Il multimetro analogico - Laboratorio scolastico

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Il multimetro analogico - Laboratorio scolastico
Il multimetro analogico
Seppure sia uno strumento di misura oggi utilizzato
prettamente per misure a banco, e sostituito dagli attuali
digitali, sono del parere che sia uno strumento insostituibile
in alcuni casi, e che sia comunque bene conoscere, se si
considera che non è difficile trovare in alcuni casi strumenti
di misura analogici in dispositivi industriali e non.
Il multimetro analogico, meglio conosciuto fra gli addetti ai
lavori, con il nome di “tester” , è uno strumento di misura
versatile, in quanto si possono eseguire le misure di
tensione, intensità di corrente e di resistenza, ovvero le
grandezze fisiche fondamentali di ogni circuito elettrico ed
elettronico.
Il multimetro analogico è il fratello maggiore dell’attuale
multimetro digitale. Quest’ultimo presenta dei vantaggi che lo
rendono preferibile, tra cui la rapidità e facilità di lettura
della misura sul suo display, le molteplici funzioni che può
offrire, i costi accessibili ad ogni tipo di esigenza, la
praticità d’uso in particolare la sua trasportabilità dovuta
all’assenza di parti elettromeccaniche suscettibili a rotture,
ed altro ancora che si potrà poi esporre in una possibile
esposizione su questi strumenti.
Ma nonostante ciò il multimetro analogico, è pur sempre
presente e preferibile in alcune misurazioni da banco, ad
esempio nelle misure o verifiche dove il caratteristico indice
(o lancetta) del galvanometro, con il suo movimento balistico
fornisce la possibilità di valutare alcune grandezze fisiche,
per le quali, una rapida successione di cifre sul display di
un multimetro digitale non potrebbe rendere apprezzabile come
l’indicazione espressa dal movimento dell’indice del
multimetro analogico. Occorre però precisare che gli attuali
multimetri digitali, non propriamente di basso costo, offrono
oltre l’indicazione numerica, anche un bargraph che indica una
variazione di livello, imitando così l’effetto balistico
dell’indice del multimetro digitale, anche se a mio umile
parere non è esattamente la stessa cosa.
Non è intenzione in questa esposizione eseguire un raffronto
multimetro analogico vs multimetro digitale, ma solamente
descrivere brevemente come sia fatto e come funzioni il primo,
fermo restando che in tal caso si potrebbe parlare di
peculiarità dell’uno e dell’altro e non di pregi e/o difetti.
Ora per il multimetro analogico, possiamo dire che la “lettura
della grandezza misurata” richiede una particolare attenzione
da parte dell’operatore, perché questa operazione non venga
influenzata da possibili ”errori di misura”.
In tal senso in breve si possono considerare in “errori
accidentali” caratteristici dei multimetri analogici, come “
l’errore di parallasse” che si genera grazie all’angolo tra la
posizione dell’operatore e la perpendicolare della scala dello
strumento; altro errore può essere quello di “ valutazione”
ovvero quello di riuscire ad apprezzare le suddivisioni che
caratterizzano la scala di lettura, ed a questi vanno aggiunti
i possibili errori generati dalla posizione dello strumento.
Si dovranno poi considerare gli “errori sistematici” tipici di
ogni strumento di misura, come la “calibrazione”, e il “metodo
di misura” adottato.
E non ultimo da considerare gli errori di misura che per la
loro complessità meriterebbero una trattazione a parte, sia
per quanto concerne il multimetro analogico che quello
digitale.
Si è detto che il multimetro analogico è uno strumento
versatile, questo perché consente la possibilità di misurare
le grandezze fisiche fondamentali che governano ogni circuito
elettrico, ovvero quelle di tensione, intensità di corrente e
resistenza elettrica. La misura viene eseguita attraverso la
lettura della posizione di un indice su di una scala graduata,
gli elementi principali del componente fondamentale di un
multimetro
analogico
ovvero
il
“galvanometro”
o
“microamperometro”.
Il galvanometro.
Il
galvanometro
o
microamperometro
è
un
trasduttore
magnetoelettrico, poiché trasduce la grandezze sotto misura in
uno spostamento di un indice su di una scala. L’indice è
solidale con una bobina che attraversata dalla grandezza
fisica sotto misura, genera un campo magnetico di intensità
proporzionale alla grandezza elettrica misurata. Questa bobina
libera di muoversi nel traferro di un magnete permanente, si
sposterà di un angolo di quantità proporzionale all’effetto
dei due campi.
Il galvanometro, ovvero lo strumento indicatore del
multimetro, è realizzato da una parte mobile, meglio nota con
“equipaggio mobile” è formato da una bobina in filo di rame
isolato con smalto, molto sottile e di molte spire con forma
rettangolare. Nella normale condizione di riposo , assume una
posizione che vede l’indice al quale è meccanicamente
collegata, in posizione di inizio scala.
Grazie all’azione di una forza di origine magnetica, e di
intensità proporzionale alla grandezza sotto misura,
l’equipaggio mobile esegue un movimento, trascinando con se
l’indice. Questo movimento viene contrastato dalle molle
antagoniste che realizzano un’azione resistente e
proporzionale allo spostamento dell’equipaggio mobile.
Nell’istante in cui la forza generata dalla grandezza sotto
misura e quelle delle molle antagoniste si fanno equilibrio,
il movimento dell’equipaggio mobile si arresta, ed altrettanto
farà l’indice, che fornirà in sua corrispondenza sulla
rispettiva scala graduata considerata il valore della
grandezza sotto misura.
I componenti fondamentali di un multimetro analogico sono
l’indice, con il quale si dovrà eseguire la lettura della
misura per la relativa scala di riferimento, ed è realizzato
in genere da una sottile asta fissata ad un estremo su di un
perno di sostegno dell’equipaggio mobile, la sua
caratteristica è di essere molto leggero e di avere la parte
terminale realizzata a coltello per agevolare la lettura sulla
vicina scala di riferimento, ed ha una lunghezza tale da poter
far apprezzare anche piccole variazioni di angolo, in genere è
realizzato in alluminio.
Abbiamo parlato di scala di riferimento, in tal senso ci si
riferiva alla cosiddetta scala graduata , ovvero quella scala
che permette di rilevare il numero di unità di misura, della
grandezza fisica che si sta misurando, e tanto maggiori sono
il numero di divisioni della scala tanto più questa è
completa. Le scale che si realizzano possono essere: -scale
lineari, dove ogni divisione è una frazione costante
dell’intera scala, -scale quadratiche, dove le divisioni sono
dense all’inizio e larghe alla fine con legge di variazione
quadratica, -scale logaritmiche, dove le divisioni sono larghe
all’inizio e strette alla fine con legge di tipo logaritmica.
Occorre considerare che alcuni multimetri analogici, fra le
loro scale presentano un tratto di fondo a specchio per
consentire una migliore lettura evitando l’errore di
parallasse.
Relativamente alla meccanica del gruppo di lettura, o meglio
l’equipaggio mobile del galvanometro o microamperometro, si
riconoscono alcuni elementi importanti, tra cui le molle che
rappresentano l’elemento di reazione a contrastare il
movimento dell’equipaggio mobile, queste sono due e di tipo
elicoidale che giacciono su di un piano perpendicolare
all’equipaggio mobile con un estremo connesso con questo e
l’altro alla struttura dello strumento. Altro elemento
importante sono i perni che sostengono l’equipaggio mobile e
ne consentono la rotazione intorno ad un asse passante per i
perni stessi, sono realizzati in modo da offrire in minor
attrito possibile e di non risentire nel tempo di usura, al
fine di non far nascere giochi che possano falsare la misura,
sono realizzati in acciaio o pietra durissima, dove si ricava
un
incavo
a
calotta
sferica
dove
si
impernia
l’asse
dell’equipaggio mobile che è un alberino in acciaio terminato
con una punta di tipo conico. Altro elemento da considerare è
il nucleo ferromagnetico, che presenta una forma cilindrica,
in modo da offrire un traferro uniforme cosi che le linee di
flusso del campo prodotto dal magnete permanente risultino
radiali rispetto all’asse del cilindro stesso che coincide con
l’asse della bobina mobile.
Dopo le parti meccaniche fondamentali che compongono il
galvanometro possiamo vederne le caratteristiche, principali
che poi sono quelle dello strumento di misura, quali appunto
la sensibilità e la portata.
Il galvanometro o microamperometro è uno strumento di tipo
elettromagnetico di alta sensibilità, in quanto rileva
piccolissime ampiezze di differenza di potenziale ed intensità
di corrente, questo viene utilizzato nei multimetri analogici
in combinazione con precisi circuiti perché lo strumento possa
rilevare valori di tensione, intensità di corrente e
resistenza con ampio spettro di ampiezza, o meglio con
differenti portate.
La sensibilità, rappresenta il rapporto fra la variazione
dell’indicazione dello strumento e la variazione della
grandezza in misura che l’ha determinata, o semplicemente il
valore dell’intensità di corrente necessaria affinchè l’indice
devi fino a fondo scala del galvanometro o microamperometro.
Ora se quest’ultimo ha una sensibilità di 50µA significa che
il valore di intensità di corrente che occorre per far deviare
l’indice fino a fondo scala sarà appunto di 50µA, e questo
valore indicherà un’altra caratteristica in questo caso che
sarà il valore di portata, cioè il limite superiore del campo
di misura di uno strumento che in questo caso sarà il valore
massimo di 50µA.
Grazie all’utilizzo di adeguati circuiti, lo strumento come
abbiamo detto, diventerà misuratore di diverse grandezze e
portate, di tensione, corrente e resistenza, la sua
sensibilità in questo caso diventerà quella del multimetro ed
è indicata in ohm per volt. Il valore comune di un multimetro
analogico è rappresentato da 20000 ohm/volt, dove la
resistenza di ohm/volt rappresenta la resistenza in ohm
opposta dallo strumento per ogni volt di portata.
Indicata sempre sullo strumento ed espressa appunto in
ohm/volt, per le due differenti tensioni di misura.
ICE680R …
Nelle immagini che hanno preceduto l’esposizione, hanno visto
come riferimento il mitico multimetro analogico della ICE, il
Superterster 680R prodotto negli anni settanta e fratello
maggiore del 680G. A mio umile avviso questi strumenti hanno
fatto la storia della misura per i tecnici in ogni settore,
mostrandosi molto versatili e molto affidabili, come lo sono
ancora oggi. Presentano la caratteristica selezione della
funzione di misura e portata attraverso apposite boccole in
cui inserire i puntali, e la classica rotellina (trimmer) per
la regolazione di zero nella posizione di ohm per uno, tipica
funzione di azzeramento consigliata sempre prima di ogni
misura. Il manualetto a corredo dello strumento è molto
interessante, sia per la parte descrittiva dello strumento che
per la parte di misura con relativi esempi, schemi e
suggerimenti, e cosa ancora più interessante il costruttore
sullo stesso manuale rende disponibile lo schema elettrico
dello strumento ed il riferimento dei componenti su PCB…
Insomma cos’altro si può desiderare oltre ad uno strumento
professionalmente valido, e a corredo tutte le info necessarie
per capirne-testarne il suo funzionamento…questo per dire che
a mio avviso è stato e sarà sempre un valido strumento di
misura, da banco, in quanto oltre le canoniche misure di
tensione, corrente, resistenza, fornisce la possibilità di
misure di capacità, reattanza e frequenza .
L’azzeramento del multimetro analogico
E’ una procedura consigliata prima di eseguire una qualsiasi
misura, consente di verificare il funzionamento dello
strumento e di verificare che l’indice si porti correttamente
a fondo scala, ovvero che si arresti in prossimità dello zero.
La procedura è semplicissima, una volta selezionate con le
bananine dei puntali le boccole di ohm ed ohm per uno si
cortocircuitano i puntali e l’indice si sposterà sul fondo
scala al valore zero, qualora l’indice non arrivi esattamente
allo zero o magari vada leggermente oltre si aggiusterà la
posizione agendo sulla rotellina di regolazione (REG) portando
l’indice nella corretta posizione. A questo punto lo strumento
è pronto all’utilizzo.
Riferimenti
• Manuale per il laboratorio di misure elettroniche –
F.Frascari/ R.Giometti, Ediz.Calderini ’85.
• manuale a corredo ICE680G
• Wikipedia:multimetro
Disclaimer
Testo ed immagini di questa esposizione sono frutto di
elaborazione propria, e rappresentata a scopo di studio e
didattico, pertanto ogni possibile danno a cose e persone per
utilizzo improprio delle informazioni non è responsabilità
dell’autore, che declina ogni responsabilità.

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