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O QUE É UM MULTÍMETRO
O multímetro, também conhecido como VOM (Volt-Ohm-Miliamperíme tro), Ohmiter, Multiteste ou Tester é um instrumento destinado a medida de grandezas elétricas. Em eletricidade existem três grandezas básicas (tensão, corrente e resistência elétrica) que o multiteste ou multí metro mede com precisão e, baseados nelas, podemos empregar este instrumento numa infinidade de aplicações. O tipo mais comum de multímetro é o que faz uso de um indicador de bobina móvel e que tem seu aspecto mais comum mostrado na figura 1. Conforme podemos ver, sobressai o instrumento indicador, onde existem diversas escalas para as grandezas que são medidas. A seleção das grandezas que são medidas, ou das escalas, é feita ou por meio de uma chave seletora ou, então, por meio da troca de posições dos pinos das pontas de provas. Um tipo mais moderno de multímetro é o digital, mostrado na figura 2. Neste multímetro, os valores das grandezas medidas são mostrados direta-mente por meio de dígitos (que podem variar entre 3 e 8) e a seleção das esca las é feita por meio de botões no painel. Os multímetros digitais são muito mais caros que os comuns, de modo que, para aplicações mais modestas, os multímetros de bobina móvel são os mais recomendados. Mesmo para os multímetros comuns, existe uma extensa faixa de tipos e modelos que permitem uma escolha segundo a disponibilidade financeira e também de acordo com o tipo de trabalho a ser realizado.
Como Funciona o Multímetro?
A base do funcionamento do multímetro é o instrumento indicador de bobina móvel cujo aspecto interno é mostrado na figura 3. Conforme podemos ver, uma bobina de fio esmaltado muito fino, na forma de retângulo, é apoiada em dois eixos e fixada entre os pólos de um forte imã permanente em forma de ferradura. Os movimentos da bobina são limitados por um par de molas espirais, que também servem para fazer contato elétrico da bobina com o circuito externo. Quando uma corrente circula pela bobina, aparece um campo magnético que interage com o campo do imã, de modo a haver uma força que tende a girar o conjunto. O movimento da bobina é, então, limitado pela ação da mola. O giro desta bobina será proporcional ao campo magnético criado que, por sua vez, é proporcional à corrente que passa pela bobina. Fixando um ponteiro neste conjunto, podemos fazê-lo correr sobre uma escala que poderá ser diretamente graduada em termos da corrente que circula pela bobina. Este conjunto básico é, portanto, um sensível medidor de correntes elétricas. A unidade de corrente elétrica é o Ampere, mas as correntes da ordem de amperes são fortes demais para poderem ser medidas diretamente por este delicado instrumento. Assim, as escalas dos instrumentos normalmente são especificadas em termos de milésimos de ampere (mA) ou milionésimos de ampere (μA). Os instrumentos que encontramos nos multímetros são miliamperímetros ou microamperímetros, pois são sensíveis o bastante para poderem dar uma indicação da corrente desta ordem. A especificação de um instrumento é dada pela corrente que causa a movimentação da agulha até o final da escala. Dizemos que esta é a corrente de fundo de escala do instrumento. Corrente de fundo de escala — corrente que causa a movimentação da agulha até o final da escala ou a corrente máxima que o instrumento pode medir.Para os multímetros comuns, são típicos valores de instrumentos usados os seguintes: 0 a 50μA, 0 a 100μA, 0 a 200 μA, 0 a 1 mA
Figura 1 – Multímetro analógico (^) Figura 2 – Multímetro digital
Quanto menor for o valor do fundo de escala do instrumento usado no multímetro, mais sensível ele é, pois menor é a corrente que ele pode medir. Na realidade, a sensibilidade não será propriamente especificada em função desta corrente de fundo de escala do instrumento, mas sim em função de outra que decorre desta e que veremos mais adiante. Um princípio importante da física nos mostra que não podemos medir nenhuma quantidade sem afetá-la. Para medir a temperatura de um corpo, um termômetro, na realidade, extrai um pouco de calor deste corpo, modificando-o.
Figura 4
Quando usamos um instrumento de bobina móvel para medir a corrente num circuito, esta corrente tem sua intensidade afetada porque o instrumento representa uma resistência que a reduz. Um instrumento será tanto melhor quanto menor for a resistência de sua bobina, pois assim sua influência na corrente que está sendo medida também será menor. Na figura 5, mostramos de que modo podemos usar este instrumento para medir a corrente que uma lâmpada absorve de uma pilha.
1 — Imã
2 — Tambor
3 - Peça Polar
4 - Bobina
6 - Eixo
7 - Ponteiro
8 - Mola
9 - Contra-peso
10 - Ajuste
TERMÔMETRO
21,9°C
22°C
TEMPERATUR
A REAL
Figura 3
Shunt — Resistência, de pequeno valor que é ligada em paralelo com os instrumentos para ampliar a escala de correntes. Se quisermos ter um instrumento capaz de medir correntes em diversas faixas, podemos utilizar diversos shunts, de valores apropriados, que serão colocados em ação no momento oportuno. Na figura 8, temos duas maneiras de fazer isso com facilidade, obtendo dessa forma um "multi-amperímetro".
No primeiro caso (a), os shunts são comutados por meio de uma chave. A cada posição da chave, multiplicamos por 10 o alcance do instrumento. Se tivermos um microamperímetro de 0-100 u A, por exemplo, poderemos ter as novas escalas de: 0 – 1 mA, 0 – 10 mA, 0 – 100 mA. No segundo caso, a escolha de escala é feita pela posição em que são ligados os elementos de prova. Veja que esta configuração (B) é mais complexa por causa dos percursos que a corrente faz nos diversos casos o que leva a um cálculo mais elaborado de valores. Para medir tensões, ligamos entre os pólos do circuito o instrumento, de modo que ele fique submetido à tensão que deve ser medida. Neste ponto, também podemos pensar em ampliações de escala. E se quisermos medir tensões maiores que 0,1 V, por exemplo? Conforme percebemos, o problema também consiste em mudar a resistência do circuito, de modo que tenhamos a corrente de fundo de escala com uma tensão maior. Supondo que desejamos medir a tensão de 1 V no fundo de escala com o mesmo instrumento, vemos que a resistência apresentada deve ser: R = 1/0,001 R = 1000 ohms Como a bobina do instrumento já tem 100 ohms, tudo que fazemos é ligar em série um resistor de 900 ohms, conforme mostra a figura 9.
VOLTÍMETRO 0-1V
Fazemos, então, com que 90% da tensão fique sobre o resistor e 10% sobre o instrumento, multiplicando por 10 seu fundo de escala. O resistor, que é ligado em série com o instrumento para multiplicar seu alcance na faixa de tensões, é denominado "multiplicador". O instrumento que obtemos para a medida de tensão será denominado voltímetro, pois a unidade de tensão é o volt (V). Resistência Multiplicadora — Resistência ligada em série com o instrumento indicador num voltímetro. Se o resistor representar 99% do valor da resistência total e o instrumento 1%, a escala será multiplicada por 100. Poderemos medir até 10 V com o instrumento que tomamos como exemplo. Do mesmo modo que fizemos no caso do multiamperímetro, também podamos ter um multivoltímetro, se pudermos ligar a qualquer momento, em série com o instrumento, resistências multiplicadoras de valores apropriados. Na figura 10, temos as duas maneiras normais de fazer isso. No primeiro caso, usamos uma chave seletora e no segundo caso, a escolha de resistência pela ligação em terminais apropriados das pontas de prova.
(B)
Nova escala em Volts
Figura 9
Figura 8
Figura 10
Para medir uma resistência elétrica, partimos de sua própria definição: a oposição á passagem da corrente oferecida por um circuito. Se quisermos medir a resistência basta, então, aplicarmos uma tensão nesta resistência, de modo que uma corrente seja forçada a circular. Pela intensidade desta corrente, podemos ter uma idéia da resistência: se a corrente for intensa é porque a resistência é pequena, e se a corrente for fraca é porque a resistência é maior. Para medir a resistência, precisamos, então, além do instrumento que mede a corrente, que já temos, de uma fonte de energia, uma pilha ou mais para estabelecer uma tensão no circuito ou componente que deve ser medido. O circuito básico de um ohmímetro é, então, mostrado na figura 11, lembrando que o nome em questão vem de Ohm (Ω), que é a unidade de resistência.
O elemento adicional, um trim-pot de ajuste, tem uma finalidade importante, que será estudada a seguir. Quando uma ponta de prova é encostada diretamente na outra — o que corresponde a uma resistência nula (O ohm) — ajustamos o trim-pot para que a corrente circulante e, portanto, indicada pelo instrumento, seja máxima, ou seja, a corrente de fundo de escala. A separação das pontas de prova resulta numa resistência infinita, não havendo, portanto, corrente no instrumento. A corrente é zero. Temos, então, para a resistência, uma escala completa de 0 a infinito (∞), mas disposta "ao contrário", com o zero à direita e o infinito à esquerda, como mostra a figura 12. Para os valores intermediários, podemos raciocinar da seguinte forma: supondo que o instrumento tomado como exemplo seja de 0-1 mA. Nestas condições, se a tensão de alimentação for de 1,5 Volt (uma pilha), para a corrente total (fundo de escala), precisamos que o circuito tenha uma resistência total de 1500 ohms.
TRIM-POT
Figura 11
Figura 12
passe de 0-1 mA a 0-10 mA, já teremos outras condições de medida de resistências. Veja que, para uma tensão de alimentação de 1,5 V (que se mantém), a resistência total do instrumento passará a ser: R = 1,5/0,01 R = 150ohms Unindo as pontas de prova, a corrente de fundo de escala será obtida com uma resistência total de 150 ohms. O centro da escala igualmente será obtido quando tivermos o dobro desta resistência o que significa agora uma resistência de 150 ohms. Na nova escala, o novo centro será de 150 ohms e o ponto de 1/10 da deflexão também ficará dividido por 10, equivalente, portanto, a 1350 ohms! Com mais uma multiplicação de corrente, poderíamos chegar a um meio de escala de 15 ohms, mas isso não é conveniente neste caso, pois correntes elevadas pelas pontas de prova, além de sobrecarregar o circuito em prova, podem gastar rapidamente as pilhas. E se quisermos ter escalas mais altas de resistências? Uma maneira consiste em se trabalhar com tensões mais altas. Se em lugar de 1,5 V, tivermos, por exemplo, 15 V, a escala será alterada. Para uma corrente de 1 mA, por exemplo, a resistência total do circuito para fundo de scala será: R = 15/0,001 R = 15000 ohms Para meia escala, o valor será 30 000 ohms total — o que corresponde a resistência externa de 15 000 ohms. Alguns instrumentos mais sensíveis, que possuem escalas de resistências centros de até 500 000 ohms ou mais, utilizam duas baterias, uma de 1,5 V para as escalas mais baixas e outra de 15 V para escalas mais altas.
A combinação das escalas num único instrumento pode também ser feita por meio de chaves ou pela troca dos pinos em que as pontas de prova são ligadas. O multímetro é a combinação, em um único instrumeto, de multivoltímetro, multiamperímetro e o multiohmímetro. Com um único instrumento indicador, podemos utilizar uma chave seletora de muitas posições ou então um conjunto maior de pontos de ligação e construir um multímetro. Um multímetro comum terá:diversas escalas de correntes, diversas escalas de tensão e diversas escalas de resistências. Os multímetros comerciais têm ainda outros recursos, como, por exemplo, a medida de tensões alternantes. Neste caso, o que se faz é acrescentar ao circuito um sistema retificador formado por diodos de germânio (porque têm uma tensão de início de condução menor). Outras escalas são de dB (decibéis) e em alguns casos até um sistema para determinar o ganho de transistores. Na figura 17, temos o diagrama de um multímetro completo, com todos os componentes para a medida de todas as grandezas principais: corrente, tensão e resistências.
O preço de um multímetro vai depender de diversos fatores, como, por exemplo, a qualidade do instrumento indicador e a quantidade de escalas que o aparelho possui. A precisão do multímetro também é muito importante, variando tipicamente entre 1 e 2%, o que é bom, se levarmos em conta que a maioria dos componentes têm tolerâncias de 10% até 20%. O botão "zero adj" serve para compensar o desgaste natural da pilha que tem sua tensão caindo com o tempo. Com este ajuste, zeramos o instrumento nas escalas de resistências, de modo que variações de tensão da pilha não afetem muito a precisão das medidas.
COMO ESCOLHER UM MULTIMETRO
Existe uma variedade muito grande de tipos de multímetros à disposição dos interessados. Desde os menores, com instrumento menos sensível e menor número de escalas, até os maiores, com instrumentos ultra-sensíveis e grande número de escalas, alguns dispondo de recursos para a medida de outras unidades elétricas além da corrente, tensão e resistência. Como escolher um multímetro? Que fatores levar em consideração? Para cada tipo de atividade, qual é o melhor instrumento? É claro que o multímetro de maior sensibilidade e maior número de escalas seria o recomendado para qualquer aplicação, mas, evidentemente, não são todos que têm condições de adquiri-lo. Por este motivo, vamos analisar, a seguir, os principais tipos, ensinando-o como fazer sua escolha, em função da disponibilidade e aplicação. São os seguintes os pontos que você deve observar ao fazer a escolha de um multímetro: a) Sensibilidade Melhor será o multímetro quanto menor for a corrente de fundo de escala do instrumento de bobina móvel usado. Multímetros com escalas menores de corrente de 50 uA são excelentes, mas de preço bem elevado. Entretanto, a especificação de sensibilidade não é dada normalmente em termos de corrente de fundo de escala para o instrumento. As especificações de sensibilidade são dadas em termos de Ohms por volt ou Ω/V. O que significa isso?
Figura 16
Figura 20
Figura 17
O Multímetro (por dentro)
Conforme vimos, não podemos realizar nenhum tipo de medida sem influir no que está sendo medido. No caso de um multímetro, o instrumento precisa de corrente que é desviada do circuito que está sendo testado para movimentar a sua agulha. Isso quer dizer que a introdução do instrumento no circuito significa uma alteração que afeta a quantidade que está sendo medida, qualquer que seja ela. O instrumento será tanto melhor quanto menos alteração ele introduzir na medida que está sendo feita. Em especial, no caso dos multímetros, as alterações que se fazem sentir de forma mais acentuada são as referentes à tensão. Assim, quando medimos a tensão num circuito, conforme mostra a figura 18, o multímetro representa uma resistência adicional que está sendo ligada em paralelo com o circuito sobre o qual se tira a medida. Supondo o circuito da figura 18. Veja que se o instrumento representa uma resistência de 1000 ohms, sua ligação em paralelo com o resistor de 1000 ohms, no qual medimos a tensão, pode alterar sensivelmente o valor lido. Quando a tensão real era de 5 Volts, com a introdução do instrumento, por sua influência, ela cai para 3,33 Volts, que é a tensão assinalada. Isso representa um enorme erro!
ohms. Com um multímetro que tenha uma escala de resistências x10 k, podemos, com facilidade e precisão, ler uma resistência de mais de 10 000 000 ohms ou 10 M.
Escolhendo o Multímetro
Para facilitar aos interessados na aquisição de um multímetro, podemos dar uma tabela de opções com os tipos existentes divididos por faixas. São 5 faixas com custos que variam na proporção de 1 para 20 e até mais. Ao elaborar esta tabela, levamos em conta tanto o custo do instrumento como a utilidade para você, segundo sua atividade. Usuário tipo de multímetro
A B C D E
estudante iniciante * *
Hobista iniciante * * Técnico iniciante * * Eletricista de automóvel * * Instalador elétrico * * Reparador de eletrodomésticos * * * Estudante de curso técnico avançado * * *
Técnico estabelecido Hobista avançado
Projetistas avançados * * * Estudantes de Engenharia * * * V Engenheiros * * '* Profissionais de informática * * * ""*
A nossa subdivisão por categorias terá as seguintes características típicas:
Multímetro Tipo A Características: - Sensibilidade ......................... 1 000 a 5000 ohms por Volt Escalas de tensões contínuas ............2 a 4 com valores entre 1,5 e 1 500 V Escalas de tensões alternantes ....... .. 2 a 4 com valores entre 6 e 1 000 Volts Escalas de resistências .................. 1 ou 2 (x1 e x 10) Fonte de alimentação ................. 1 ou 2 pilhas Observações: este é o mais barato dos multímetros, sendo recomendado para iniciantes em geral, estudantes que estejam começando suas atividades na eletrônica, hobistas de áreas não ligadas à eletrônica, como os que mexem em instalações elétricas domiciliares, que fazem reparação de eletrodomésticos e também para eletricistas de automóveis e pequenas oficinas.
Multímetro Tipo B Características: Sensibilidade ........................ 5 000 a 10 000 ohms por volt DC Escalas de tensões contínuas .............. 3 a 5 entre 1,5 e 1 500 V Escalas de tensões alternantes ............. 3 a 5 de 6 V a 1 500 V Escalas de resistências .................. 2 ou 3 (x1 x10e x100) Fonte de alimentação .................. Pilhas comuns Observações: este instrumento já pode equipar as oficinas mais modestas de reparadores de rádio e mesmo TV, deve fazer parte da bancada dos estudantes de cursos técnicos e hobistas dedicados. No lar, este instrumento será de ajuda na localização de problemas de instalações e eletrodomésticos. Os eletricistas de automóveis também pode ter grande ajuda de um instrumento deste tipo. Profissionais da informática poderão fazer análises imediatas de circuitos com este tipo de instrumento, que pode ser carregado facilmente em qualquer maleta de serviço.
Multímetro Tipo C Características: Sensibilidade ........................ 10 000 a 50 000ohms por volt DC Escalas de tensões contínuas .............. 5 a 7 entre 1,5 e 3 000 volts Escalas de tensões alternantes ............. 5 a 7 entre 6 e 3 000 Volts Escalas de resistências .................. 4 (x1, x100, x1 k e x10 k) Fonte de alimentação .................. Pilhas mais bateria (15 V) Observações: este multímetro já pode ser considerado de tipo profissional, sendo o indicado para o técnico reparador de rádio, TV, aparelhos de som, para o instalador de som em carro, para o técnico projetista, para o estudante de eletrônica de nível superior. Nos laboratórios de pesquisa, de eletrônica, deve-se ter no mínimo um instrumento como este. Na informática, o multímetro com estas características será de grande utilidade.
Multímetro Tipo D Características: Sensibilidade ........................ 50 000 a 100 000 ohms por Volt Escalas de tensões contínuas .............. 5 a 7 entre 1,5 e 3 000 V Escalas de tensões alternantes ............. 5 a 7 entre 6 e 3 000 V e MAT (15000 ou mais) Escalas de resistências .................. 4 ou 5 (x1, x10, x 100, x1 k e x10k) Fonte de alimentação .................. Pilhas ou bateria (15 V) Observações: dos instrumentos comuns, ou seja, de bobina móvel sem circuitos ativos, este é o multímetro mais avançado com que podemos contar em nosso trabalho, sendo, por isso, recomendado para os profissionais de eletrônica.
Multímetro Tipo E Este é um multímetro especial, "etetrônico", porque usa transistores de efeito de campo e outros elementos ativos nas etapas de entrada, capazes de fornecer uma sensibilidade extremamente grande. A resistência de entrada de um multímetro deste tipo pode alcançar valores tão altos como 22 000 000 (22 M) ohms em todas as escalas de tensões. Veja que, neste caso, não indicamos ohms por volt, pois o valor é o mesmo para todas as escalas. Se levarmos em conta a escala mais baixa, basta dividir a resistência em questão pelo valor de fundo de escala e, assim, obter a sensibilidade. Características: Sensibilidade (na realidade,resistência de entrada). 22 M ohms Escalas de tensões contínuas .............. 4 a 8 com valores entre 1,5 e 5 000 Volts ou mais e ponta MAT Escalas de tensões alternantes ............. 4 a 8 de 6 a 5000 V Escalas de resistências .................. 5 de x1 a x10k Fonte de alimentação .................. Rede e pilhas Observações: este, sem dúvida, já é um aparelho de uso profissional bastante sofisticado e também caro. Pelo seu custo, somente laboratórios e oficinas de porte podem investir na sua compra.
