Como um Multímetro Analógico Funciona

O multímetro analógico é baseado no uso de um medidor de bobina móvel ao qual são adicionados resistores e resistores paralelos – isso permite que o medidor meça uma ampla faixa de valores para tensão e corrente.

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Nosso tutorial do multímetro inclui:

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Os multímetros analógicos são uma forma de instrumento de teste amplamente utilizado hoje em dia, embora os multímetros digitais estejam muito mais amplamente disponíveis.

Para obter o máximo de um multímetro analógico, como qualquer instrumento de teste, é útil ter uma boa compreensão de como ele funciona.

Esses medidores de teste analógicos são baseados no uso de um medidor de bobina móvel. A fim de fornecer a variedade de faixas de teste necessárias para o instrumento de teste, resistores de valor de precisão adicionais são adicionados em série ou em paralelo de acordo com o requisito para medir a tensão da corrente. Uma configuração ligeiramente diferente é necessária para medir a resistência.

MEDIDOR DE BOBINA MÓVEL

O medidor de bobina móvel está no centro dos multímetros analógicos e também de uma variedade de outros itens de equipamentos de teste analógicos.

Existem vários tipos de medidores elétricos disponíveis, mas o tipo mais adequado para medidores de teste e muitos outros tipos de equipamentos de teste é o medidor de bobina móvel.

Os medidores elétricos usam o fato de que uma corrente fluindo em um fio ou bobina gera um campo magnético. Este campo pode ser usado para desviar uma agulha do medidor de modo que o tamanho da corrente seja indicado pelo grau de deflexão.

Como o nome sugere, o medidor de bobina móvel usa uma bobina leve que é articulada e presa a uma agulha do medidor. Ele é mantido dentro do campo magnético fornecido por um ímã fixo. À medida que a corrente flui através da bobina, um campo magnético é construído e isso interage com o campo do ímã fixo e uma força é exercida sobre a bobina para que ela gire e mova a agulha do medidor que está presa à bobina.

Uma mola de cabelo também é presa à bobina móvel para que a deflexão seja restringida e, portanto, a deflexão seja proporcional à força fornecida pela bobina e, portanto, à corrente que flui.

Desta forma, pode-se ver que o medidor de bobina móvel mede o nível de corrente que flui em um circuito. Alterando o número de voltas na bobina, a força magnética e outros parâmetros podem alterar seu alcance. Eles também podem medir apenas corrente contínua.

No conceito, a ideia é simples, mas o medidor é na verdade um item de relativa precisão, embora, como são produzidos em massa para muitos instrumentos de teste, bem como para muitos outros aparelhos e equipamentos eletrônicos, os medidores de bobina móvel podem ser feitos de maneira relativamente fácil e barata.

Vale a pena notar que a maioria dos medidores de bobina móvel tem um pequeno parafuso de ajuste preso à mola para que o medidor possa ser zerado quando não houver corrente fluindo. Mudanças na atitude do medidor podem alterar o equilíbrio do sistema, o que significa que ele pode não ficar em zero corretamente quando nenhuma corrente estiver fluindo. O ajustador interage com a mola helicoidal para definir a posição corretamente.

Os medidores de bobina móvel são normalmente especificados em termos da corrente necessária para fornecer a deflexão de escala total, FSD e a resistência da bobina.

AMPLIAÇÃO DO ALCANCE DE UM MEDIDOR PARA MEDIÇÕES DE CORRENTE

Embora o medidor de bobina móvel seja muito bom, ele só pode medir corrente e também uma faixa de corrente.

Para ser útil em termos de medição de várias faixas de corrente, tensão, resistência e até corrente e tensão alternada, são necessários componentes adicionais.

Normalmente, resistores de alta precisão são usados no circuito para permitir que o medidor forneça uma variedade de medições.

Resistores em série e shunt são usados para tensão e corrente, enquanto outra configuração de circuito é necessária para resistência. Para entender o funcionamento do medidor analógico, as faixas de tensão e corrente são explicadas e o conceito dos resistores adicionais é detalhado.

FAIXAS DO MEDIDOR DE CORRENTE NO MULTÍMETRO ANALÓGICO

Para estender as faixas de corrente de um medidor analógico básico, um resistor é colocado em paralelo com o medidor. Desta forma, o resistor shunt recebe corrente e, para a mesma corrente geral que flui através do medidor, mais pode fluir através do circuito geral.

O resistor shunt recebe corrente proporcionalmente à resistência. Isso significa que para um determinado nível de corrente fluindo através da combinação do medidor e shunt, o medidor lerá menos. Por exemplo, se um medidor de 1 mA que possui um resistor de derivação um nono da resistência do medidor, uma parte fluirá pelo medidor e nove pela derivação. Isso significa que o circuito geral estará consumindo 10 mA quando o medidor estiver lendo 1 mA.

Isso forma a base de como funcionam os shunts em um multímetro analógico.

Para dar um exemplo mais específico, um medidor de bobina móvel que tem uma deflexão de fundo de escala de 50 µA e uma resistência de 2 kΩ. Para um FSD de 1 mA, 0,95 mA precisa fluir no resistor shunt para a mesma tensão no resistor shunt e no próprio medidor. Portanto, a resistência do resistor shunt precisa ser: 5 / 95 x 2 kΩ = 105,3 Ω.

Ao alternar diferentes resistores shunt com valores diferentes, é possível permitir que o medidor leia uma variedade de faixas diferentes.

No circuito mostrado abaixo, os resistores shunt são representados como Rs1 – Rs4, cada um calculado para fornecer a resistência shunt necessária para as diferentes faixas. O resistor R foi incluído no circuito, pois fornece um nível de ajuste na etapa de fabricação para garantir a resistência do medidor necessária. Como a resistência do medidor pode variar de um medidor de bobina móvel para outro, este componente eletrônico adiciona um pequeno nível de ajuste, se necessário.

CORRENTE ALTERNADA CA

Tendo em vista que a corrente precisa ser retificada para que o medidor seja capaz de responder, as faixas de corrente CA normalmente não são incluídas, especialmente em multímetros analógicos de orçamento final.

Alguns multímetros de ponta, como o AVO, usavam um transformador de corrente para amostrar a corrente e, em seguida, esse sinal era retificado.

Multímetros analógicos mais modernos poderiam usar outros circuitos eletrônicos para retificar a forma de onda e então acionar o medidor, mas isso exigiria o fornecimento de energia para o circuito para esta medição.

MEDIÇÕES DE TENSÃO

Uma abordagem semelhante pode ser adotada para transformar o medidor de bobina móvel em um instrumento de teste para medir tensão.

A ideia gira em torno da lei de Ohms. Conhecendo a resistência total e usando a corrente que flui no medidor de bobina móvel, é possível calcular a tensão necessária para que essa corrente flua e, portanto, calibrar o medidor em termos de tensão.

O próprio medidor de bobina móvel tem uma certa resistência e, embora este medidor possa ser usado sozinho, na realidade as tensões que ele pode medir são muito baixas devido à sensibilidade do medidor. Normalmente, resistores externos são usados em série com o medidor de bobina móvel para fornecer faixas utilizáveis.

É fácil calcular o valor para o resistor. Conhecendo a resistência do medidor de bobina móvel e sua deflexão de fundo de escala, é possível usar a lei de Ohm para calcular os valores necessários.

Por exemplo, tome um medidor de bobina móvel com um FSD de 50 µA e uma resistência de bobina de 2kΩ. Para uma tensão de 10 volts para permitir o fluxo de 50µA, a resistência total deve ser V/I = R ou 10 / (50 x 1-6) = 200 kΩ. Assim, o resistor em série necessário é 200 kΩ – 2 kΩ, ou seja, 198 kΩ.

Para as medições de tensão, mais uma vez, várias faixas são normalmente usadas. Também é comum colocar os resistores de adição em série, de modo que a capacidade geral de tensão seja construída em vários resistores, conforme mostrado.

MEDINDO A TENSÃO CA

Embora muitas medições de tensão CC sejam feitas usando um multímetro de teste, uma área chave da capacidade de medição será medir valores de tensão CA.

Para conseguir isso, a capacidade básica de medição de tensão CC é modificada com a adição de um retificador.

O resistor R5 é escolhido de tal forma que permite que o medidor mostre um valor médio para a tensão da forma de onda CA, mas calibrado para RMS. Isso dá uma boa aproximação para uma forma de onda senoidal, mas para outras pode haver grandes erros. A medição de tensão True RMS requer um circuito consideravelmente mais complexo, e é improvável que esteja disponível em um multímetro analógico. Alguns multímetros digitais de ponta têm essa capacidade.

Também pode ser encontrado que existe uma escala separada para faixas de baixa tensão CA. Isso resulta da tensão de ‘ligação’ direta necessária para os diodos, o que torna a extremidade inferior da escala não linear. Para faixas de tensão mais altas, normalmente com uma deflexão de escala total acima de 10 V, as escalas padrão são aplicáveis.

CAPACIDADE DE RESISTÊNCIA

A maneira como os multímetros analógicos funcionam para medir a resistência é um pouco diferente da corrente e da tensão, porque a bateria é necessária junto com alguns resistores adicionais.

Para fornecer a capacidade de medição de resistência, é necessária uma bateria para conduzir a corrente através do resistor externo que está sendo testado. A quantidade de corrente que flui fornece uma indicação da resistência.

Ao fazer medições de resistência usando um multímetro analógico, verifica-se que as indicações de alta resistência estão na seção esquerda do medidor, ou seja, quando menos corrente está fluindo, e os valores baixos de resistência são indicados na extremidade direita do medidor escala, porque uma corrente maior flui. Isso pode ser um pouco confuso no começo, mas rapidamente se acostuma a isso.

Ao usar uma medição de resistência em um multímetro analógico ou medidor VOA analógico, primeiro é necessário “zerar” o medidor. Isso é necessário para calibrar quaisquer variações na tensão da bateria. Isso é obtido simplesmente separando as duas pontas de prova do multímetro analógico e ajustando o controle normalmente rotulado como “Zero” para zero ohms. Uma vez que isso tenha sido alcançado, o medidor pode ser usado com precisão.

Outro ponto a ser observado é que o terminal negativo do multímetro analógico é positivo para o terminal positivo, ou seja, a polaridade nos terminais é o oposto do que normalmente seria esperado. Para a maioria das medições, isso não tem nenhuma consequência, embora para algumas medições de semicondutores tenha influência.

Pode-se ver que, adicionando os resistores de derivação e série, bem como uma rede de resistores e bateria, para resistência, é possível fornecer uma quantidade considerável de capacidade adicional para o medidor analógico básico de bobina móvel.

TOLERÂNCIAS DOS COMPONENTES DO MULTÍMETRO ANALÓGICO

É importante usar resistores com tolerância próxima para resistores em série e shunt usados ​​em multímetros analógicos. Quaisquer erros nos valores desses resistores refletirão na precisão da medição.

Em vista disso, a maioria dos resistores usados ​​em multímetros analógicos são de 1% ou melhor. Alguns podem até ser muito mais precisos do que isso. Vale lembrar também que a resistência do próprio medidor deve ser conhecida com muita precisão, pois isso também terá impacto nas leituras.

Em muitos multímetros analógicos de baixo custo, a precisão geral pode ser de apenas &plumns;1% e, para isso, os níveis de tolerância do resistor podem ser de apenas ±0,5% ou até ±1%. Em instrumentos de teste de alta qualidade, os níveis de precisão são muito mais apertados e, portanto, a tolerância do resistor pode ser tão próxima quanto ± 0,1% em alguns casos.

Muitas vezes, os resistores podem ser enrolados em fio para fornecer maior estabilidade, especialmente na faixa de temperatura de operação do equipamento de teste. Esses resistores também são capazes de acomodar os níveis de corrente mais altos necessários para as faixas de corrente mais altas.

Pode-se ver que, adicionando os resistores de derivação e série, bem como uma rede de resistores e bateria, para resistência, é possível fornecer uma quantidade considerável de capacidade adicional para o medidor analógico básico de bobina móvel.

Ter uma boa compreensão de como um multímetro analógico funciona ajuda a usar o instrumento de teste da melhor maneira possível. Compreender como ele funciona permite que suas deficiências sejam evitadas até certo ponto, e também é possível aproveitar seus pontos fortes.

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