Multimetro

Un multimetro digitale

Un multimetro o un multitester, noto anche come volt/ohm meter o VOM, è uno strumento di misura elettronico che combina diverse funzioni di misurazione in una sola unità. Un tipico multimetro può includere caratteristiche come la capacità di misurare tensione, corrente e resistenza. I multimetri possono usare circuiti analogici o digitali – multimetri analogici e multimetri digitali (spesso abbreviati in DMM o DVOM.) Gli strumenti analogici sono di solito basati su un microammetro il cui puntatore si muove su una scala di calibrazione per tutte le diverse misure che possono essere fatte; gli strumenti digitali di solito visualizzano cifre, ma possono visualizzare una barra di una lunghezza proporzionale alla quantità misurata.

Un multimetro può essere un dispositivo portatile utile per la ricerca dei guasti di base e il lavoro di assistenza sul campo o uno strumento da banco che può misurare con un grado di precisione molto elevato. Può essere usato per risolvere problemi elettrici in una vasta gamma di dispositivi industriali e domestici come apparecchiature elettroniche, controlli motore, elettrodomestici, alimentatori e sistemi di cablaggio.

• 1 Quantità misurate
• 2 Risoluzione
  • 2.1 Digitale
  • 2.2 Analogica
• 3 Precisione
• 4 Sensibilità e impedenza d’ingresso
• 4 Tensione di carico
• 5 Rilevamento della corrente alternata
• 6 Vedi anche
• 7 Riferimenti

Quantità misurate

I multimetri moderni possono misurare molte quantità. Quelle comuni sono:

• Tensione, alternata e continua, in volt.
• Corrente, alternata e continua, in ampere.
  L’intervallo di frequenza per cui le misure AC sono accurate deve essere specificato.

• Resistenza in ohm.

Inoltre, alcuni multimetri misurano:

• Capacità in farad.
• Conduttanza in siemens.
• Decibel.
• Duty cycle in percentuale.
• Frequenza in hertz.
• Induttanza in henrys.
• Temperatura in gradi Celsius o Fahrenheit, con una sonda di prova della temperatura appropriata, spesso una termocoppia.

I multimetri digitali possono anche includere circuiti per:

• Continuità; suona quando un circuito conduce.
• Diodi (misurare la caduta in avanti delle giunzioni dei diodi, cioè diodi e giunzioni di transistor) e transistor (misurare il guadagno di corrente e altri parametri).
• Controllo delle batterie per semplici batterie da 1,5 volt e 9 volt. Questa è una scala di tensione caricata in corrente. Il controllo della batteria (ignorando la resistenza interna, che aumenta quando la batteria è scarica), è meno accurato quando si usa una scala di tensione DC.

Risoluzione

Digitale

La risoluzione di un multimetro è spesso specificata in “cifre” di risoluzione. Per esempio, il termine 5½ cifre si riferisce al numero di cifre visualizzate sul display di un multimetro.

Per convenzione, una mezza cifra può visualizzare sia uno zero che un uno, mentre una cifra a tre quarti può visualizzare un numero superiore a un uno ma non nove. Comunemente, una cifra di tre quarti si riferisce a un valore massimo di 3 o 5. La cifra frazionaria è sempre la cifra più significativa del valore visualizzato. Un multimetro a 5½ cifre avrebbe cinque cifre intere che visualizzano valori da 0 a 9 e una mezza cifra che potrebbe visualizzare solo 0 o 1. Un tale misuratore potrebbe mostrare valori positivi o negativi da 0 a 199.999. Un misuratore a 3¾ cifre può visualizzare una quantità da 0 a 3.999 o 5.999, a seconda del produttore.

Mentre un display digitale può essere facilmente esteso nella precisione, le cifre extra non hanno alcun valore se non sono accompagnate dalla cura nella progettazione e nella calibrazione delle parti analogiche del multimetro. Misure significative ad alta risoluzione richiedono una buona comprensione delle specifiche dello strumento, un buon controllo delle condizioni di misura e la tracciabilità della calibrazione dello strumento.

Specificare i “conteggi di visualizzazione” è un altro modo per specificare la risoluzione. I conteggi di visualizzazione danno il numero più grande, o il numero più grande più uno (così il numero di conteggio sembra più carino) che il display del multimetro può mostrare, ignorando un separatore decimale. Per esempio, un multimetro a 5½ cifre può anche essere specificato come un multimetro con display 199999 o 200000. Spesso il conteggio del display è semplicemente chiamato conteggio nelle specifiche del multimetro.

Analogico

La risoluzione dei multimetri analogici è limitata dalla larghezza del puntatore della scala, dalla vibrazione del puntatore, dalla precisione della stampa delle scale, dalla calibrazione dello zero, dal numero di gamme e dagli errori dovuti all’uso non orizzontale del display meccanico. L’accuratezza delle letture ottenute è spesso compromessa anche da un errato conteggio dei segni di divisione, da errori di aritmetica mentale, da errori di osservazione della parallasse e da una vista non perfetta. Le bilance a specchio e i movimenti del contatore più grandi sono utilizzati per migliorare la risoluzione; una risoluzione equivalente da due e mezzo a tre cifre è usuale (e di solito è adeguata per la precisione limitata necessaria per la maggior parte delle misure).

Le misure di resistenza, in particolare, sono di bassa precisione a causa del tipico circuito di misura della resistenza che comprime pesantemente la scala ai valori di resistenza più alti. I misuratori analogici economici possono avere solo una singola scala di resistenza, limitando seriamente la gamma di misure precise. Tipicamente un misuratore analogico avrà una regolazione del pannello per impostare la calibrazione zero-ohms del misuratore, per compensare la tensione variabile della batteria del misuratore.

Precisione

I multimetri digitali generalmente effettuano misure con una precisione superiore alle loro controparti analogiche. I multimetri analogici standard misurano tipicamente con una precisione del tre per cento, anche se vengono realizzati strumenti con una precisione maggiore. I multimetri digitali portatili standard sono specificati per avere una precisione tipicamente dello 0,5% sulle gamme di tensione DC. I multimetri da banco tradizionali sono disponibili con una precisione specificata migliore di ±0,01%. Gli strumenti da laboratorio possono avere un’accuratezza di alcune parti per milione.

Le cifre della precisione devono essere interpretate con attenzione. La precisione di uno strumento analogico di solito si riferisce alla deflessione a fondo scala; una misurazione di 10V sulla scala 100V di un misuratore al 3% è soggetta a un errore di 3V, il 30% della lettura. I misuratori digitali di solito specificano la precisione come una percentuale della lettura più una percentuale del valore di fondo scala, a volte espressa in conteggi piuttosto che in termini percentuali.

L’accuratezza citata è specificata come quella della gamma inferiore di millivolt (mV) DC, ed è conosciuta come la figura “accuratezza di base dei volt DC”. Le gamme di tensione DC più alte, la corrente, la resistenza, l’AC e altre gamme avranno di solito una precisione inferiore rispetto alla cifra dei volt DC di base. Le misure AC soddisfano la precisione specificata solo all’interno di una gamma specifica di frequenze.

I produttori possono fornire servizi di calibrazione in modo che i nuovi misuratori possano essere acquistati con un certificato di calibrazione che indichi che il misuratore è stato regolato secondo standard tracciabili, per esempio, al National Institute of Standards and Technology (NIST) degli Stati Uniti, o un altro laboratorio di standard nazionali.

Le apparecchiature di prova tendono a uscire dalla calibrazione nel tempo, e la precisione specificata non può essere affidabile a tempo indeterminato. Per le attrezzature più costose, i produttori e le terze parti forniscono servizi di calibrazione in modo che le vecchie attrezzature possano essere ricalibrate e ricertificate. Il costo di tali servizi è sproporzionato per apparecchiature poco costose; tuttavia l’estrema accuratezza non è richiesta per la maggior parte dei test di routine. I multimetri usati per misure critiche possono essere parte di un programma di metrologia per assicurare la calibrazione.

Sensibilità e impedenza d’ingresso

Quando si usa per misurare la tensione, l’impedenza d’ingresso del multimetro deve essere molto alta rispetto all’impedenza del circuito da misurare; altrimenti il funzionamento del circuito può essere modificato, e anche la lettura sarà imprecisa.

I contatori con amplificatori elettronici (tutti i multimetri digitali e alcuni contatori analogici) hanno un’impedenza d’ingresso fissa che è abbastanza alta da non disturbare la maggior parte dei circuiti. Questa è spesso uno o dieci megaohm; la standardizzazione della resistenza d’ingresso permette l’uso di sonde esterne ad alta resistenza che formano un partitore di tensione con la resistenza d’ingresso per estendere la gamma di tensione fino a decine di migliaia di volt.

La maggior parte dei multimetri analogici del tipo a puntatore mobile sono senza tampone, e traggono corrente dal circuito in prova per far muovere il puntatore del misuratore. L’impedenza del misuratore varia a seconda della sensibilità di base del movimento del misuratore e della gamma selezionata. Per esempio, un misuratore con una sensibilità tipica di 20.000 ohm/volt avrà una resistenza di ingresso di due milioni di ohm sulla gamma di 100 volt (100 V * 20.000 ohm/volt = 2.000.000 ohm). Su ogni gamma, a piena tensione di scala della gamma, l’intera corrente richiesta per deviare il movimento del misuratore è presa dal circuito in prova. I movimenti del misuratore a sensibilità inferiore sono accettabili per le prove in circuiti in cui le impedenze della sorgente sono basse rispetto all’impedenza del misuratore, per esempio, i circuiti di potenza; questi misuratori sono meccanicamente più robusti. Alcune misurazioni in circuiti di segnale richiedono movimenti a sensibilità più alta per non caricare il circuito in prova con l’impedenza del misuratore.

A volte la sensibilità viene confusa con la risoluzione di un misuratore, che è definita come il più basso cambiamento di tensione, corrente o resistenza che può cambiare la lettura osservata.

Per i multimetri digitali di uso generale, la gamma di tensione più bassa è tipicamente diverse centinaia di millivolt AC o DC, ma la gamma di corrente più bassa può essere diverse centinaia di milliampere, anche se sono disponibili strumenti con una maggiore sensibilità alla corrente. La misurazione della bassa resistenza richiede la sottrazione della resistenza del piombo (misurata toccando le sonde di prova insieme) per ottenere la massima precisione.

L’estremità superiore delle gamme di misurazione del multimetro varia considerevolmente; le misurazioni oltre forse 600 volt, 10 ampere o 100 megaohm possono richiedere uno strumento di prova specializzato.

Tensione di carico

Qualsiasi amperometro, compreso un multimetro in una gamma di corrente, ha una certa resistenza. La maggior parte dei multimetri misura intrinsecamente la tensione e fa passare una corrente da misurare attraverso una resistenza shunt, misurando la tensione sviluppata attraverso di essa. La caduta di tensione è nota come tensione di carico, specificata in volt per ampere. Il valore può cambiare a seconda della gamma selezionata dal misuratore, poiché le diverse gamme di solito utilizzano resistenze shunt diverse.

La tensione di carico può essere significativa nei circuiti a bassa tensione. Per verificare il suo effetto sull’accuratezza e sul funzionamento del circuito esterno, lo strumento può essere commutato su diverse gamme; la lettura della corrente dovrebbe essere la stessa e il funzionamento del circuito non dovrebbe essere influenzato se la tensione di carico non è un problema. Se questa tensione è significativa, può essere ridotta (riducendo anche l’accuratezza e la precisione intrinseca della misurazione) utilizzando una gamma di corrente più alta.

Rilevamento della corrente alternata

Poiché il sistema di indicatori di base di un misuratore analogico o digitale risponde solo alla corrente continua, un multimetro include un circuito di conversione da CA a CC per effettuare misure di corrente alternata. I misuratori di base utilizzano un circuito raddrizzatore per misurare il valore assoluto medio o di picco della tensione, ma sono calibrati per mostrare il valore quadratico medio calcolato (RMS) per una forma d’onda sinusoidale; questo darà letture corrette per la corrente alternata come usata nella distribuzione di energia. Le guide per l’utente di alcuni di questi misuratori danno fattori di correzione per alcune semplici forme d’onda non sinusoidali, per permettere di calcolare il corretto valore quadratico medio (RMS) equivalente. I multimetri più costosi includono un convertitore da AC a DC che misura il vero valore RMS della forma d’onda entro certi limiti; il manuale d’uso del misuratore può indicare i limiti del fattore di cresta e la frequenza per cui la calibrazione del misuratore è valida. Il rilevamento RMS è necessario per le misurazioni su forme d’onda periodiche non sinusoidali, come quelle che si trovano nei segnali audio e negli azionamenti a frequenza variabile.

Vedi anche

• Ammetro
• Avometro
• Apparecchiature elettroniche di test
• Metro (elettronica)
• Ommetro
• Voltmetro