Multimetri
Le grandezze elettriche che vengono misurate più frequentemente per collaudare i circuiti digitali sono i valori di tensione e le correnti erogate dai vari componenti elettrici o elettronici. Sono frequenti anche le misure in ohm dei valori resistivi.
Lo strumento normalmente impiegato per queste misure è il multimetro (DMM) anche chiamato tester.
La caratteristica principale che un tester per elettricisti (o multimetro) deve possedere è la semplicità di utilizzo.
Il multimetro è uno strumento multifunzionale in grado di effettuare:
Con l'impianto o il circuito in funzione, risulta spesso necessario verificare
la presenza di tensione o di corrente in determinati punti. Per far questo,
i multimetri più moderni, oltre a fornire l'indicazione del valore della
misurazione su un display digitale, evidenziano la presenza di tensione
in tre modalità: con un indicatore luminoso a LED, con un segnale acustico
e con un indicatore a vibrazione per fornire immediatamente un feedback
tattile.
I modelli più evoluti possiedono interfacce, che visualizzano la misura
effettuata, oltre che sul display dello strumento, anche sul PC.
I più evoluti multimetri moderni sono strumenti molto versatili che permettono di eseguire diversi tipi di misure. La complessità e capacità di misura variano nei diversi modelli, passando dalle normali misure di tensione, corrente e resistenza a misure più sofisticate, quali capacità, temperatura, luce, livello sonoro, umidità.
Il multimetro è gestito internamente da un integrato dedicato il quale, in base ai comandi ricevuti dall'operatore tramite una pulsantiera o, più facilmente, una manopola, esegue la misura e presentando il risultato sul un display. La precisione dello strumento è determinata esclusivamente dalle prestazioni del circuito elettronico interno all'apparecchio.
Nei multimetri digitali (DMM, Digital MultiMeter) i punti di misura dipendono dal numero di cifre del display e, nei portatili, vanno da 1.200÷2.000 punti nei dispositivi a tre cifre e mezza, fino a 1.200.000 punti nei dispositivi da sei cifre e mezza. I multimetri analogici (quelli con indicatore a lancetta) sono praticamente scomparsi dal mercato per gli evidenti vantaggi offerti dalla tecnologia digitale: migliore leggibilità, minor costo, minori consumi di corrente, capacità di autoconfigurazione (portata, polarità, ecc.).
Nella figura seguente sono indicate alcune delle selezioni principali di un multimetro economico a selezione manuale.
Riportiamo le funzioni principali di un multimetro a selezione manuale:
1 display LCD;
2 accensione/spegnimento;
3 misure di tensione alternata (AC);
4 misure sul transistor e sede di inserimento;
5 misure di temperatura;
6 boccola per misure di corrente continua <
200 mA;
7 boccola per misure di corrente continua fino
a 10 A;
8 indicatore sonoro di continuità elettrica;
9 misure di resistenza;
10 manopola per impostare il tipo di misura;
11 misure di tensione continua (DC);
12 retroilluminazione del display.
Il mercato dei multimetri spazia dai modelli da palmo ai multimetri da banco. I modelli più semplici ed economici offrono prestazioni inferiori in termini di risoluzione, quantità e varietà di misure. I modelli più sofisticati, oltre ad avere migliori prestazioni, si presentano con un'interfaccia utente più versatile e accattivante,soprattutto in termini di visualizzazione dei dati. La maggior parte di questi, inoltre, è in grado di colloquiare con i computer, al fine di espandere le possibilità dello strumento, soprattutto in termini di presentazione dei risultati e di calcolo statistico.
Nei multimetri digitali la misura viene mostrata usando un display a sette segmenti, in genere a cristalli liquidi. Si utilizzano i cristalli liquidi perché questo strumento è portatile e non è alimentato da rete ma da batteria. Esistono, come detto, multimetri da laboratorio digitali alimentati dalla tensione di rete.
Un multimetro è caratterizzato da un massimo valore misurabile, espresso dai parametri di portata voltmetrica, portata amperometrica, portata ohmetrica.
I parametri sono dati per segnali sia in continua sia in alternata; la misura in alternata fornisce il valore efficace. Un altro parametro importante è la precisione, che esprime in percentuale il massimo errore rispetto al valore di fondo scala. Quasi tutti i multimetri hanno più portate per ogni tipologia di misura, e pertanto dispongono di più boccole di connessione o di un commutatore rotativo che va posizionato correttamente. La disponibilità di molte portate permette al tecnico di scegliere il campo di variabilità (range) più adatto alla misura che deve effettuare.
In genere lo strumento è protetto dalle sovratensioni e dalle sovracorrenti. I multimetri più semplici sono protetti da un fusibile che va sostituito quando si rompe, altri, invece, hanno un circuito di protezione elettronica che interviene in presenza del sovraccarico e che si ripristina automaticamente quando il problema viene rimosso. La massima tensione che si può applicare allo strumento senza danneggiarlo è indicata dalla tensione di isolamento.
Misura di resistenza
La resistenza di un elemento rappresenta la contrapposizione che lo stesso offre al flusso delle cariche elettriche che lo attraversano. Per misurare tale valore, si usa spesso un multime- tro in funzione ohmetro. Per utilizzare il multimetro come ohmetro, è sufficiente ruotare la manopola delle funzioni sulla posizione ?, inserire i due cavi di misura nelle boccole COM e V-Ω-mA e porre tra i puntali la resistenza che si desidera misurare.
In fase di misurazione, tenere presente che la misura potrebbe venire falsata dall'operatore, che, toccando con le mani i puntali porrebbe il proprio corpo (e dunque la sua resistenza) in parallelo alla resistenza da misurare.
Per misurare il valore reale di una resistenza è sufficiente usare il multimetro predisposto per misure ohmiche (manopola delle funzioni ruotata su Ω), inserire i due cavi di misura nelle boccole COM e V-Ω-mA e porre tra i puntali la resistenza che si desidera misurare . Attenzione a non serrare la resistenza con le due mani che toccano i puntali perché la misura verrebbe falsata dalla resistenza del corpo stesso, posta in parallelo.
Misura di tensione
Per eseguire misure di tensione occorre predisporre lo strumento con la manopola centrale in una delle posizioni del settore V continua, inserire lo spinotto nero nella boccola COM e lo spinotto rosso nella boccola V-Ω-mA.
Applicando i due puntali dello strumento al circuito in misura, il display visualizza il potenziale del puntale rosso rispetto al nero, preso come riferimento. Se la tensione dovesse superare il valore del fondo scala selezionato, il display lo segnala lampeggiando (o in altri modi specifici di ogni multimetro). In tal caso è sufficiente selezionare un fondo scala più elevato. Se la tensione applicata sul puntale rosso è minore di quella presente sul puntale nero, il display visualizzerà prima delle cifre il simbolo "–" per indicare che la tensione è negativa.
Anche il multimetro presenta una sua resistenza interna, dell'ordine dei megaohm, perciò la sua presenza altera in qualche modo il circuito stesso sotto misura. Per i circuiti indicati nelle prove che seguono, perciò, per rendere trascurabile l'errore sulla misura dovuto alla presenza (autoconsumo) dello strumento, sono state impiegate solo resistenze dell'ordine dei kΩ.
Misura di corrente
Per misurare la corrente è richiesta un'attenzione maggiore rispetto alle precedenti misure di resistenza e tensione, poiché si tratta di interrompere momentaneamente il ramo del circuito sotto misura, per inserirvi in serie l'amperometro.
È molto importante, inoltre, per non falsare la misura, che la resistenza interna dello strumento che funziona da amperometro sia molto minore rispetto alle resistenze in serie nel ramo, in modo che la sua presenza risulti ininfluente sui risultati della misura stessa.