Curso Instrumentos de Medição
Introdução
O Segundo instrumento que vamos estudar em nosso curso é o multiteste Digital, atualmente é o mais utilizado na bancada de trabalho (laboratório) ou em serviços de campo, pois incorpora diversos instrumentos de medidas elétricas num único aparelho como voltímetro, amperímetro e ohmímetro por padrão e capacímetro, frequencímetro, termômetro entre outros, como opcionais conforme o fabricante do instrumento disponibilizar.
Na figura acima mostro os aspecto físico de um multiteste digital simples muito utilizado por técnicos de eletrônica e este será nosso objeto de estudo. Na figura seguinte mostro a descrição das partes deste instrumento.
Estrutura Interna
Daremos inicio agora ao estudo da estrutura interna do multiteste Digital, onde veremos as partes que compreendem este instrumento, pois acredito que isso facilitará o entendimento quanto ao funcionamento e o uso do mesmo . Observando a figura abaixo podemos ver o diagrama em blocos de multiteste digital comum:
Na figura seguinte podemos ver o esquema elétrico de um multiteste digital comum, em geral este multiteste são fabricados com base no famoso circuito integrado ICL7106 ou ICL7107. Eles possuem circuitos de isolamento, que aplicam a grandeza lida no conversor A/D que envia a informação ao decodificador e em seguida enviada ao a tela de LCD. Outra característica é a leitura de corrente elevada por estes equipamentos.
Vamos falar um pouco sobre a tela dos multiteste digitais, elas são dividas em dois tipos LCD e LED. Na tabela abaixo, mostro quais as vantagens e desvantagens de cada tipo de display
As Principais características operacionais dos multitestes digitais são:
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- Resolução: Esta é fornecida através do numero de dígitos ou contagem de seu display;
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- Exatidão: fazer leituras precisas sempre de determinada condição de medição;
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- Categoria: Diz respeito a segurança, tanto do operador quanto do equipamento, desta maneira os instrumentos digitais são hierarquizados em quatro categorias, são elas: cat-1 , cat-2, cat-3 e cat-4
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Categoria diz respeito a segurança, tanto do operador quanto do equipamento, desta maneira os instrumentos digitais são hierarquizados em quatro categorias, são elas:
Categoria CAT 1
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Esta categoria de instrumento se refere aos tipos que são usados na análise de equipamentos eletrônicos em geral.
São os equipamentos que apresentam as seguintes características básicas:
•São equipamentos protegidos, ligados a circuitos nos quais as medidas são realizadas dentro de transientes bastante limitados, e normalmente de baixo nível.
•Se for um equipamento de alta tensão, ela é derivada de um transformador com um enrolamento de alta resistência como, por exemplo, no setor de alta tensão de um monitor de vídeo, de uma copiadora ou de um televisor.
Categoria CAT 2
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Esta categoria de multímetro destina-se a trabalhos de medida na rede de energia monofásica como, por exemplo, em tomadas de energia de instalações elétricas comerciais, domiciliares e de escritórios. Basicamente os multímetros desta categoria são usados nas medidas de tensões em:
•Equipamentos de uso doméstico, ferramentas portáteis e outros equipamentos semelhantes
•Tomadas de energia e circuitos alimentados pela rede doméstica monofásica.
•Tomadas ou pontos de conexão que estejam a mais de 10 metros de uma fonte CAT III ou a mais de 20 metros de uma fonte CAT IV
Categoria CAT 3
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Estes multímetros se destinam a análise de circuitos alimentados por uma rede trifásica e medidas diretamente neste tipo de rede. Também são usados na análise de sistemas de iluminação comercial. Basicamente são empregados nos trabalhos com os seguintes tipos de instalações:
•Equipamentos em instalações fixas como por exemplo motores multifásicos.
•Barramentos e sistemas de alimentação em instalações industriais.
•Circuitos de painéis de distribuição
•Sistemas de iluminação em grandes construções
•Tomadas de alimentação equipamentos que estejam perto da entrada de distribuição.
Categoria CAT 4
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Esta categoria de multímetro é utilizada na análise de redes trifásicas e redes aéreas externas. Basicamente empregamos os multímetros desta categoria nos seguintes casos:
•Instalações de origem, como as que alimentam o setor de baixa tensão de uma fábrica.
•Medidores de energia elétrica e protetores primários de sobrecorrente.
•Instalações fora da entrada de alimentação, do ponto de captação ao medidor.
•Instalações aéreas e subterrâneas de alimentação de energia primária.
Então qual multiteste devo escolher?
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Não basta dizer que determinada categoria de multímetro tem características apropriadas para determinado tipo de medida. Se você quer adquirir um multímetro para seu trabalho precisa saber mais. Em função do que vimos, podemos dar algumas regras básicas para a escolha:
•A regra geral para escolher um multímetro para seu trabalho é de que, quanto mais próximo você estiver da fonte de energia elétrica que alimenta o local em que você está, mais alta é a categoria do multímetro que você deve usar, pois maior é o risco de que transientes causem problemas.
•Leve em conta também que, quanto maior for a intensidade de corrente de um curto-circuito no local que você trabalha, maior deve ser a categoria do multímetro usado.
•Uma outra forma de dizer a mesma coisa dos itens anteriores é a seguinte: quanto maior for a impedância da fonte de energia que alimenta seu local de trabalho mais baixa pode ser a categoria do multímetro que você usa. Uma impedância mais alta, amortece transientes.
•Os TVSS (Transiente Voltage Surge Supressor ou Supressores de Tensões Transientes e Surtos) também podem servir de referência para a escolha de um multímetro. Se numa instalação você usa TVSS de maior capacidade, o multímetro usado na sua análise também deve ser de categoria superior.
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Na prática, entretanto, o profissional da eletrônica e eletricidade não vai trabalhar em medidas num circuito em que se enquadre numa única categoria. O mesmo local de trabalho pode ter pontos que exijam multímetros de diferentes categorias. O que fazer?
A recomendação é que o profissional analise o seu ambiente de trabalho, verificando os diversos setores em que multímetros de categorias diferentes são usados. Por exemplo, no seu ambiente, pode existir um setor em que um multímetro CAT II satisfaz o trabalho mas existe outro ambiente, onde trabalhos eventuais, exigem um multímetro CAT IV.
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A escolha do tipo a adquirir deve recair pelo de maior categoria que
vai ser exigido no seu trabalho específico, no caso o CAT IV. Um multímetro
CAT IV serve para realizar trabalhos onde um CAT II é exigido, mas não pode
ser usado um CAT II onde um CAT IV é recomendado. Na figura ao lado
mostramos um exemplo de local em que diversas categorias de multímetros
seriam usadas em setores diferentes, mas com um único da categoria mais
alta podemos trabalhar em todos os setores.
As especificações de Tensão
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Ao escolher um multímetro de uma determinada categoria é preciso ainda estar atento às especificações de tensão. Um multímetro de qualquer categoria pode ter uma especificação de tensão de 600 V ou 1 000 V para a tensão de trabalho (DC ou AC RMS em relação à terra).
No entanto, nem sempre um multímetro de 1 000 V é melhor do que um de 600 V.
Assim, dentro de uma mesma categoria, um multímetro com uma tensão de trabalho (working voltage) maior está associado a uma capacidade de responder à transientes mais altos. Por exemplo, um multímetro CAT III - 600 V é testado com transientes de 6 000 V enquanto que um multímetro CAT III - 1000 V é testado com transientes de 8 000 V.
Pela tabela abaixo podemos avaliar melhor o que ocorre:
Veja que existe uma diferença entre os transientes para o CAT III de 6000 V e o transiente para o CAT II de 1 000 V.
Essa diferença está na impedância da fonte usada no teste. Uma fonte de 2 Ω drena 6 vezes mais corrente que uma fonte de
12 Ω. Isso significa que o CAT III de 600 V tem uma proteção contra transientes superior ao CAT II de 1 000 V, mesmo sendo este segundo especificado para uma tensão maior.
Marcas e modelos de multiteste
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No Brasil três marcas de Multímetro digital estão presentes com bastante força no mercado e cada uma trás suas características e vantagens:
O Multímetro Hikari destaca-se por ser um aparelho de menor custo,
e que apresenta um excelente benefício para estudantes e profissionais.
possui uma linha bem vasta que abrange desde modelos bastante simples,
como também modelos bastante sofisticados.
O Multímetro Minipa é hoje o líder do mercado trazendo aparelhos bastante confiáveis e com um custo ótimo alem da garantia de 1 ano em toda a linha, o Multímetro digital ET-1002 por exemplo vem sendo ao longo dos últimos anos o modelo mais vendido do Brasil.
O Multímetro Fluke é sem dúvida hoje o aparelho mais recomendados entre todos os modelos disponíveis no Brasil para quem procura um Multímetro digital profissional . Os aparelhos possuem grande robustez e destaca-se por sua garantia que varia entre dois a três anos, dependendo do modelo. Sem dúvida é um aparelho de custo bem mais elevado, porém este custo prova-se compensatório, levando-se em consideração que todos os aparelhos possuem a função auto-range e não correm o risco de queima devido a uma ligação indevida.
Multiteste de Bancada
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Um multiteste de bancada tem a mesma finalidade de multiteste comum ou de campo que utilizamos em nosso dia a dia, a diferença é que ele foi produzido para trabalhar de forma estacionaria, ou seja, fixo em uma bancada. Na figura abaixo mostro o exemplo de alguns multiteste de bancada comercializados no brasil
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True RMS
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Hoje em dia vemos muitos multímetros e amperímetros sendo vendidos com a função “True RMS”, diferente dos multímetros normais, que possuem somente RMS, ou Resposta Média.
O True RMS serve quando queremos medir corrente alternada com diferentes formas de ondas, onde os multímetros de resposta média não vão ter boa precisão. Vamos descobrir a seguir o que é o RMS e como ele funciona nos multímetros.
RMS significa Root Mean Square, ou, traduzindo, Raiz Média Quadrada. Esse termo vem da expressão matemática do valor eficaz, usada para fazer o calculo da potencia média dissipada, gerada por qualquer tipo de onda em corrente alternada. Vamos entender aqui como funciona esse cálculo.
Se você pegar um circuito em corrente continua, e quiser saber a potencia dissipada em uma carga resistiva, basta aplicar a fórmula mostrada abaixo:
Porém, se nós quisermos agora analisar uma onda senoidal, essa fórmula não vai funcionar. Veja que a tensão vai variando ao longo do tempo, tornando impossível usar essa fórmula.
E é ai que surge o RMS, ou a Raiz da Média Quadrada. Ela serve para, a partir de uma tensão alternada, descobrir o valor de uma tensão continua que dissiparia a mesma potência dessa tensão alternada. Isso quer dizer, que, quando falamos que uma tomada tem 220 volts, esse é o valor RMS, mas na verdade a tensão de pico, que é o valor máximo que a onda atinge no eixo Y, é muito maior. Veja um gráfico mostrando o RMS em uma onda:
Então como fazemos para calcular o valor do RMS? O calculo é feito pela seguinte fórmula:
Simplificando, o que um multímetro faz para achar o RMS?
Um multímetro comum, ao receber um sinal, retifica e tira uma espécie de média. É essa média que chega aproximadamente no valor RMS de uma onda senoidal. Somente uma onda senoidal sem deformações é lida corretamente por um multímetro comum.
Por isso que existe a função True RMS, em que o multímetro vai fazendo uma espécie de mapeamento na onda, que ele marca pontos que significam o valor da onda naquele determinado instante. Veja a tabela a seguir:
Agora, o multímetro vai calcular a partir desses valores, veja abaixo:
Assim obtemos um valor RMS muito mais preciso, e que funciona em qualquer tipo de onda.
Ao medir tensões e correntes alternadas, problemas de formas de onda dos sinais medidos podem afetar a precisão. As escalas de correntes e tensões alternadas de instrumentos simples como multímetros são calibradas de maneira a dar uma indicação de valor RMS quando se trata de um sinal senoidal de 60 Hz.
Esse valor corresponde a 63,7% do valor de pico e leva em conta que o sinal senoidal (corrente ou tensão) medido não tem qualquer distorção, como mostramos abaixo:
Na prática, entretanto, quando medimos uma tensão alternada ou uma corrente alternada num circuito comum que tenha elementos capacitivos, indutivos ou ainda dispositivos de comutação, ocorre uma forte distorção da forma de onda do sinal e também a introdução de harmônicas. Estas harmônicas nada mais são do que tensões ou correntes de frequências múltiplas do sinal que se sobrepõem modificando sua forma de onda
O resultado desta distorção é que o instrumento passa a indicar um valor que não corresponde ao RMS (Root Mean Square real ou "True").
Em outras palavras, a partir do momento em que é medida uma tensão ou corrente alternada sobre uma carga que não seja resistiva pura, não podemos garantir mais uma precisão de leitura, e isso é mais frequente do que se pode imaginar.
Motores que possuem escovas que comutam o circuito em alta velocidade gerando transientes e deformações do sinal, fontes chaveadas que carregam capacitores em altas velocidade gerando picos de corrente de curtíssima duração, transformadores que têm as características de seus núcleos modificadas pela presença de componentes de alta frequência na corrente de alimentação são alguns exemplos de dispositivos em que a medida de tensões e correntes alternadas pode apresentar problemas.
Para medir a tensão ou a corrente em tais dispositivos, devem ser utilizados instrumentos com características especiais capazes de trabalhar também com correntes não senoidais.
Os medidores que podem dar indicações precisas dos valores RMS de correntes num circuito sem haver o perigo de terem a influência de transientes ou harmônicas, são denominados medidores "True RMS”
Na Figura abaixo mostro exemplos de multiteste digitais com essa tecnologia. Estes podem ser encontrados nas categorias CAT-01,02,03 e 04.
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