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PROLÓGICA INFORMÁTICA Site: http://valenet.com.br/cdturbo/ MULTÍMETROS Introdução O que é exatamente um multímetro digital (DMM) e o que ele pode fazer? Como as medições devem ser feitas? De que características eu preciso? Qual é a maneira mais segura e mais fácil de tirar proveito máximo de um DMM? Que aparelho se adapta melhor ao ambiente onde o DMM será usado? Essas são as questões que iremos responder para você. A tecnologia está mudando rapidamente o modo como as coisas funcionam. Carros possuem computadores de bordo, e circuitos eletrônicos são usados em todas as coisas, de cafeteiras a naves espaciais. A instalação, a manutenção e o reparo desses complexos equipamentos requer ferramentas de diagnóstico que irão fornecer-lhe informações precisas. Vamos começar explicando o que é um DMM. Um DMM é simplesmente uma régua eletrônica para fazer medições. Ele pode ter várias funções especiais, mas principalmente, um DMM mede volts, ohms e ampères. Utilizaremos os DMMs Fluke como exemplo. Outros DMMs podem operar de modo distinto ou oferecer funções diferentes das mostradas aqui. Entretanto, explicaremos aqui funções comuns e daremos dicas para a utilização da maioria dos DMMs. Nas próximas linhas, você verá como usar um DMM para fazer medições, e como os DMMs diferem entre si. Escolhendo o seu DMM A compra de um DMM não requer apenas a verificação das especificações básicas, mas também uma boa olhada em suas características, funções e valor global, representado pelo design do aparelho e pelo cuidado tomado em sua produção. Confiabilidade, especialmente sob condições duras, é mais importante do que nunca. Por isso, quando um DMM Fluke passa a fazer parte de sua caixa de ferramentas, ele já foi submetido a rigorosos testes e passou por nosso programa de avaliação. A segurança do usuário é condição primordial durante a projeção de um DMM Fluke. Todos os DMMs Fluke são independentemente testados por um laboratório certificado e então são testados por laboratórios independentes como UL, CSA, VDE, etc. A Fluke oferece muitos DMMs com diferentes combinações de características como Touch Hold®, barras gráficas analógicas e alta resolução. Acessórios para medições de corrente elevada e temperatura são disponíveis para estender as capacidades de seu DMM. FUNDAMENTOS BÁSICOS Resolução, dígitos e contagens A resolução refere-se em quão bem o equipamento pode realizar uma medição. Conhecendo a resolução de seu equipamento, você pode determinar se é possível visualizar uma pequena variação no sinal medido. Por exemplo, se o DMM possui resolução de 1mV no range de 4V, é possível visualizar uma mudança de 1mV (1/1.000 volt) num sinal de 1V.

ELETR-030 - MULTÍMETROS

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PROLÓGICA INFORMÁTICA

Site: http://valenet.com.br/cdturbo/

MULTÍMETROS

Introdução

O que é exatamente um multímetro digital (DMM) e o que ele pode fazer? Como as medições devem ser feitas? De que características eu preciso? Qual é a maneira mais segura e mais fácil de tirar proveito máximo de um DMM? Que aparelho se adapta melhor ao ambiente onde o DMM será usado? Essas são as questões que iremos responder para você. A tecnologia está mudando rapidamente o modo como as coisas funcionam. Carros possuem computadores de bordo, e circuitos eletrônicos são usados em todas as coisas, de cafeteiras a naves espaciais. A instalação, a manutenção e o reparo desses complexos equipamentos requer ferramentas de diagnóstico que irão fornecer-lhe informações precisas. Vamos começar explicando o que é um DMM. Um DMM é simplesmente uma régua eletrônica para fazer medições. Ele pode ter várias funções especiais, mas principalmente, um DMM mede volts, ohms e ampères. Utilizaremos os DMMs Fluke como exemplo. Outros DMMs podem operar de modo distinto ou oferecer funções diferentes das mostradas aqui. Entretanto, explicaremos aqui funções comuns e daremos dicas para a utilização da maioria dos DMMs. Nas próximas linhas, você verá como usar um DMM para fazer medições, e como os DMMs diferem entre si.

Escolhendo o seu DMM

A compra de um DMM não requer apenas a verificação das especificações básicas, mas também uma boa olhada em suas características, funções e valor global, representado pelo design do aparelho e pelo cuidado tomado em sua produção. Confiabilidade, especialmente sob condições duras, é mais importante do que nunca. Por isso, quando um DMM Fluke passa a fazer parte de sua caixa de ferramentas, ele já foi submetido a rigorosos testes e passou por nosso programa de avaliação. A segurança do usuário é condição primordial durante a projeção de um DMM Fluke. Todos os DMMs Fluke são independentemente testados por um laboratório certificado e então são testados por laboratórios independentes como UL, CSA, VDE, etc. A Fluke oferece muitos DMMs com diferentes combinações de características como Touch Hold®, barras gráficas analógicas e alta resolução. Acessórios para medições de corrente elevada e temperatura são disponíveis para estender as capacidades de seu DMM.

FUNDAMENTOS BÁSICOS

Resolução, dígitos e contagens

A resolução refere-se em quão bem o equipamento pode realizar uma medição. Conhecendo a resolução de seu equipamento, você pode determinar se é possível visualizar uma pequena variação no sinal medido. Por exemplo, se o DMM possui resolução de 1mV no range de 4V, é possível visualizar uma mudança de 1mV (1/1.000 volt) num sinal de 1V.

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Você não compraria uma régua dividida em segmentos de 1cm, se tivesse que medir 1mm. Um termômetro que realiza medições apenas em graus inteiros, não é de muita utilidade quando sua temperatura normal é de 36,5ºC. Nesse caso, você necessita de um termômetro com resolução de 0,1º. Os termos dígitos e contagens são utilizados para descrever a resolução de um equipamento. Os DMMs são agrupados pela quantidade de contagens ou dígitos que exibem. Um multímetro de 31/2 dígitos pode exibir três dígitos inteiros entre 0 e 9, e um "meio" dígito que exibe 1 ou é deixado em branco. Um multímetro de 31/2 dígitos irá exibir até 1.999 contagens de resolução. Um multímetro de 41/2 dígitos pode exibir até 19.999 contagens.

É mais preciso descrever um multímetro por contagens de resolução do que por dígitos. Hoje em dia, os multímetros de 31/2 dígitos podem apresentar alta resolução de 3.200 ou 4.000 contagens.

Multímetros de 3.200 contagens oferecem melhor resolução para certas medições. Por exemplo, um multímetro de 1.999 contagens poderá medir um décimo de volt se você estiver medindo 200 volts ou mais. Entretanto, um multímetro de 3.200 contagens exibirá um décimo de volt até 320 volts. Essa é a mesma resolução de um multímetro mais caro de 20.000 contagens até você exceder 320 volts.

Precisão

Precisão é o maior erro permissível que irá ocorrer sob condições de operação específicas. Em outras palavras, é uma indicação da proximidade entre a medição exibida pelo DMM e o valor real do sinal medido. A precisão de um DMM é normalmente expressa como uma percentagem da leitura. Uma precisão de 1% da leitura significa que para o valor exibido de 100,0V, o valor real da tensão pode estar em qualquer lugar entre 99,0V e 101,0V. Especificações podem incluir também um range de dígitos adicionado às especificações básicas de precisão. Isso indica em quantas unidades o dígito da extremidade direita pode variar. Desse modo, a precisão do exemplo anterior poderia ser indicada como ± (1%+2). Então, para a exibição de uma leitura de 100,0V, a tensão real estaria entre 98,8V e 101,2V. As especificações de um multímetro analógico são determinadas pelo erro da escala total, não pela leitura exibida. A precisão típica de um multímetro analógico é de ± 2% ou ± 3% da escala total. A precisão típica de um DMM está entre ± (0,7%+1) e ± (0,1%+1) da leitura.

Lei de Ohm

Tensão, corrente e resistência em qualquer circuito elétrico podem ser calculadas utilizando-se a Lei de Ohm que afirma que tensão = corrente x resistência. Assim, se quaisquer dois valores da fórmula forem conhecidos, o terceiro pode ser determinado. Os DMMs utilizam-se desse princípio para medir e exibir diretamente ohms, ampères ou volts. A seguir você verá como é fácil utilizar um DMM para conseguir as respostas que você precisa (Figura 1).

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Displays analógicos e digitais

Para alta precisão e resolução, o display digital é muito melhor, exibindo três ou mais dígitos para cada medição. A agulha da escala analógica é menos precisa e possui menor resolução efetiva porque você precisa estimar valores entre as linhas. Uma barra gráfica mostra mudanças e tendências do sinal do mesmo modo que a agulha analógica, porém com melhor visualização e menor tempo de resposta.

TENSÕES AC E DC

Medidas de tensão

Uma das tarefas básicas de um DMM é medir tensão. Uma bateria, como a usada em seu carro, é uma fonte típica de tensão DC. A tensão AC é normalmente criada por um gerador. As tomadas de sua casa são uma fonte comum de tensão AC. Alguns dispositivos convertem a tensão AC em tensão DC. Por exemplo, equipamentos eletrônicos como televisores, rádios, vídeos cassete e computadores que você liga em uma tomada AC utilizam-se de dispositivos chamados retificadores para converter a tensão AC em DC. E é essa tensão DC que faz com que os circuitos elétricos desses dispositivos funcionem. Para se localizar problemas num determinado circuito, a primeira coisa a fazer é medir sua fonte de tensão. Se não existe tensão, ou se ela é muito alta ou muito baixa, o problema deve ser corrigido antes de se prosseguir a verificação. As formas gráficas associadas com as tensões AC podem ser senoidais (ondas puras) ou não senoidais (quadradas, onduladas, etc). DMMs de qualidade exibem o valor RMS dessas formas gráficas de tensão. O valor RMS é o valor DC equivalente ou relativo da tensão AC. A maioria dos multímetros, fornece o que chamamos de "resposta média", ou seja, leituras precisas de RMS se o sinal de tensão AC for uma onda senoidal pura. Multímetros que

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fornecem resposta média não são capazes de medir sinais não senoidais precisamente. Sinais não senoidais são precisamente medidos utilizando-se multímetros projetados para True RMS até o fator de crista especificado. O fator de crista é a proporção entre um pico de sinal para o valor rms. A capacidade de um DMM medir tensão AC pode ser limitada pela frequência do sinal. A maioria dos DMMs pode medir precisamente tensão AC com frequências de 50Hz a 500Hz. As especificações do DMM para tensão e corrente AC devem declarar o range de frequência juntamente com sua precisão.

Como realizar medições de tensão

1 - Selecione tensão AC (V~) ou tensão DC (V·) ou 300mV·, conforme desejado. 2 - Conecte a ponta de prova preta na entrada COM. Conecte a ponta de prova vermelha na entrada V. 3 - Encoste as pontas de prova no circuito, do lado oposto da carga ou da fonte de alimentação(paralelamente ao circuito). 4 - Veja a leitura do multímetro, prestando atenção na unidade de medida.**

Nota: Para leituras DC com a correta polaridade (± ), encoste a ponta de teste vermelha no lado positivo do circuito, e a ponta de prova preta no lado negativo (ou terra). Se você reverter as conecções, um DMM sem auto-polaridade irá exibir um sinal negativo (- ), indicando polaridade negativa. Com um multímetro analógico, você corre o risco de danificar seu equipamento. Nota: 1/1.000V = 1mV 1.000V = 1kV ** Pontas de alta tensão estão disponíveis para reparos em televisores, onde as tensões podem alcançar 40kV.

Cuidado: Essas pontas não são feitas para aplicações de utilidade elétrica onde altas tensões são também acompanhadas por altas energias. Essa pontas são projetadas para aplicações de baixa energia.

RESISTÊNCIA, CONTINUIDADE E DIODOS

Resistência

A resistência é medida em ohms (W ). Os valores da resistência podem variar de alguns miliohms (mW ) para resistência de contato até bilhões de ohms para isoladores. A maioria dos DMMs mede a partir de 0,1W , e alguns medem até 300MW (300.000.000 ohms). Resistência infinita é lida como "OL" no display do multímetro Fluke, e significa que a resistência é maior do que o equipamento pode medir. Em medições de circuito aberto o display também mostrará "OL". Medidas de resistência devem ser feitas com o circuito desligado - de outro modo, o circuito ou o equipamento podem ser danificados. Alguns DMMs fornecem proteção no modo de ohms para o caso de contato acidental com tensões. O nível de proteção pode variar enormemente de acordo com os modelos de DMM. Para medições precisas de baixa resistência, a resistência nas pontas de prova devem ser subtraídas da resistência total medida . resistência típica das pontas de prova estão entre 0,2W e 0,5W . Se a resistência nas pontas de prova for maior que 1W , essas pontas de prova devem ser substituídas.

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Continuidade

A continuidade é uma prova rápida de medida de resistência que faz distinção entre circuito aberto e circuito fechado. Um DMM com beep de continuidade permite que você complete muitos testes de continuidade de modo rápido e fácil. O multímetro emiti um sinal sonoro quando detecta um circuito fechado, de modo que você não precisa olhar para o DMM enquanto realiza o teste. O nível de resistência requerido para acionar o beep varia de acordo com o modelo do DMM.

Teste de diodo

Um diodo é como um interruptor eletrônico. Ele pode ser acionado se a tensão encontrar-se acima de um certo nível, normalmente 0,6V para um diodo de silício, e permite que a corrente corra numa única direção. Alguns DMMs possuem um modo de teste de diodo. Esse modo mede e exibe a queda da tensão real através de uma conecção. Uma conecção de silício deve ter uma queda de tensão menor que 0,7 volts quando aplicada na direção dianteira e um circuito aberto quando aplicada na direção reversa. Como fazer medições de resistência: 1 - Desligue o circuito.** 2 - Selecione resistência (W ). 3 - Conecte a ponta de prova preta na entrada COM. Conecte a ponta de prova vermelha na entrada W . 4- Conecte as pontas de prova no componente ou porção do circuito em que você quer determinar a resistência. 5- Veja a leitura do display, prestando atenção na unidade de medida - ohms (W ), kilohms (kW ) ou megaohms (MW ). Nota: 1.000W = 1kW 1.000.000W = 1MW ** Certifique-se de que a força está desligada antes de fazer medições de resistência.

CORRENTE AC E CORRENTE DC

Medidas de corrente

As medidas de corrente são diferentes das outras medidas realizadas com um DMM. Medições diretas de corrente são realizadas conectando-se o multímetro em série com o circuito a ser medido, permitindo assim que a corrente do circuito corra pelo circuito do multímetro. Um método de medição indireta também pode ser utilizado, e não requer que o circuito esteja aberto ou que o multímetro seja conectado em série. Esse método indireto requer a utilização de uma ponta de corrente.

Como realizar medições diretas de corrente

1- Desligue o circuito.** 2 - Corte o circuito criando um espaço onde as pontas do multímetro possam ser inseridas.3 - Selecione Amp AC (A~) ou Amp DC (A·) conforme desejado. 4 - Conecte a ponta de prova preta na entrada COM. Conecte a ponta de prova vermelha na entrada de 10 ampères (10A) ou de 300 miliampères (300mA), dependendo do valor de leitura esperado. 5- Conecte as pontas de prova na interrupção de circuito de modo que toda a corrente corra pelo multímetro (uma conexão em série). 6 - Ligue novamente o circuito.

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7- Veja a leitura, prestando atenção na unidade de medida.

Nota: Se as pontas de teste estiverem revertidas para uma medição DC, o display do multímetro exibirá "- ".

Proteção de entrada

Um erro comum é deixar as pontas de prova conectadas nas entradas de corrente e então tentar uma medição de tensão. Isso causa um curto circuito direto na fonte de tensão através de um resistor de baixo valor dentro do DMM, causando um desvio de corrente. Uma alta corrente flui pelo DMM e, se o multímetro não for adequadamente protegido, pode causar um grande estrago no equipamento, no circuito e no usuário. Portanto, um DMM deve possuir um fusível de proteção de entrada de corrente com capacidade suficientemente alta para o circuito sendo medido. Multímetros sem proteção de fusível nas entradas de corrente não devem ser usados em circuito elétricos de alta energia.(>240V AC). Aqueles DMM que utilizam fusíveis devem possuir um fusível com capacidade suficiente para aguentar altas energias. A tensão suportada pelo fusível deve ser maior que a tensão máxima que você pretende medir. Por exemplo, um fusível de 20A, 250V pode não suportar a tensão de um circuito de 480V. Para realizar medições nesse circuito, seria necessário um fusível de 20A, 600V.

Alicates de corrente

Às vezes você pode ter que realizar uma medição de corrente que exceda a capacidade máxima de seu DMM, ou então onde a situação não permita que você abra o circuito para efetuar a medição. Nessas aplicações de corrente elevada (normalmente superior a 2A), onde não precisão elevada não é requerida, um alicate de corrente é muito útil. O alicate de corrente "abraça" o condutor por onde a corrente está circulando e converte o valor medido a um nível que o multímetro pode suportar. Existem dois tipos básicos de alicates de corrente: transformadores de corrente que são utilizados apenas para medir corrente AC, e alicates de corrente Hall-Effect que são utilizados para correntes AC e DC. A saída de um transformador de corrente é normalmente 1 miliampère. Um valor de 100 ampères é reduzido à 100 miliampères, que pode ser seguramente medido pela maioria dos DMMs. As pontas de prova são conectadas nas entradas "mA" e "COMMON", e a função do multímetro é alterada para mA AC. A saída de um alicate Hall-Effect é de 1 milivolt por ampère, AC ou DC. Por exemplo, 100A AC são convertidos para 100mV AC. As pontas de prova são conectadas nas entradas "V" e "COMMON". Coloque a função do multímetro na escala de "V" ou "mV", selecionando Vac para medições de corrente AC ou Vdc para medições de corrente DC. O multímetro exibe 1 milivolt para cada ampère medido.

** Antes de partir um circuito e inserir um DMM para realizar medições de corrente, certifique-se de que a mesma esteja desligada. Mesmo pequenas quantidades de corrente podem ser perigosas. ** Nunca tente realizar uma medição de tensão com as pontas de prova conectadas nas entradas de corrente. Existe um grande risco de se danificar o equipamento e ferir o usuário!

SEGURANÇA

Segurança em multímetros

A realização de medições seguras começa com a escolha do multímetro adequado para a

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aplicação, assim como para o ambiente onde ele será usado. Uma fez que o multímetro apropriado foi escolhido, você deve utilizá-lo de acordo com os procedimentos adequados.A Comissão Eletrotécnica Internacional (International Eletrotechnical Commission) estabeleceu novos padrões de segurança para o trabalho em sistemas elétricos. Certifique-se de estar usando um multímetro que esteja de acordo com a categoria IEC e com o limite de tensão aprovados para o ambiente onde a medição está sendo realizada. Por exemplo, se uma medição de tensão precisa ser feita num painel elétrico de 480V, então deve-se utilizar um multímetro marcado para a Categoria III - 600V. Isso significa que o circuito de entrada do aparelho foi projetado para suportar transientes de tensão normalmente encontrados nesse ambiente. Escolher um multímetro marcado para essa categoria e que ainda tenha certificações UL, CSA, VDE ou TUV significa que o aparelho não apenas foi projetado dentro dos padrões IEC, mas também foi independentemente testado.

Testes independentes são a chave para a segurança Procure pelo símbolo de um laboratório independente de teste como o UL, CSA, TUV ou outra reconhecida organização de testes. Tome cuidado com dizeres do tipo "Projetado de acordo com as especificações...". Declarações com essa nunca substituem o teste de um laboratório independente. Como você pode afirmar que está adquirindo um multímetro genuíno CAT III ou CAT II? Infelizmente, não é sempre tão simples. É possível que um fabricante auto-certifique seu multímetro como CAT II ou CAT III sem que o mesmo tenha passado por nenhuma verificação independente. O IEC desenvolve e propõe padrões, mas não é responsável por verificá-los. Por isso é de extrema importância que você procure pelo símbolo de um laboratório independente. Esses símbolos só podem ser utilizados se o multímetro tiver passado com sucesso pelos testes do laboratório, que são baseados nos padrões nacionais/internacionais. O UL 3111, por exemplo, é baseado no IEC 1010. Num mundo imperfeito, isto é o mais próximo que você pode chegar da certeza de que seu multímetro foi realmente testado para segurança.

Situações que costumam gerar erros:

1 - Contato com a fonte de energia AC quando as pontas de provas estão conectadas nas entradas de corrente 2 - Contato com a fonte de energia AC quando se está no modo de resistência 3 - Exposição a transientes de alta voltagem 4 - Exceder as limitações de entrada (tensão e corrente)

Tipos de proteção de circuito:

1 - Proteção com recuperação automática. Alguns multímetros possuem circuitos que detectam uma condição de sobre carga e o protegem até que essa condição desapareça. Depois que a sobre carga é removida, o DMM retorna automaticamente a sua operação normal. Normalmente utilizada para proteger a função ohms das sobre cargas de tensão. 2 - Proteção sem recuperação automática. Alguns multímetros irão detectar uma condição de sobrecarga e se proteger, mas não retornarão à condição normal até que o usuário interfira.

Procure por essas características de segurança em um DMM:

1 - Entradas de corrente com fusível 2 - Utilização de fusíveis de alta tensão (600V ou mais) 3 - Proteção de alta tensão no modo de resistência (500V ou mais)

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Proteção contra transientes de tensão (6kV ou mais) Pontas de prova projetadas dentro dos padrões de segurança Aprovação de laboratórios independentes (UL ou CSA por exemplo)

Checklist de Segurança

1 - Use um multímetro que siga os padrões de segurança para o ambiente em que será utilizado. 2 - Use um multímetro com fusível nas entradas de corrente e certifique-se de verificar os fusíveis antes de realizar medições de corrente. 3 - Inspecione o estado físico das pontas de prova antes de realizar medições. 4 - Use o multímetro para verificar a continuidade das pontas de prova. 5 - Selecione a função e o range adequados para o seu trabalho. 6 - Certifique-se que o multímetro está em boas condições de operação. 7 - Siga todos os procedimentos de segurança do equipamento. 8 - Sempre desconecte a ponta de prova "quente" (vermelha) primeiro. 9 - Não trabalhe sozinho. 10 - Use um multímetro que possue proteção de sobre carga na função ohms. 11 - Quando estiver medindo corrente sem um alicate de corrente, desligue a energia antes de conectá-lo ao circuito. 12 - Esteja atento a condições de alta corrente e alta tensão, e utilize o equipamento adequado, como pontas de prova de alta tensão.

ACESSÓRIS E GLOSSÁRIO

Acessórios de DMM

Uma importante exigência do DMM é que ele possa ser usado com uma grande variedade de acessórios. Muitos acessórios disponíveis podem aumentar o range de medidas e a utilidade de seu DMM, e ao mesmo tempo facilitar o seu trabalho. Alicates de alta tensão e de corrente diminuem tensões elevadas e correntes a um nível que o DMM possa seguramente medir. Cabos de temperatura transformam seu multímetro em um termômetro digital portátil. Cabos de RF (radio frequência) podem ser utilizados para medir tensão em altas frequências. Além disso, uma seleção de pontas de prova, alicates e clipes "jacaré" podem ajudá-lo a facilmente conectar seu DMM ao circuito. Estojos leves e resistentes protegem seu DMM e convenientemente armazenam seus acessórios.

Glossário

Precisão - o quão perto o valor mostrado no display do DMM está do valor real do sinal sendo medido. Expressa como uma percentagem da leitura ou como uma percentagem da escala total. Multímetro analógico - multímetro que utiliza uma agulha para mostrar o valor do sinal medido. O usuário identifica a leitura baseando-se na posição da agulha sobre a escala. Anunciador - símbolo que identifica o range ou função selecionada. Contagem - número utilizado para especificar a resolução de um DMM. DMM, Multímetro Digital - multímetro que usa um display digital para mostrar o valor do sinal medido. DMMs apresentam alta durabilidade, resolução e muito mais precisão do que um multímetro analógico. Resolução - grau para o qual pequenas alterações em uma medição podem ser mostradas. RMS - valor DC equivalente a uma forma de onda AC. True- RMS DMM - multímetro que pode medir precisamente ondas senoidais e não

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senoidais.

Características especiais

As seguintes características e funções especiais podem facilitar o uso de seu DMM:

1 - Anunciador para mostrar o que está sendo medido (volts, ohms, etc). 2 - Touch Hold® congela o display em medidas estáveis de modo que você possa utilizar ambas as mãos para realizar medições e visualizar resultados posteriormente. 3 - Proteção contra sobrecargas previne estragos no multímetros, no circuito e protege o usuário. 4 - Fusíveis especiais de alta energia fornecem proteção extra para o usuário e para o equipamento durante medições de corrente e sobrecargas. 5 - Autorange automaticamente seleciona o range de medição adequado. Ranging manual permite que você trave o equipamento num determinado range para medições repetidas. 6 - Auto-polaridade indica leituras negativas com um sinal de menos, de modo que mesmo que as pontas de prova estejam conectadas de modo inverso, o equipamento não será danificado. 7 - Indicador de bateria fraca.

As informações aqui contidas cobrem funções básicas dos multímetros digitais, como aquelas encontradas no Fluke 77 e no Fluke 23. A Fluke também fabrica uma variedade de outros DMMs com características e funções especializadas para uma grande variedade de aplicações.

Multímetro é a reunião em só aparelho de três dispositivos: Ohmímetro - que mede resistência (em unidades de Ohm), Voltímetro - para medição de tensão (em unidades de Volt), Amperímetro - para medir corrente elétrica (em unidades de Ampère). Por isto ele é conhecido também por VOM - Volt-Ohm-Miliamperímetro. Outras denominações, derivadas do Inglês, são Multimeter (abreviada para Meter - lê-se "míter") e Multitester (testador múltiplo).

O Multímetro mais usado é do tipo analógico, com um ponteiro indicando o resultado da medição. Temos ainda o multímetro digital, que apresenta em um display numérico a medida. Os princípios de funcionamento e modos de operação de são semelhantes, o digital levando grande vantagem na simplificação e precisão de leitura. Neste capítulo estudaremos o multímetro analógico, dedicando o próximo capítulo ao multímetro digital.

Alguns multímetros sofisticados acrescentam ainda facilidades para outras medições, como capacidade (em unidades de Farads) e Beta de transistor. Mas estas são funções especiais, não encontráveis em um multímetro típico.

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2-1 gabinete do multímetro

O multímetro tem a aparência de uma caixa retangular (figura 2-1), com aproximadamente 20 cm x 10 cm x 5 cm. Na face superior temos o mostrador e o painel de funções onde seleciona-se medidas e escalas. Duas pontas de provas estendidas por fios flexíveis ficam disponíveis para contactar os pontos a serem testados. Estas pontas de provas com os respectivos fios são destacáveis e encaixáveis, sendo uma vermelha e a outra preta.

Na face inferior do multímetro (lado que repousa sobre a mesa) encontramos parafusos que após desatarraxados permitem abrir sua caixa em duas partes. A primeira, correspondendo à face inferior, é uma simples tampa de proteção. A segunda tem presa a si todos os componentes do circuito, incluindo pilhas, mostrador e chave seletora de funções.

O preço do multímetro varia entre o equivalente a um rádio AM-FM e um microcomputador doméstico. Por ser instrumento indispensável e de uso constante é recomendável a aquisição do melhor modelo possível. Mais adiante veremos algumas especificações técnicas que devem orientar a escolha de um modelo (principalmente sensibilidade e alcance de escala).

A unidade básica da Eletricidade, da qual derivam as outras, é o Coulomb - C, em homenagem ao físico C.A. COULOMB. 1 Coulomb é a carga elétrica total de 628 x1016 elétrons (ou seja, 628 seguido de 16 zeros).

A corrente elétrica é medida em Ampère - A, em homenagem ao físico francês ANDRE M. AMPÈRE. 1 Ampère corresponde ao fluxo de 1 Coulomb por segundo, isto é, 628x1016 elétrons por segundo.

A tensão elétrica (ou diferença de potencial ddp, ou ainda voltagem) é registrada em unidades de Volt- V, em homenagem ao físico italiano ALESSANDRO VOLTA. 1

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Volt entre dois pontos é a quantidade de energia (em J- JOULE) por unidade de carga (em C- Coulomb) para deslocá-la de um dos pontos ao outro.

Aplicando uma tensão elétrica em dois pontos a cor- rente elétrica ao deslocar-se entre eles sofre uma resistência, cuja intensidade depende do material (e temperatura) que une os dois pontos. O cientista alemão GEORGE S. OHM descobriu que para alguns materiais vale a seguinte equação, conhecida por Lei de Ohm:

Tensão= R x Corrente elétrica

onde R, a resistência, tem um valor fixo (matematicamente, existe uma relação linear entre tensão e corrente).

Os materiais que obedecem essa Lei são ditos resistores ôhmicos e suas resistências medidas em unidades de Ohm- O (a abreviatura é a letra grega "ômega"). 1 Ohm é a resistência que o material submetido à tensão de 1Volt impõe à passagem da corrente elétrica de 1 Ampère.

Veja que a medição da resistência em unidade de Ohm é correta apenas para materiais ôhmicos. Materiais que não obedecem à Lei de Ohm - como semicondutores (transistores, CIs) - não podem ser medidos em Ohms (na prática eles também são medidos em Ohms para dar uma idéia, aproximada e incorreta, da resistência do material não ôhmico).

As definições de Volt, Ampère e Ohm foram feitas para manter a coerência com o Sistema Internacional de medidas, que inclui ainda o metro, kilograma, segundo e Coulomb. Mas nem sempre a unidade adotada está na escala adequada para serviços práticos. Por exemplo, o Ampère equivale a um fluxo de elétrons muito maior do que normalmente circula num circuito. Usamos então múltiplos e sub-múltiplos, que colocam a unidade na escala mais apropriada.

O Ampère é mais usado como sub-múltiplo mA- miliAmpère, significando 1 Ampère dividido por 1000. O Volt já está em escala adequada, mas pode também aparecer como sub-múltiplo mV- miliVolt - 1 Volt dividido por 1000, ou múltiplo KV- kiloVolt - 1 Volt multiplicado por 1000. O Ohm geralmente é registrado como múltiplos KW - kiloOhms - 1 Ohm multiplicado por 1000, e MW - megaOhm, 1 Ohm multiplicado por 1 000 000.

No caso de resistências é comum usar a letra indicativa do múltiplo (K de Kilo ou M de Mega) logo após o primeiro dígito do valor:

4K7 Ohms= 4 700 Ohms 5M2 Ohms= 5 200 000 Ohms

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Na leitura de instrumentos lembre-se ainda que na numeração inglesa é o ponto que indica décimos, ao contrário do Português que faz esta indicação por vírgula:

PORTUGUÊS PORTUGUÊS INGLÊS

3,14 3.14 162,3 162.3 0,51 0.51

Quando à esquerda do ponto só há o dígito zero é usual omiti-lo:

0.51 = .51 0.1 = .1 0.2

Reunindo em um só aparelho Voltímetro, Ohmímetro e Amperímetro forma-se um Multímetro. Com isto economiza- se peças que são comuns aos três (como bobina móvel e mostrador), resultando um instrumento compacto, prático e razoavelmente barato. Entretanto os três dispositivos - Voltímetro, Ohmímetro e Amperímetro - continuam existindo independentes dentro do Multímetro, com todas as funções e circuitos que estudamos nas seções anteriores.

2-21 chave de seleção de escalas e funções

Cada um dos três medidores deve ter uma chave de seleção de escalas. No Multímetro esta chave é usada também para selecionar a função desejada - OHMS (Ohmímetro), DCA (Amperímetro dc), DCV (Voltímetro dc), ACV (Voltímetro ac). E uma chave giratória de retenção (figura 2-21), que é movida até apontar a escala

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considerada adequada dentro da função. Os valores de fundo de escala são escritos em volta do círculo de giro da chave e sobre eles a função.

A chave de seleção de funções e escalas tem vários pólos (geralmente uns 20) na sua parte inferior, que fica dentro da caixa do Multímetro. Ao fixar a chave na posição de uma determinada escala e função estes pólos encaixam vários componentes, ao mesmo tempo que retiram outros, completando o circuito apropriado para a função e escala selecionadas.

2-22 pontas de prova do multímetro

Nas três funções é necessário uma dupla de pontas de prova para colocar o medidor em contacto com o circuito em teste. O Multímetro dispõe de uma só dupla de pontas de prova, que serve para as três funções. Elas são encaixáveis por conectores tipo banana em dois orifícios existentes nos cantos inferiores do painel (figura 2-22). É convenção colocar a ponta de prova vermelha no orifício +, denominando-a "ponta viva", e a preta no orifício – (que em alguns Multímetros é marcado COM, de comum) .

Algumas medidas admitem polaridade positiva ou negativa, como tensão dc (DCV) e corrente dc (DCA). Outras não têm polaridade, como resistência (OHMS) e tensão ac (ACV), esta última porque a polaridade varia alternadamente. Nos casos em que há polaridade (DCV) a ponta de prova preta/orifício – deve ser encostada no ponto de menor tensão e a ponta de prova vermelha/orifício + no ponto de maior tensão. Isto fará a corrente circular no sentido certo dentro da bobina móvel, garantindo que o ponteiro mover-se-á em direção ao fundo de escala. Se a colocação for invertida - ponta de prova preta/orifício – na maior tensão e ponta de prova vermelha/orifício + na menor tensão - a corrente circulará no sentido errado na bobina móvel, forçando o ponteiro para a esquerda antes do zero, o que pode danificá-lo.

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2-23 chave comutadora de polaridade de tensão

Alguns Multímetros dispõem no painel de uma chave DC+/DC- que inverte a polaridade dos orifícios + e – (figura 2-23): na posição DC+ o orifício + deve ficar com a tensão maior e o – com a menor, como é habitual; comutando para DC- o orifício + deve ficar coma menor tensão e o – com a maior. Assim, se ao medir uma tensão o ponteiro é forçado a esquerda do zero para fora da escala basta comutar a chave para DC- que ele girará corretamente para a direita, em direção ao fundo de escala (mas agora registrando tensões negativas).

2-24 polaridade da pilha no Ohmímetro

O Ohmímetro deve ter uma fonte de tensão com valor determinado, o que é implementado por uma ou duas pilhas comerciais. Por facilidade de circuito estas pilhas têm o polo positivo (bico) no orifício - e o polo negativo (fundo) no orifício +, como visto na figura 2-24. Por tanto é preciso lembrar que com o Multímetro na função Ohmímetro os orifícios tornam-se uma fonte de tensão (entre 1,5 Volt a 3 Volts) com polaridade inversa ao que é indicado nos orifícios. Este detalhe é importante ao usar a fonte de tensão do Ohmímetro para testar e identificar terminais de semicondutores.

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2-25 mostrador e chave de funções e escalas do Multímetro

Um típico mostrador com a respectiva chave de seleção de funções e escalas é visto na figura 2-25. Eles ocupam praticamente todo o painel do Multímetro, com o mostrador protegido por um plástico rígido transparente (ou vidro) e a chave girando por pressão dos dedos.

O ponteiro é uma haste fina, girando em torno de um parafuso que o liga à bobina móvel. Conforme o ângulo que o operador está em relação ao ponteiro (mais à esquerda ou a direita) resulta uma pequena diferença na leitura do valor indicado, erro este conhecido por "paralaxe". Para evitá-lo o mostrador tem uma faixa com material reflexivo - o espelho. Na leitura correta o operador olha diretamente sobre o ponteiro e não consegue vê-lo refletido no espelho. Mas se o operador está em posição incorreta, olhando com certo ângulo em relação ao ponteiro, ocorrerá erro de paralaxe e o ponteiro poderá ser visto refletido no espelho.

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Para leitura de uma medição temos 4 passos: (1º) selecionar uma função (2º) selecionar uma escala dentro da função (3º) fazer a leitura da posição do ponteiro (4º) converter a posição do ponteiro à escala selecionada. Para todas funções a escala deve ser selecionada de tal maneira que o ponteiro fique próximo ao centro do mostrador - perto dos extremos (esquerdo e direito) a leitura tem maior imprecisão.

É importante que ao girar a chave de seleção de funções e escalas as pontas de prova do Multímetro não estejam conectadas ao circuito em teste, pois durante o giro uma corrente excessiva em função ou escala inadequada pode danificar o instrumento. Recomenda-se que ao mexer na chave de seleção pelo menos uma das pontas de prova seja mantida na mão; depois da seleção ela é conectada ao circuito em teste.

Para medição de resistência é usada a primeira faixa de valores, logo acima do espelho. Observe que ela começa à esquerda com oO (infinito) e acaba à direita com zero, de maneira que quanto menor a resistência maior o giro do ponteiro para a direita. O valor apontado pelo ponteiro deve ser multiplicado pelo número indicado pela chave de escalas. Por exemplo, com o ponteiro em "200" e a chave em "X100" a resistência será:

R= 200 x 100 = 20 000 W

Em outro exemplo, com o ponteiro em "80" e a chave em "x1" teremos:

R= 80 x 1 = 80 W

Para medição de corrente contínua (DCA), tensão alternada (ACV) e tensão contínua (DCV) são usadas as faixas abaixo do espelho (no exemplo da figura 2-25 utilizamos fundos de escala de 6, 12 e 30, mas outros valores podem ser encontrados, conforme a marca do Multímetro). O processo aqui consistirá em escolher uma faixa que seja sub-múltipla de 10 da escala indicada pela chave. Por exemplo, com a chave em "1200" a faixa será "12"; outro exemplo, chave em "300" será faixa "30".

Dividindo a escala da chave pelo fundo de escala de sua faixa obtém-se o fator de multiplicação. Nos dois exemplos acima:

1200 / 12 = 100 300 / 30 = 10

fator de multiplicação 100 e 10, respectivamente (veja que será sempre um múltiplo de 10: 10, 100, 1000). A posição do ponteiro é lida na faixa sub-múltipla e o resultado é multiplicado pelo fator de multiplicação. Resumindo:

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medida = leitura na faixa x escala na chave final sub-múltipla fundo de escala

Como exemplo tomemos a medição de uma fonte de tensão alternada de 200 Volts. A chave é colocada na função ACV, escala 300. O sub-múltiplo de 300 é 30, com fator de multiplicação 300/30=10. Lendo na faixa 30 veremos o ponteiro em 20, que deverá ser multiplicado pelo fator 10, resultando:

TENSÃO AC= 20 x 10 = 200 Volts

Usando a equação do parágrafo anterior:

MEDIDA FINAL = 20 x 300/30 = 200 Volts

Outro exemplo, a medição de 4 pilhas de 1,5 Volts cada, em série, perfazendo a tensão total de 6 Volts. A chave é colocada na função DCV escala 12. O sub-múltiplo de 12 é 12 mesmo, com fator de multiplicação 12/12= 1. Lendo na faixa 12 veremos o ponteiro em 6, que deverá ser multiplicado pelo fator 1, resultando:

TENSÂO DC = 6 x 1 = 6 Volts

Usando a equação:

MEDIDA FINAL = 6 x 12/12 = 6 Volts

Como terceiro exemplo façamos a medição de uma corrente contínua de 300 miliAmpères. A chave é colocada na função DCA, escala 600m (note que todas as escalas de corrente já são dadas em "mili"). O sub-múltiplo de 600 é 6, com fator de multiplicação 600/6= 100. Lendo na faixa 6 veremos o ponteiro em 3, que devera ser multiplicado pelo fator 100, resultado:

CORRENTE DC = 3 x 100 = 300 miliAmpères

Usando a equação:

MEDIDA FINAL = 3 x 600m/6 = 300 Ampères

Lembre-se que a escala deve ser escolhida com a chave até que o ponteiro fique próximo do centro do mostrador, pois nas extremidades a imprecisão é maior.

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2-26 subdivisão de (a) 20 unidades (b) 1 unidade (c) 500 unidades (entre 2 K e 1 K)

Dentro de uma faixa o registro entre dois valores pode ser subdividido, formando intervalos que valem de acordo com o número de subdivisões. Para achar o valor de um intervalo calcula-se a diferença entre os dois valores registrados e o resultado é dividido pelo número de intervalos. A figura 2-26 ilustra 3 casos de subdivisões. Em 2-26a corresponderia a marcar no mostrador intervalos de 20 unidades: 200, 220, 240, 260, 280, 300, 320. Em 2-26b temos intervalos de 1 unidade: 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31. Em 2-26c os intervalos são de 500 unidades: 2500, 3000, 3500.

O Multímetro analógico, como estudado no capítulo anterior, é caracterizado por um mostrador com ponteiro. O Multímetro digital substitui o mostrador por display, apresentando o resultado da medição diretamente em números visualizados neste display. Embora seja esta a diferença mais evidente entre ambos, outras existem e são importantes para o técnico: correspondência entre polaridade da pilha interna e pontas de prova, resistência interna, processo de teste de semicondutores, novas funções existentes no Multímetro digital. É certo que dentro de algum tempo só teremos o Multímetro digital, esquecendo-se o analógico. Neste período de transição é interessante conhecer os dois tipos, aproveitando-se das técnicas consagradas do antigo e aplicando-as ao novo, ao mesmo tempo que se explora também os novos recursos.

Mesmo que você não esteja interessado no Multímetro analógico leia atentamente o capítulo anterior, considerando-o como introdução ao Multímetro digital.

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3-1 multímetro digital O gabinete do Multímetro digital é visto na figura 3-1, notando-se imediatamente a semelhança com o Multímetro analógico. Na parte superior temos o display, na inferior as duas pontas de prova e entre elas a seleção de funções e escalas. Uma chave ON/OFF (raramente encontrada em analógicos) liga o aparelho. Ao faze-lo imediatamente aparece no display o registro da leitura atual (dependendo da função selecionada e da posição das pontas de prova). Se nada aparecer algo esta errado com o Multímetro. No verso do aparelho, na parte inferior, temos uma tampa destacável. Retirando-a encontramos a pilha (geralmente 9 Volts) e o fusível (cerca de 0,5 A). Estas são as partes acessíveis ao usuário - as demais encontram-se dentro do gabinete, sendo necessário desmontá-lo para acessá-las. Se necessário pilha e fusível podem ser retirados e testados.

Como não tem bobina móvel com o mostrador o gabinete do Multímetro digital é mais compacto e robusto. Entretanto ele é mais sensível a temperatura, recomendando-se usá-lo em condições ambientes e evitar locais muito quentes.

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3-2 números digitais: (a) 7-LED display (b) numeração de 0 a 9 O display é baseado no 7-LED DISPLAY- sete LEDs em forma de barra compondo um "8" (figura 3-2a). Acendendo apenas alguns deles forma-se a numeração de zero a nove (figura 3-2b). O display apresenta ainda pequenas mensagens - como "LO BAT". Em alguns modelos o display registra o tipo de medição que esta sendo feita ("ACV", "DCV", "W "). O sinal é mostrado antes do número quando se trata de valor negativo.

Uma especificação importante do Multímetro digital é a quantidade de dígitos que seu display pode apresentar. Três dígitos é o normal e necessário para trabalhos do dia-a-dia (por exemplo, "823", "051", "275"). Além destes o display pode ter o primeiro digito que marque apenas "1" ou não apareça, denominando-se "1/2 dígito". O display de 3 dígitos e 1/2 significa que o primeiro dígito é "1" ou não aparece, seguindo-se três dígitos (exemplos: "1823", "823", "1051", "51"). Temos três tipos de seleção de funções e escalas: 1- chave giratória - semelhante ao Multímetro analógico, com uma chave que gira em faixas de funções ("W " - resistência, "DCV" - tensão dc, "ACV" - tensão ac, "ACA" - corrente ac, "DCA" - corrente dc, e algumas funções especiais como "hfe", "bip", "diodo"); dentro de cada faixa seleciona-se a escala adequada. A chave fica retida na posição selecionada e em alguns modelos é preciso empurrá-la para dentro para girá-la. 2 - teclado - com teclas correspondendo às funções e escalas, cujos valores e unidades vêm marcados na tecla ou próximo dela. A tecla pressionada fica retida e é liberada quando novamente pressionada 3 - auto-range - seleciona-se (por teclado) apenas a função e o circuito do aparelho se encarrega de ajustar-se à escala adequada. Neste caso o display apresenta o múltiplo ou sub-múltiplo da unidade (MW , KV, mA, etc). Observe que os Multímetros digitais têm a função "ACA" (corrente ac) raramente encontrada nos analógicos, além de funções especiais como "bip", "hfe" e "diodo" (esta última geralmente é indicada pelo símbolo do diodo).

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3-3 indicação de bip

Alguns modelos de Multímetro digital tem a função bip, indicada na seleção de escalas pelo símbolo da figura 3-3 (correspondendo ao símbolo de propagação de ondas sonoras). Ela produz um sinal sonoro ("bip") quando as duas pontas de prova são encostadas em pontos curto-circuitados (continuidade). Como no Ohmímetro o aparelho em teste deve ser desligado.

Uma das melhores aplicações do bip é acompanhamento e teste de trilhas no circuito impresso. Fixa-se uma ponta do Multímetro num dos extremos da trilha e com a outra testa-se o outro extremo: se ocorrer o sinal sonoro de bip é indicação que há continuidade elétrica entre os dois pontos - a trilha está perfeita - caso contrário a trilha está rompida ou estes dois pontos não são os extremos de uma trilha. Processo semelhante é usado para identificar num feixe quais são os extremos de dois fios. O bip é apenas uma leitura "zero W ". A sua grande vantagem é que dispensa o técnico de olhar o display do Multímetro, seguindo apenas o sinal sonoro e não desviando sua atenção do circuito impresso. O processo de medição de tensão , corrente e resistência é bastante semelhante ao que vimos para Multímetro analógico. Aqui, é claro, não é preciso fazer interpretação da leitura (posição do ponteiro e escala), apenas selecionando a escala adequada e lendo diretamente o display. Se o valor medido (em qualquer função) for maior que a seleção feita na escala o display apresentará "1" no digito mais significativo (correspondendo ao 1/2 dígito). Ao percebê-lo mude para a próxima escala.