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Multimetro digitale

Indice Argomento Corrente 1) Tipologie e caratteristiche del Multimetro Digitale o Tester 2) Differenze rispetto ad un miltimetro analogico 3) Multimetro Digitale da banco 4) Misure effettuabili con tutti i tester 5) Altre misure effettuabili con tester evoluti 6) Possibili altre caratteristiche 7) Composizione dello strumento 8) Come si utilizza il tester: breve guida all'uso 9) Misure di tensione 10) Misure di corrente 11) Misure di resistenza 12) Prova di semiconduttori 13) Prova di condensatori 14) Limiti di utilizzo

Tipologie e caratteristiche del Multimetro Digitale o Tester

Si tratta di uno strumento estremamente comune in ambito elettrico-elettronico e ormai alla portata di tutti (in quanto a costi) almeno per quello che riguarda i prodotti di fascia bassa.
Il suo "antenato" è il multimetro analogico, ormai quasi completamente in disuso.
Con questo strumento è possibile controllare tutte le tensioni e le correnti presenti in un circuito.
Normalmente questi stumenti hanno entrate diverse per le misure di tensione/resistenza e corrente per evitare accidentali cortocircuiti.
Ne esistono alcuni dotati di autorange, in questo caso la scala di misura viene automaticamente impostata dal tester stesso per avere la massima precisione possibile.

Sopra, lo schema di massima di un multimetro digitale (misure di tensione in CC e CA).
Le altre misure, come corrente AC e DC e resistenza sono sempre eseguite utilizzando misure di tensione.

• Il segnale in ingresso viene applicato ad un circuito di condizionamento che lo attenua/amplifica in modo da renderlo adatto agli stadi che seguono.

• Se si tratta di un segnale alternato passerà nel convertitore AC/DC (un rettificatore con amplificatore operazionale) in cui verrà reso continuo.

• Poi viene applicato ad un ADC, ovvero un convertitore analogico/digitale.

• Infine il valore ottenuto viene visualizzato sul display.

Differenze rispetto ad un miltimetro analogico

Il mutimetro digitale se messo a confronto con quello analogico presenta le seguenti sostanziali differenze:

• L'impedenza in ingresso per quello che riguarda le misure di tensione è molto più alta (dell'ordine dei megaΩ o delle decine di megaΩ) e questo permette di misurare con una precisone maggiore in quanto influenza di meno il circuito si cui viene eseguita la misura.

• Impedenza serie più bassa per quello che riguarda le misure di corrente (resistenza di shunt più bassa di quella di un tester analogico).

• Precisone in genere più elevata.

• Mancanza di errore umano nel rilievo della misura.
  La misura viene visualizzata come valore numerico, non occorre stimare la posizione della lancetta che può determinare un possibile errore di parallasse.

• Deve essere alimentato anche per misure di tensione e corrente.

• Non ha componenti meccaniche delicate e costose.

Multimetro Digitale da banco

Si tratta di uno strumento da banco, quindi non portatile, alimentato in genere dalle rete elettrica, utilizzato in laboratorio.
Ha in genere una precisione notevolmente più alta di quelli portatili, sovente ha un collegamento a 4 fili per annullare, ai fini della misura effettuata, la resistenza del cavo a cui sono collegati i puntali.
Per contro ha un costo di un uno-due ordini di grandezza maggiore rispetto a quelli portatili.

Nell'immagine sopra, un multimetro digitale da banco keithley 2015, di fascia medio-alta.
Esegue anche misure di distorsione, temperatura (utilizzando una apposita sonda) e frequenza.
Come vedete è predisposto per la misura utilizzando 4 fili per il probe, allo scopo di calcolare l'incidenza del valore della resistenza del filo ai fini della misura e apportare in automatico una correzione.
Lo strumento da la possibilità di impostare la scala oppure di selezionare la modalità autorange.
La precisione di lettura della tensione si attesta su 0,1microV.
Lo strumento è utilizzabile appena finito l'autotest all'accensione, si consiglia, per eseguire misure particolarmente precise, un riscaldamento di 1 ora.
Uno strumento di questo tipo e mediamente 1000 volte più preciso di un tester portatile.
Per questo motivo può essere utilizzato per tarare altri strumenti.

Misure effettuabili con Multimetro Digitale

• Tensione Continua

• Tensione Alternata

• Corrente Continua

• Corrente Alternata (assente su alcuni modelli)

• Resistenza (prova diodi e di continuità elettrica)

Altre misure effettuabili con Multimetro Digitale evoluto

• Misura induttanza

• Misura capacità

• Misura della frequenza

• Misura della temperatura

Nella foto sopra un tester digitale Fluke dotato di sistema autoranging che seleziona la scala migliore per la misura in modo automatico. Sulla sinistra si nota l'ingresso per le misure in corrente.

Possibili altre caratteristiche Auto ranging, seleziona il valore di fondo scala corretto in modo che la maggior parte delle cifre significative siano mostrate sul display. Ad esempio, un multimetro di tre cifre misurando una tensione di 0,063 Volt seleziona automaticamente un fondo scala numero adeguato per visualizzare ,063 invece di 0,06. Se la grandezza da misurare è al limite fra due scale questo tipo di multimetro sceglie una scala e la mantiene per non rendere la visualizzazione troppo "ballerina". Indicazione della polarità, per letture di tensione e corrente continua, mostra, se la tensione applicata è positiva o negativa (puntali invertiti). Prova Transistor. Inserendo un transistor in un apposito zoccolo (ce ne possono essere due, uno per i transistori PNP e l'altro per gli NPN) viene rilevato il valore dell'hfe (parametro ibrido) del transistor, oppure viene evidenziato un malfunzionamento. Prova MosFet. Inserendo un mosfet in un apposito zoccolo o collegandolo con dei morsetti a coccodrillo, viene rilevato il corretto funzionamento del componente. Questa funzione è abbastanza rara, in genere occorre provare i MosFet con un apposito strumento che oltre ad indicare il corretto funzionamento rileva anche i parametri tipici. Oscilloscopio. Il tester permette di visualizzare le forme d'onda che misura. In pratica è un piccolo oscilloscopio portatile. Interfacce esterne. I moderni tester possono essere interfacciati con un personal computer via IrDA, collegamenti RS-232, connessioni USB, o altri tipi di collegamento. Questo consente al computer di registrare le misurazioni effettuate. Alcuni sono provvisti di memorie removibili (memory card tipo MMC, SD Card o microSD) e sono in grado di memorizzare le misurazioni e esportarle su un computer.

A sinistra: Tester di dimensioni particolarmente grandi con ingressi separati per basse e alte correnti A destra: Tester di dimensioni particolarmente ridotte

Composizione dello strumento

	Display: di norma il display è della tipologia a cristalli liquidi. Il tipico display di 3 cifre e 1/2 è sufficientemente per i nostri scopi. Per sfruttare tutte le cifre disponibili ed aumentare la precisione occorre impostare il valore di fondo scala giusto, in funzione della misura che vogliamo fare. Per 3 cifre e 1/2 si intende che il tester è in grado di visualizzare 3 cifre per esteso (da 0 a 9) e una ulteriore cifra che può essere 0 o 1 oppure + o - (davanti alle cifre per esteso).
	Selettore rotativo: serve per selezionare il valore di fondo scala della misura. I simboli utilizzati sono riportati di seguito: Misura di tensione alternata. Misura di tensione continua (con alternata sovrapposta in percentuale trascurabile) Misura di resistenza Prova diodi/Prova di continuità (misura di resistenza emettendo un segnale acustico in caso di valore prossimo allo zero) Misura di corrente alternata Misura di corrente continua (con alternata sovrapposta in percentuale trascurabile) Pulsante HOLD: serve per memorizzare il valore presente nel momento in cui viene premuto sul display. Per tornare alla modalità normale di misura basta spingere un'altra volta il pulsante.
	Boccole per inserzione dei puntali: sono poste nella parte bassa del tester, possono essere 3 o 4 in funzione del tipo di strumento, il puntale nero va collegato alla presa denominata "COM" che stà per comune. Il puntale rosso va collegato alla presa adatta in funzione della misura che si vuole eseguire (Volt-Ω-Prova diodi, A corrente bassi valori, 10A corrente massima 10 Ampere). Sullo strumento sono anche riportate le tensioni massime per cui l'isolamento è garantito (fra i due puntali) e le correnti massime, nonché la disposizione delle protezioni di sovracorrente (fusibili). I simboli riportati sulle boccole sono i seguenti: Contrassegno delle boccola in cui va innestato il puntale positivo per misure di tensione, resistenza e prova diodi. Contrassegno delle boccola in cui va innestato il puntale positivo per misure di corrente fino a 10 Ampere. Contrassegno delle boccola in cui va innestato il puntale negativo (com stà per comune).

Come si utilizza il tester: breve guida all'uso

Di seguito una breve discussione su come effettuare le misure che vengono fatte più di frequente.

Misure in tensione

Occorre a priori sapere se si misura una tensione continua o alternata.
Occorre selezionare il valore di fondo scala corretto (girando il selettore), se non lo si conosce si parte sempre dal valore di fondo scala più alto.
A questo punto occorre posizionare i puntali nel punto in cui si vuole misurare la tensione avendo cura di porre nel giusto verso il positivo e il negativo.
Per questo tipo di misura lo strumento ha una impedenza superiore al megaΩ.
Normalmente le misure di tensione si fanno in funzione di un potenziale di riferimento, in genere la massa o il negativo di alimentazione, quindi occorre collegare a questo punto il puntale nero e con il rosso toccare il punto che si vuole misurare rispetto a massa.
Altro caso è quello della misura della tensione ai capi di un componente per determinare, ad esempio, la tensione ai capi di una resistenza per calcolarne la dissipazione.

Misure in corrente

Per misurare una corrente (continua o alternata) occorre interrompere il circuito in cui essa scorre e mettere in serie il tester.
Anche in questo caso occorre impostare con il selettore il valore di fondo scala più adatto e, se non si conosce, si parte sempre dal più alto.
Prestate attenzione, ci sono strumenti che hanno una boccola per misurare piccole correnti e un'altra per misurare correnti più alte.
Non sbagliate altrimenti danneggerete lo strumento o nella migliore delle ipotesi farete saltare il fusibile di protezione.
Attenzione, dopo che si è effettuata la misura spostare sempre il puntale in una boccola ad alta impedenza (quella per le misure in tensione), altrimenti, inavvertitamente si possono produrre dei corto circuiti.
Ricordiamoci che per questa misura l'impedenza interna dello strumento è prossima allo zero.

Per misurare la corrente che passa nella resistenza R1 ad opera della batteria B1 occorre interrompere il circuito e porre in serie il tester. Come tutte le misure, la misura stessa altera il valore della corrente che scorre, in quanto lo strumento ha una resistenza, seppur piccola, che si somma ad R1. Tuttavia in linea di massima, in rapporto alla precisione che serve nel nostro caso, il funzionamento è più che soddisfacente. Unica seccatura è dover interrompere il circuito, che in molti casi si traduce in un danno.

Misure di resistenza

In questo caso lo strumento si comporta come un generatore di tensione che fa scorrere una corrente nella resistenza da misurare.
Questa corrente viene misurata e si determina il valore della resistenza.
Misurare una resistenza è banale se la resistenza è smontata.
Occorre prestare attenzione nelle misure di resistenze di valore alto, non vanno tenute in mano altrimenti si altera la misura introducendo in parallelo alla resistenza da misurare quella della propria mano.
Per quello che riguarda le resistenze montate su un circuito, per misurarle occorre staccare almeno un reoforo, altrimenti la resistenza non è misurabile in quanto influenzata dagli altri componenti del circuito.

Quando la resistenza R1 è collegata alla batteria è impossibile misurarne il valore, in quanto il tester genera una tensione e misura la corrente che attraversa la resistenza, ma se questa è collegata ad un altro generatore, la misura viene completamente falsata.

Prova di semiconduttori

Per i semiconduttori è possibile verificare il buon funzionamento delle giunzioni sia che si tratti di un diodo che di un transistor.
Quasi tutti i tester hanno un provadiodi che verifica il verso di conduzione del diodo, il tutto spesso collegato ad un segnale acustico.

Nel caso della prova di un diodo, lo strumento usa una scala per la misura della resistenza, in pratica si comporta come un generatore e misura la corrente che scorre, in questo caso nel diodo. Se il diodo funziona correttamente si verifica la condizione della figura a sinistra. Il diodo condurrà solo se polarizzato direttamente, mentre nell'altro caso non condurrà. Se lo strumento è molto sensibile o il diodo è di pessima qualità, con la polarizzazione inversa sarà possibile, usando una scala adatta alla misura di resistenze molto alte, misurare la corrente di fuga (corrente inversa) del diodo.

Per provare un transistor bjt (bigiunzione) occorre provare separatamente le due giunzioni sia per la conduzione diretta che inversa come da schema della figura a sinistra. Questa prova dà ovviamente esito esattamente opposto scambiando il transistor NPN con uno PNP. I tester dotati di prova transistor hanno uno zoccolo o delle pinze a coccodrillo che permettono di collegare il transistor ed eseguono la misura dell'hfe (in pratica dell'amplificazione) e quindi il test di funzionamento del transistor.

Prova condensatori

La prova di un condensatore si può fare con qualsiasi tester che misura la resistenza.
E' una prova banale che permette di vedere solamente se il condensatore è in cortocircuito.
Si fa settando il tester sulla scala di misura in Ω più bassa e collegando i puntali del tester sui reofori del condensatore (che deve essere con un terminale non collegato).
Se il condensatore è in corto la sua resistenza sarà molto bassa, altrimenti sarà altissima.
Alcuni tester sono dotati di misura condensatori e induttanze.
In tal caso verrà rilevato il valore del componente analizzato.

Limiti di utilizzo

Di seguito elenchiamo tutti i limiti di utilizzo di un comune tester che per la maggior parte sono limiti tecnologici e limiti di progetto della specifica macchina, quindi variabili da un modello ad un'altro.

• Precisione massima: è in genere per gli stumenti portatili di bassa qualità di qualche punto percentuale, dovuta alle tolleranze delle resistenze e alla precisione intrinseca del sistema di conversione analogico-digitale

• Massima tensione misurabile: in genere di qualche centinaio di volt, è dovuta al tipo di resistenze impiegate nel partitore resistivo in ingresso che possono dare luogo a scariche o fenomeni di igroscopicità.

• Minima tensione misurabile: limite del sistema di conversione analogico-digitale

• Massima resistenza misurabile: limite del sistema di conversione analogico-digitale e della resistenza di ingresso dello strumento che quando diventa paragonabile alla resistenza da misurare genera un errore troppo grande.

• Minima resistenza misurabile: limite del sistema di conversione analogico-digitale

• Massima corrente misurabile: limite dello shunt e della sezione dei conduttori del tester (sonde, circuiti interni, boccole)

• Minima corrente misurabile: limite del sistema di conversione analogico-digitale

Esistono ovviamente strumenti dedicati per ogni tipo di misura che esegue un tester, molto più precisi e con dei range di misura più estesi.
Tuttavia a parte l'ingombro e la scarsa flessibilità di utilizzo, hanno dei costi decisamente più elevati.