INSTRUMENTOS BÁSICOS DE MEDIDA
1. MULTITESTE
O multiteste é um instrumento de medida elétrica que, geralmente, permite executar medidas de diversas grandezas elétricas: tensão, corrente e resistência entre outras. A grande maioria dos multitestes mede tensão contínua, tensão alternada (senoidal), corrente contínua e resistência.
Um multiteste analógico (de ponteiro) é construído a partir de um instrumento de bobina móvel e imã permanente (BMIP) que fornece uma deflexão em um ponteiro proporcional a corrente que atravessa o instrumento. A grandeza básica medida é corrente contínua; as demais grandezas devem ser transformadas em uma corrente contínua proporcional para que possa haver uma indicação do ponteiro do instrumento.
Um multiteste digital usa um circuito integrado em que uma tensão contínua é comparada com uma referência interna e o resultado mostrado em um visor de 3½ ou mais dígitos. A grandeza básica medida é tensão contínua, sendo as demais grandezas obtidas a partir de circuitos que fornecem uma tensão contínua proporcional à grandeza a ser medida.
1.1 Funcionamento do movimento BMIP(bobina móvel imã permanente)
O movimento do sistema de bobina móvel imã permanente é a base de um multiteste analógico é mostrado na figura acima. Consta de uma bobina que pode girar dentro de um campo magnético radial gerado por um imã permanente e conformado por um núcleo de ferro doce. A bobina é suspensa for fios ou por duas hastes apoiadas em mancais de baixo atrito. Quando a suspensão é por mancais, duas molas espirais mantém o conjunto em uma posição de repouso correspondente ao zero da escala.
Ao circular corrente pela bobina o campo gerado tende a alinhar-se com o campo gerado pelo imã, fazendo com que um ponteiro acoplado à bobina se mova sobre uma escala graduada com um movimento angular proporcional à corrente. Esse movimento angular pode ser medido na escala que é construída de modo que a leitura corresponda à corrente que circula pela bobina.
Para uso como instrumento básico do multiteste, é interessante que a deflexão do ponteiro ocorra com a menor corrente possível. A maioria dos multitestes usa movimentos BMIP cuja deflexão à plena escala corresponde à aproximadamente 50mA.
A vantagem de uma corrente pequena circular pelo multiteste nas medidas de tensão é explicada no item 1.3.1
1.2 Uso do Multiteste
Como foi aprendido na Física, tensão (diferença de potencial) é uma grandeza associada com dois pontos, cada um dos quais possui determinado potencial eletrostático em relação a alguma referência. O que se mede ao usar o multiteste é a diferença de potencial entre os dois pontos. O movimento da agulha sobre a escala, no caso de um multiteste analógico ou a leitura no visor, no caso de um multiteste digital, corresponde à amplitude da tensão (d. d. p.). O sentido do deslocamento da agulha ou o sinal, dependendo da localização das duas ponteiras, indica qual dos dois pontos possui o maior potencial.
Resumindo, para medir tensão é necessário conectar cada ponteira a um dos dois pontos entre os quais desejamos medir a tensão.
Já a medida de corrente é diferente. Corrente é uma medida relacionada com a quantidade de portadores elétricos que circula ATRAVÉS de um componente qualquer (incluindo um condutor). Para medir uma corrente é necessário que esta corrente também circule através do instrumento. Para tanto é necessário abrir o circuito e inserir as ponteiras no mesmo de modo a possibilitar a circulação da corrente que se deseja medir através do multiteste.
1.3 Medida de tensão contínua
1.3.1 Multiteste analógico
Nesta medida o multiteste analógico comporta-se como um amperímetro de corrente contínua muito sensível ligado em série com resistores calibrados. Estes resistores fazem com que a corrente que circula pelo instrumento seja proporcional à tensão aplicada.
Se aplicarmos uma tensão contínua V aos terminais, circulará uma corrente I = V/R, onde R é a resistência interna do multiteste (resistor calibrado mais resistência do fio da bobina do amperímetro). Como R é conhecido, através da medida da corrente I podemos determinar o valor da tensão aplicada:
V = R ´ I.
A escala do multiteste já está convenientemente marcada em volts e as diferentes escalas podem ser escolhidas através de uma chave rotativa.
É necessário lembrar que a resistência interna do multiteste pode afetar as leituras obtidas. Por exemplo, se um instrumento BMIP cuja corrente de fundo de escala é de 1mA for usado para medidas de 0-50V a resistência total do instrumento deve ser 50kW pois R = V/I = 50/0,001 = 50000W.
Ao medirmos a tensão sobre o resistor RB do circuito abaixo, que sabemos ser 50V,
a ligação do instrumento em paralelo com RB formaria o seguinte circuito:
onde a tensão lida pelo multiteste sobre RB seria:
VRB = 100 ´ (50//50)/[50+(50//50)] = 33,3...V
Para que o erro introduzido pelo instrumento possa ser desprezado, é necessário que a resistência interna do multiteste na escala usada seja muito maior que a resistência equivalente do circuito no qual desejamos medir a tensão.
1.3.2 Multiteste Digital
No multiteste digital a comparação da tensão a ser medida é, geralmente, feita com uma tensão de referência de 100mV. Se o visor pode apresentar valores de até 1,999, isto significa que a escala básica de tensão contínua é de 0 – 199,9mV, freqüentemente chamada de escala de 0 – 200mV. Para que tensões maiores possam ser medidas é necessário que circuitos apropriados sejam incluídos que fornecem na saída uma tensão que seja uma potência de 10 vezes menor que a tensão de entrada. Por exemplo, se
VI = 19V deve ser feita uma divisão por 100 para que a tensão aplicada ao circuito integrado seja de 190mV e possa ser medida pelo multiteste. Como no instrumento analógico, a escala é escolhida através de uma chave seletora que, adicionalmente, ajusta a posição do ponto decimal do mostrador.
A resistência de entrada do multiteste digital é fixa para todas as escalas de tensão e seu valor geralmente é de 10MW. Como esta resistência é muito maior que a resistência interna da maioria dos circuitos, a interferência do multiteste digital na tensão que está sendo medida pode ser desprezada na maior parte dos casos.
1.4 Medida de tensão alternada
Como as grandezas básicas medidas pelos multitestes são contínuas, é necessário incluir no circuito para medida de tensões alternadas um dispositivo chamado retificador que transforma tensões com forma de onda senoidal em tensões contínuas proporcionais a alguma característica da senóide (amplitude, valor médio etc). Esta tensão contínua é medida como descrito no item 2.1.
1.5 Medida de corrente contínua
1.5.1 Multiteste Analógico
Como a medida básica do multiteste analógico é de corrente contínua, basta aplicar a corrente a ser medida diretamente ao instrumento. Caso a corrente seja maior que a correspondente ao fundo de escala é necessário acrescentar circuitos derivadores que desviam parte da corrente que circula pelo circuito. Como nas medidas de tensão os derivadores são selecionados através de uma chave em que cada posição corresponde a uma escala de corrente como no circuito abaixo.
1.5.2 Multiteste digital
Sendo o multiteste digital um instrumento que compara tensões contínuas, é necessário inserir no circuito resistores calibrados que produzem uma tensão proporcional à corrente e podem ser escolhidos através de uma chave.
É importante observar que nos dois casos uma resistência externa é inserida no circuito onde a corrente deve ser medida, alterando a resistência do caminho de corrente. Dependendo da grandeza da resistência inserida a corrente no circuito pode ser alterada pela presença do multiteste (como exemplo, tomemos o multímetro Minipa ET-2081, que na escala de 400µA, insere uma resistência de 1KΩ em série, na escala de 40mA esta resistência cai para 10Ω e na escala de 400mA, aproximadamente cai para 1Ω).
1.6 Medida de resistência
1.6.1 Multiteste analógico
A Lei de Ohm é usada na forma I = V / R. Se a tensão V for conhecida (fornecida por uma pilha ou bateria), medindo o valor da corrente I podemos calcular a resistência R.
O valor da resistência vem diretamente indicado na escala do instrumento.
Observe-se que a relação entre a resistência e a corrente é inversa, consequentemente a escala de resistência será não-linear e terá o zero à direita(corrente máxima). Componentes adicionais são necessários para evitar que a corrente máxima ultrapasse o valor de fundo de escala do instrumento e para compensar a variação da tensão de alimentação fornecida por pilhas ou baterias.
1.6.2 Multiteste digital
A Lei de Ohm é usada na forma V = R * I. Uma fonte de corrente constante (o multímetro Minipa ET-2081 aplica 800µA na escala de 400Ω, 80µA na escala de 4KΩ, 20µA na escala de 40KΩ e 2µA na escala de 400KΩ, aproximadamente) é usada para fornecer a corrente I com valor conhecido e a resistência R pode ser determinada medindo a tensão V sobre o resistor.
