가격대의 제품은 어느정도 품질을 보장한다. 다만, 세세하게 따져보면 가끔 폭탄도 있다. 물론 설계미스인 제품은 어느 회사나 하나씩 있으며 멀티미터는 내부 회로 기판의 품질도 중요한데 가끔 폭탄이 있긴 하다.

대개 어느모델이든 해외의 선지자분들께서 내부까지 뜯어서 제품 리뷰를 해주셨으므로 모델명을 유투브 혹은 구글에 검색하면 나오므로 참고하면 좋다. 이외에 기타 많은 묻지마급 제품들이 있다.

지극히 주관적이지만, 국산품도 물론 있으나 용도(사용환경)별 라인업 다양화, 고성능, 고급화 전략은 없는 것 같다. 사보니 보이는 품질은 나쁘지 않은데 캐패시터 기능이 캐패시터 값이 제대로 측정이 안된다거나 외장과 측정 프로브등의 주변 물품이 안습하거나.. 아무튼 이런 다양한 라인업 구비나 품질에 대한 부분을 생각하면, 중저가 시장은 워낙에 중국, 대만업체들이 핵심부품인 DMM(Digital Multi Meter)칩셋부터 시작해서 꽉 잡고 있어서 그렇기도 하겠지만. 아쉬운 부분이다. 특히, 제품 외관 제작을 위한 금형부터가 한국과 대만, 중국의 비용차이가 매우 크다.

4. 선택 방법

필수적인 기본 측정 가능 요소 : 전압, 전류, 저항, 주파수, 캐패시턴스

필수적인 기본 충족 요소 : CAT I, II, III 내전압 충족, (산업, 업무현장 사용시 내부 입력 보호 회로 전류제한 고정저항, 전류제한 PTC 저항, MOV 또는 GDT의 세 가지 요소)

아날로그 방식은 디지털 방식이 먹어버린지 오래다. 정밀성, 정확성, 명료함에서 디지털이 다 때려잡았다. 애초에 아날로그 방식이 불편하기도 하다. 바늘의 움직임으로 나타내는 즉각적인 반응성의 장점조차 아날로그 바 디스플레이 기능의 출현으로 사망. 물론 아날로그가 디지털에게 모든 성능면에서 완벽하게 밀리는 것은 아니다. 아날로그는 배터리가 없을때도 측정할수 있는 것들이 몇가지 존재한다. 예를들면 전류나 전압. 콩라인 멀티미터의 선택 방법은 디스플레이 자리수 크기나 오차율, 입력보호 등의 요소가 있으며, 좀더 나아가면 4mm 바나나잭의 품질, 안전을 위한 내부 기판의 전기적인 절연 설계나 플라스틱 외장 마감, 고전압 임펄스에 대한 저항력 등이 있다.

입력보호는 기본적으로 전류제한고정저항과 전류제한소자인 PTC소자, 멀티미터의 한계를 넘어서는 고전압같은 전기적인 문제를 저감시키는 서지 프로텍터로 쓰이는 MOV나 GDT같은 소자로 구성되어지는데, MOV나 GDT같은 소자는 중급형 이상에서나 보이기 시작한다. 이 문제는 주로 산업 현장(필드)에서 사용할때 안전면에서 제품선택시 중요하게 다루어진다. 기기자체가 일단 입력보호 소자가 충실하면 임펄스나 잘못된 측정에 대부분 아무런 문제없이 작동하지만, 그렇지 않으면 한방에 맛이 가버린다.

디스플레이는 아날로그바가 존재하는지가 중요하다. 숫자로 표기되는 속도보다 더 빠른 속도로 대강의 측정값 변화를 막대기 형식으로 표기해준다. 멀티미터도 하나의 계측기이므로 실제 전기전자 개발업무 분야에 사용할때는 중요한 점이 오차가 누적되므로 주기마다 캘리브레이션 작업을 해야하는데, 일부 회사들은 캘리브레이션 서비스를 제공한다. 기본적인 회로를 구성하는 RLC(저항, 인덕터, 캐패시터) 부품들은 사용하면서 특성이 미세하게 조금씩 열화되기 때문이다.

통상적으로 캘리브레이션은 기계내에서 자체적으로 진행되는 캘리브레이션이 있고, 해당 매뉴펙쳐의 Service Manual 혹은 표준 교정 절차(Procedure)에 따라 표준 장비로 측정해서 교정하는 방법 두 가지가 있다. 교정의 개념에 대해 설명해보면 교정은 절대로 해당 계측기를 뜯어서 조치하는 개념이 아니다. 장비를 뜯어서 진행하는 부분은 대부분 계측기 정비 파트에서 담당한다. 여기서 표준장비란 KRISS나 KOLAS에서 교정한 장비들을 표준으로 놓고 측정하여 그 값을 바탕 (표준 장비들의 불확도까지 포함하여) 으로 하여 피 교정 장비의 불확도 (Uncertainty, UNC)를 계산하는 과정이 ISO 17025를 따른 교정 방법이다.

퓨즈가 없는 저가형은 반드시 피해야 하며, 퓨즈가 있더라도 만약의 사태에서 잘못된 전력선 측정으로 내부 기판이 터질때 사용자를 보호할 수 있는지 잘 따져봐야 한다. 퓨즈도 일반 유리관이 아닌 세라믹등으로 잘 포장된 타입이 좋다. 기본적으로 제품 앞뒤 외장 결합이 라이너가 추가로 있어서 ㄷ 모양에 ㅡ 모양이 맞물려서 외부 오염이나 이물질이 들어가지 않거나 전류측정 레인지에서 220V 를 측정해서 폭발하는 경우에 사용자를 보호할 수 있어야 한다. 그리고 CAT II, III 정도의 내전압 규격을 보장해야 한다.

이유인 즉 1A 퓨즈가 있더라도 1A가 넘었다고 무조건 바로 끊어지는게 아니라 열로 끊어지는 특성상 단선되기까지 짧은 지연시간이 있어서 순간적으로는 도통이 유지되는 상황에서 220V 의 가정용 저압이 들어가면 쇼트로 폭발하기 때문인데 전류의 측정방식이 중간에 션트저항을 이용해 측정하기 때문이다. 그래서 이런 경우를 방지하기 위해 HRC 퓨즈와 같이 규소등의 충전재로 충전되있어 폭발억제가 가능한 퓨즈를 사용하고 따라서 HRC 퓨즈의 사용 유무 또한 전기관련 일에 사용할때 중요한 요소이다.

포켓형은 위에 나열된 보호의 최소한도 지키지 못한 제품들이 많다. 추가적으로 오래 사용할 제품이라면 배터리도 9V 를 사용하는 경우 배터리 스냅으로 된 것들은 내구성이 좋은 편이 아니기 때문에 플라스틱 케이스 외장에 따로 배터리 홀더가 있고, 배터리 커버를 열었다 닫을때 자주 조이고 풀어야 하는 나사는 플라스틱에 박히는 단순 탭핑스크류 구조가 아니라 황동메탈 라이너가 박혀있는 것이 좋다.

마지막으로 중요한 것이 각 레인지의 정확도이다. +/- 1% 이하면 일반적인 사용에 문제는 없다. 그 이상이 필요한 위키인은 이미 필요한 정확도의 멀티미터를 선택해서 구입했을 것이다. 윗 부분에서 나온 캘리브레이션 문단이 이 계측기의 정확도(정밀도)를 교정하는 것이다.

레인지 레버는 내부 고정 톱니에 실리콘 또는 플라스틱용 구리스가 잘 발라져있고, 회전시 깔끔한 딱딱 소리와 똑 소리나는 이동 느낌이 나야 오래쓴다. 엉성하게 희물겅한 느낌나면 나중에 저항에 놓았는데 캐패시터 측정모드로 되고 그런다. 안전에 주요한 요소이다.

백라이트는 산업현장에서 사용할 것이라면 필수. 잘 안보인다고 멀티미터 들여보다 사고나지말고 제조사에서 제공하는 자석 스트랩이나 고정구멍이 있다면 구입해서

벽에 잘 걸어놓고 백라이트 키고 사용하자. 좋은 제품일수록 이런 부분에서 소소한 배려가 많다.

5. 기타

멀티미터의 측정품질과 오차를 측정할때는 기준이 되는 칼같은 레퍼런스 스탠다드 전압, 저항, 전류기 또는 그러한 정밀한 오차의 전압, 전류원을 공급하는 고급 파워서플라이 또는 정전류, 정전압 소스를 이용하게 되는데, 가격이 자비가 없으므로, 이쪽에서 개인이 구매하기 제일 저렴한 적당한 레퍼런스 전압, 저항, 전류기는 Malone Electronics(VoltageStandard)에서 나오는 제품군이 있으며 10만원 내외이다. 이베이 같은곳에서 검색하면 기능은 더 적지만 더 저렴한 중국제 레퍼런스 소스가 있으니 참고하면 좋다.

계측기든 파워서플라이든 뭐든 전기전자에 쓰이는 장비들은 사용할수록 오차가 누적된다고 생각하면 된다. 사람이나 기계나 사용하다보면 삐걱거리는건 어쩔 수 없다.

멀티미터의 프로브도 중요한 품질중 하나인데 내전압 CAT II, III 를 만족하는 품질좋은 실리콘 몰딩 손잡이와 전선 두께, 팁과 전선의 견고한 결합, 잘 벗겨지지 않고 쉽게 산화되지 않도록 팁의 도금처리등이 따라줘야 측정 오차율이 적어진다. 팁의 종류는 일반 팁, 바늘 팁이 있으며 필요하다면 악어클립을 사용할 수 있다. 바늘 팁은 QFP타입의 칩 다리등의 미세한 부품이나 회로가 목표일때 주로 쓰이고, 스프링 소버가 달려있어 손으로 주는 압력에 적당히 안으로 들어가주는 프로브도 많다.

사출흔적때문에 손에 걸치적 거리는 싸구려 플라스틱 몸통에 단순히 팁만 나사처럼 돌려끼우는 방식으로 조립된 쓰레기는 가차없이 버리자. 이런 경우 까보면 팁과 전선의 결합이 견고한 압착이 아닌 단순 손납땜으로 이루어져 있는 경우가 있다. 선은 대충 몸통안에 들어가 있고..

온도측정을 지원하는 멀티미터들은 주로 K 타입 온도소자를 가지고 있는데 챙겨다니기 걸치적 거리기는 하나 부품 동작시 온도측정시에 유용하긴 하다. 그러나 NTC를 이용한 팁을 통해 측정하는 만큼 브랜드 유무를 떠나 정확도는 너무 바라지 말자.

물론 돈이 있다면 열영상 온도측정기가 좋다. FLIR 라든가... 엔트리 레벨이라도 가격이.. 다만 이런 장비를 이용하면 회로의 전체적인 온도분포등을 한눈에 볼 수 있어 온도측정은 둘째치고 온도관련 문제진단/해결에 굉장히 좋다.

물론 빵판가지고 회로구성하는데 이런 장비 구입하는건 낭비다. 애초에서 빵판에서 판별이 필요할 수준의 열이 나기 시작하면 십중팔구 불나는 관계로 빵판에다 저런 회로를 구성한 사람이 욕먹는다.

일반적인 수준에서 그나마 쓸만한 기능은 주파수 카운터나 듀티비 측정,커패시턴스 측정 정도고 여기서 돈을 좀더 추가한다면 데이터 로거나 오실로스코프 내장 기기를 생각해 볼수있다.

[管韻]

저는 주로 아날로그 멀티테스터기를 주로 사용하고 정확한 수치를 확인하기 위해서는 디지털 멀티테스터기를 부분적으로 사용합니다. 멀티테스터기를 처음 사용하시는 분은 사용방법을 충분히 숙지하시고 사용하시기 바랍니다.