Multimetri digitali
(378)I multimetri digitali appartengono alle apparecchiature base dei tecnici specializzati in elettronica, energia, elettricità, automazione e settori correlati. Consentono l'esecuzione di varie misurazioni, accelerando la diagnostica, i lavori di installazione, manutenzione, ecc. Sono apparsi sul mercato diversi decenni fa, sostituendo i multimetri analogici, per i quali venivano utilizzati indicatori elettromagnetici.
Il multimetro è uno strumento indispensabile sia per i professionistiche, per gli hobbisti. Tuttavia ogni campo di applicazione ha le sue esigenze specifiche. Nella scelta di un multimetro appropriato è necessario prestare attenzione a diversi aspetti, tra cui:
- possibilità di misurazione (grandezze misurate),
- campo di misura (scala, valori minimi e massimi),
- sensibilità,
- modalità di alimentazione,
- e, in particolare per gli strumenti utilizzati per il lavoro con fonti di energia di rete, la conformità del prodotto alle norme internazionali e locali.
Di seguito presenteremo alcuni dei parametri chiave che caratterizzano ogni multimetro, nonché alcune informazioni base sulla scelta del dispositivo per le esigenze dell'utente.
Funzioni base dei multimetri digitali
Prima di tutto ci occuperemo delle funzioni base dei multimetri, ossia le misurazioni delle grandezze elettriche.
Misurazione della tensione AC/DC
I multimetri sono principalmente associati a tre tipi di misurazioni, ovvero tensione, corrente e resistenza. Queste sono, naturalmente, le grandezze presenti nelle leggi di Ohm e Kirchhoff, che consentono l'analisi base dei circuiti. La tensione è il primo parametro che viene controllato durante la diagnostica dei problemi con l'elettronica; inoltre consente di stimare il corretto collegamento degli elementi di alimentazione, convertitori, ecc. Un'altra misurazione eseguita utilizzando questa funzione è la caduta di tensione, ad es. del diodo. Poiché è probabile che il multimetro venga utilizzato in entrambi i circuiti AC e DC, quasi tutti i modelli hanno impostazioni separate per le tensioni AC e DC. A seconda dell'applicazione principale del dispositivo è necessario assicurarsi che la sua portata consenta la misurazione di diverse decine di mV DC (nel caso dell'elettronica di precisione) o fino a 1kV AC (impianti di alimentazione di rete).
Misurazione della corrente
Un altro valore chiave che richiede la misurazione nei lavori elettronici ed elettrotecnici è l'intensità della corrente, che permette di stimare la potenza del dispositivo o del componente, l'energia consumata da esso, consente di confrontare il funzionamento dell'elemento con i parametri nominali ecc. Molto spesso, i multimetri hanno due prese indipendenti per misurare l'intensità della corrente. Una per eseguire test nelle gamme inferiori e l'altra, protetta da un fusibile di valore superiore, con il quale viene effettuata la misurazione sulla scala massima su cui il dispositivo è predisposto (di solito fino a 10A o 20A). Prima di testare correnti elevate è necessario assicurarsi che queste non superino le specifiche delle sonde e dei cavi. Un multimetro acquistato per eseguire lavori legati all'elettronica dovrebbe consentire il lavoro con correnti non solo del valore di mA, ma anche di μA.
I multimetri di fascia alta offrono misurazioni True RMS (Root Mean Square). Un normale esame della corrente alternata fornisce risultati corretti solo nel caso di forme d'onda perfettamente sinusoidali. In pratica, la forma d'onda spesso presenta un andamento diverso (segnali PWM, quadrati, ecc.) o è distorta, ad es. quando si alimentano carichi non lineari, circuiti a semiconduttori, alimentatori switching, inverter, motori (compresi condizionatori d'aria, elettrodomestici, ecc.). La funzione True RMS indica che il multimetro sui dati campionati eseguirà calcoli che daranno come risultato un valore DC equivalente, denominato valore efficace. Nel frattempo, per le forme d'onda irregolari l'errore di un "normale" amperometro, ossia lo strumento che consente l'esecuzione della misurazione del valore medio, può arrivare fino al 40%.
Misurazione della resistenza
La misurazione della resistenza consente di esaminare i parametri di circuiti, conduttori, connettori, nonché di identificare i componenti SMD e individuare i componenti elettronici danneggiati ("bruciati"). Anche in questo caso vale la pena prestare attenzione al campo di misura più ampio possibile, soprattutto tenendo conto di valori bassi, inferiori a 1Ω. Ciò è dovuto al fatto che anche una resistenza apparentemente piccola sotto l'influenza di una corrente sufficientemente grande causerà il rilascio di quantità significative (a volte pericolose) di calore. Ciò può accadere in caso di collegamenti di bassa qualità nei quadri elettrici e in altri punti dell'impianto di rete. La misurazione con una precisione nell'ordine di mΩ consentirà il rilevamento di punti con maggiore resistenza. Questa sarà richiesta anche nel caso dell'elettronica di precisione, dove piccoli discostamenti dai parametri nominali possono portare alla perdita di regolazione di generatori, stabilizzatori, amplificatori ecc. Se l'applicazione del multimetro saranno tali circuiti, vale la pena prestare attenzione ai dispositivi che offrono la possibilità di misurazione a quattro punti, con il cosiddetto metodo Kelvin. Tradizionalmente, la resistenza viene testata misurando la caduta di tensione sull'elemento attraverso il quale scorre una corrente di intensità nota. Sfortunatamente la resistenza dei conduttori stessi introduce un errore, che durante la misurazione di piccoli valori di resistenza (ad es. centesimi di Ω) può raggiungere fino a diverse decine di punti percentuali. In questi casi, vengono utilizzate due coppie indipendenti di conduttori: una per l'alimentazione e l'altra per la misurazione. Ciò consente di eliminare le cadute di tensione causate da una conduzione imperfetta del cablaggio e stimare con precisione il valore di resistenza tra i punti su cui vengono applicate le sonde.
Test di diodi e di continuità del circuito
Queste funzioni sono solitamente collocate sotto un'unica posizione, a causa del loro funzionamento simile. Il test di continuità è una delle funzioni base di un multimetro e il suo funzionamento è molto semplice: se tra le sonde è presente un conduttore che chiude il circuito, lo strumento di misura emette un segnale acustico chiaro e udibile. L'allarme acustico viene utilizzato poiché i test di continuità vengono spesso eseguiti su distanze relativamente lunghe (controllo dei cavi di rete, cablaggio nei veicoli, ecc.), pertanto l'operatore non sarà sempre vicino al multimetro quando viene applicata la sonda.
Il test dei diodi, come suggerisce il nome, viene utilizzato per verificare il funzionamento dei diodi a semiconduttore. Tali test vengono utilizzati principalmente a scopo diagnostico, consento di localizzare i componenti danneggiati. Nel caso di diodi bruciati e in cortocircuito in entrambe le direzioni (caduta di tensione prossima a 0V indipendentemente dalla polarità), verrà attivato un allarme acustico dopo l'applicazione delle sonde; un diodo che presenta un interruzione sul giunto causerà la visualizzazione di informazioni sul circuito aperto.
Misurazione della capacità
Questa funzione sarà importante principalmente quando si lavora con componenti elettronici e per la diagnostica dei circuiti. La misurazione della capacità consente di verificare se i condensatori non sono danneggiati o degradati. Sarà anche molto utile quando si lavora con elementi a montaggio superficiale (SMD) poiché i formati più piccoli di questi componenti non sono contrassegnati, pertanto la loro identificazione senza uno strumento di misura è praticamente impossibile. Va tenuto presente che il test della capacità di un condensatore installato in un circuito sarà soggetto a errori.
Misurazione della frequenza
A volte lavorare con l'elettricità e l'elettronica richiede il controllo della frequenza di un segnale con una forma d'onda regolare (ad es. onda sinusoidale). Un esame preciso delle variazioni periodiche di tensione richiede l'uso di un oscilloscopio, ma relativamente spesso un esame preliminare con un multimetro è sufficiente per identificare la causa del guasto o verificare il funzionamento del generatore, inverter ecc. La misurazione della frequenza non rientra tra le funzioni base dei multimetri ed è disponibile per determinati modelli di dispositivi (di solito di classe superiore).
Misurazione della temperatura
Una caratteristica utile di molti strumenti di misura universali è la misurazione della temperatura. Di solito viene effettuata utilizzando la termocoppia inclusa nel kit con il dispositivo. Tale test è caratterizzato da un range molto ampio (centinaia di °C), a seconda della sonda utilizzata, permette il monitoraggio di riscaldatori, caldaie, motori, batterie ricaricabili, dissipatori di calore e molti altri elementi per i quali i parametri termici sono di vitale importanza.
Come scegliere un multimetro digitale?
Si può presumere che gli utenti dei multimetri possano essere suddivisi in tre gruppi:
- specialisti coinvolti nella progettazione, esecuzione e manutenzione di circuiti elettronici;
- elettrici professionisti che lavorano con circuiti di rete e linee elettriche;
- e utenti che richiedono funzionalità base del multimetro, sia per scopi professionali (ad es. officina elettrica per auto), che privati (laboratorio hobbistico, piccole riparazioni domestiche).
Vale la pena sottolineare che i parametri anche di multimetri molto basilari sono abbastanza ampi da soddisfare con successo i requisiti del terzo gruppo. In questo caso la scelta del dispositivo sarà dettata dalle preferenze personali (dimensioni, tipo di display, ecc.) ed eventualmente dalla durevolezza del dispositivo. Se lo strumento di misura deve essere utilizzato in condizioni ambientali difficili (elevata polvere o umidità), sarà meglio optare per un dispositivo che offra un elevato grado di protezione, almeno IP54, ovvero buona tenuta alla polvere e resistenza agli spruzzi d'acqua.
Durante la scelta di un multimetro per eseguire lavori legati all'elettronica, specialmente nell'era dei sistemi a semiconduttori sensibili, sarà meglio concentrarsi sui campi di misura più bassi: questi dovrebbero tenere conto di valori dell'ordine di μA, mV, mΩ. Per quanto riguarda le altre possibilità offerte dai multimetri: in pratica le misurazioni di capacità, temperatura e frequenza non vengono eseguite spesso, tuttavia quando se ne presenta la necessità, un'adeguata funzionalità del multimetro risulterà molto utile.
Nel caso degli elettricisti, la caratteristica più importante di un multimetro dovrebbe sempre essere la sua categoria assegnata secondo le norme della Commissione elettrotecnica internazionale (IEC). La categoria indica per quale lavoro è destinato il dispositivo. Questa è associata a una serie di caratteristiche di progettazione dello strumento di misura: il suo cablaggio, i parametri del connettore, il materiale, il livello di isolamento. Nel caso dei multimetri, le classificazioni più comuni sono:
- CAT II (dispositivi monofase);
- CAT III (dispositivi ed elementi esterni di impianti trifase);
- CAT IV (collegamenti alla rete elettrica monofase e trifase).
Dopo il numero ordinale della categoria, il produttore è obbligato a indicare la tensione massima di esercizio che può essere presente nei circuiti testati con l'uso del multimetro (di solito questo valore è 300V, 600V o 1000V).
Durante la scelta del dispositivo, il futuro utente dovrebbe valutare se un display retroilluminato e la tastiera possono migliorare il comfort del suo utilizzo: molti produttori di multimetri offrono questa opzione.
Funzioni aggiuntive
Per le applicazioni professionali saranno utili alcune funzioni aggiuntive dei multimetri. Si tratta sia di semplici comodità, come la funzione "hold" (visualizzazione della misurazione dopo aver scollegato le sonde) o la memorizzazione dei valori medi, minimi e massimi, sia di possibilità più complesse. Queste ultimi facilitano l'ispezione di grandi impianti, ad es. consentendo la registrazione di una serie di misurazioni in forma di registrazioni. Inoltre i multimetri di fascia alta sono sempre più dotati di moduli di comunicazione Bluetooth e WiFi che consentono di utilizzare i dispositivi utilizzando un telefono o un tablet, nonché di inviare i dati raccolti via Internet e caricarli nel cloud o su un server dedicato.
Multimetri fissi (da banco)
La sottocategoria dei multimetri è costituita da dispositivi fissi, ossia strumenti di misura da laboratorio. Questi prodotti sono caratterizzati da elevata risoluzione di visualizzazione delle misurazioni (spesso decimillesimi dell'unità base), presenza di display di grandi dimensioni, possibilità di alimentazione dalla rete e maggiore frequenza di campionamento. Inoltre, offrono funzionalità più ampie nel campo dell'analisi digitale delle misurazioni. Spesso i produttori equipaggiano questi dispositivi con funzionalità aggiuntive, ad es. con un generatore di segnale integrato. Va sottolineato che tali multimetri sono fabbricati per applicazioni professionali, ad es. in centri di riparazione autorizzati o laboratori di prototipazione, pertanto sono caratterizzati da un prezzo relativamente alto.
Kit
Gli utenti alla ricerca di un multimetro per modernizzare la propria officina o completare una nuova cassetta degli attrezzi, dovrebbero prestare attenzione ai kit di strumenti di misura offerti da molti produttori di marca. Tali kit possono essere composti ad es. da un multimetro, una pinza amperometrica e diversi accessori. Sono spesso offerti con una custodia dedicata che aiuterà a proteggere il vetro del display dai graffi. In alcuni casi, oltre all'equipaggiamento base (cavi, sonde), i kit includono altri accessori, clip a coccodrillo di alta qualità, tappi di chiusura, termocoppie, adattatori a pinza amperometrica ecc.
Magazzino:
