Guia de Instrumentos Digitais e Multímetros

Os instrumentos digitais: Este tipo de instrumento tem, basicamente, a mesma função dos instrumentos analógicos. A diferença é que o valor de medição é refletido em um monitor ou tela LCD, e o processamento de dados é feito através de conversores analógico/digital (A/D) ou de forma completamente digital. Os instrumentos digitais têm muitas funcionalidades integradas dentro do mesmo equipamento, tais como a capacidade para medir tensão, corrente (AC e DC), resistência, indutância, capacitância, continuidade, frequência, o ganho de transistores bipolares, etc. Por isso, é muitas vezes conhecido como multímetros digitais. Existe uma vasta gama de multímetros, classificados de acordo com seu desempenho, robustez, qualidade e preço. Um instrumento identificado com um display de 3 1/2 dígitos pode exibir os três últimos dígitos de 0 a 9, enquanto o primeiro só pode ser 0 ou 1. Ou seja, o maior valor presente no display pode ser 1999. No caso em que o instrumento digital utilizado possui "auto-range" (detecção automática), se a medição a realizar estiver além da capacidade do instrumento, o visor indicará OL (Overload).

Amostragem: Um processo que ocorre em intervalos fixos de tempo com medidas repetidas. Os resultados destas medidas são tratados mais adiante para reduzir os erros. A etapa de amostragem é o parâmetro que define a velocidade do dispositivo. É normal que um dispositivo com uma taxa de amostragem muito grande não seja capaz de medir efetivamente quantidades que mudam rapidamente.

Discretização e Conversão Analógico-Digital

Depois que o dispositivo mede a magnitude, ele transforma a leitura em um número variável adimensional. Nesta fase, o dispositivo não tem conhecimento da quantidade física e trata apenas da quantificação numérica. É claro que o número de valores utilizados neste procedimento não é infinito, porque é uma consequência direta do poder de computação do dispositivo e de sua construção. Nestes casos, falamos de uma conversão digital-analógica de n bits. Estabelecido o número de dígitos binários, define-se também o número de níveis que podem ser usados para representar a medida: 10 bits = 1024 níveis.

Na descrição do instrumento digital, o processamento de sinal é digital. Ou seja, se o sinal de entrada é analógico, ele é convertido em digital por um conversor analógico/digital (A/D) e a medição é feita usando sistemas digitais. Os sistemas digitais interpretam dois estados lógicos conhecidos como bits (um e zero). A tecnologia de programação é aplicada para variar a voltagem que representa cada um dos dígitos binários, mas em todos os casos o valor 1 representa o estado ligado (on) e o valor 0 o estado desligado (off).

Tipos de Conversores A/D

• Conversores A/D de rampa: São os mais simples. Na inicialização, o sinal de entrada analógica é comparado a uma rampa digital ascendente com pulsos de clock que alimentam o processo de comparação. Quando o sinal digital da rampa for superior ao valor do sinal analógico, a contagem será inibida.
• Conversor A/D por aproximações sucessivas: São amplamente utilizados por sua combinação de alta velocidade (entre 1 e 5 µs) e resolução perfeita, mas são mais caros.
• Conversor de Dupla Rampa: Normalmente utilizados quando é necessária alta imunidade ao ruído, alta precisão e economia. Pode eliminar uma grande quantidade de ruído do sinal de entrada, pois a conversão digital deste sinal ocorre em uma fase de integração. Esses conversores são amplamente utilizados em voltímetros digitais.
• Conversores de Tensão para Frequência (V/F): Funcionam convertendo a entrada analógica em uma série de trens de pulsos binários, que possuem uma frequência f (ou período T) de acordo com o valor numérico da tensão de entrada. Através deste mecanismo, atinge-se uma alta rejeição de ruído no sinal de entrada.
• Conversores D/A em paralelo (Flash): Estes conversores são os mais rápidos de todos. A entrada é distribuída através de uma rede de resistores a uma série de comparadores, que alimentam um codificador.

Fatores para Escolha de um Instrumento Digital

• Precisão: A precisão dos instrumentos digitais é geralmente maior que a dos analógicos, mas deve-se observar as especificações dos fabricantes, pois a maioria especifica a precisão como uma combinação de erros constantes e proporcionais.
• Resolução: Indica o número de dígitos no visor que o instrumento possui.
• Erro Constante: São erros que permanecem constantes em toda a gama de utilização, expressos como porcentagem do valor de fundo de escala.
• Erro Proporcional: Erros que variam proporcionalmente ao valor da medição, expressos em porcentagem do valor medido.
• Impedância: A impedância de entrada é crucial. Circuitos digitais podem carregar o sistema onde a medição é feita, causando erros adicionais.
• Velocidade de Leitura: A maioria dos instrumentos possui uma velocidade de leitura razoável, mas existem equipamentos que realizam até 800 medições por segundo.

O Multímetro e suas Funções

O multímetro pode ser utilizado para uma ampla variedade de medições. Ele se torna um ohmímetro quando se adiciona uma fonte de corrente constante interna. Esta fonte injeta corrente na resistência R a ser medida, e o voltímetro mede a queda de tensão, permitindo o cálculo interno do valor da resistência. O multímetro digital é portátil, alimentado por bateria e possui cabos (pontas de prova) para conexão. É mais prático, manejável e rápido que o analógico.

Controles e Características: No painel frontal estão todos os comandos e a tela de leitura. As funções comuns incluem:

• Ohmímetro (Ω)
• Voltímetro DC (V=) para tensões diretas
• Voltímetro AC (V~) para tensões alternadas
• Amperímetro (A)
• Teste de diodos

Conectores e Tela: Permitem a ligação das sondas. Geralmente, um dos conectores é vermelho e os bornes são marcados com letras ou números. A tela é a interface que transmite todas as informações coletadas.

Alicate Amperímetro (Medidor de Braçadeira)

O alicate é um instrumento capaz de medir a intensidade da corrente que flui em um condutor sem tocá-lo fisicamente. Ele mede o campo magnético gerado em torno do fio. Para operar, basta passar o cabo por dentro da pinça. As linhas do campo magnético são capturadas pelo anel, induzindo uma tensão proporcional à corrente medida. Um multímetro digital pode ter limites de erro instrumental conforme a escala completa e utiliza simbologia específica (como "OL" ou "1" para circuito aberto ou resistência infinita).

Medições de Tensão, Continuidade e Corrente

Medidas de Continuidade: Verificação frequente em instalações ou componentes. A continuidade ôhmica é entendida como uma ligação entre dois pontos que não apresenta resistência acima de 200 ohms. O dispositivo atua como ohmímetro e emite um sinal sonoro (buzzer) nestes casos.

Medidas de Tensão AC: O aparelho fornece o valor eficaz (RMS). Isso só é exato se a corrente for perfeitamente senoidal ou se o voltímetro for do tipo True RMS. Caso contrário, ocorrem aproximações. A maneira mais fácil é medir o valor de pico e aplicar a fórmula matemática (válida apenas para ondas senoidais perfeitas).

Medidas de Tensão DC: Para medir a diferença de potencial entre dois pontos, deve-se configurar o aparelho no símbolo correspondente. Recomenda-se iniciar pela maior escala para evitar danos e depois descer para o valor apropriado.

Consumo do Instrumento e Medidas de Corrente: O instrumento possui uma absorção que corresponde à sua resistência interna, que varia conforme a escala. Para medir corrente (A= ou A~), é necessário interromper o circuito e conectar o dispositivo em série. Uma ligação acidental em paralelo ao medir correntes pode causar danos graves, pois a resistência interna do aparelho nesta função é muito baixa. A qualidade de um amperímetro é valorizada por possuir a menor resistência interna possível, minimizando a perturbação no circuito original.