Guia Técnico - Multímetro

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ACRE - UFAC
CCET - CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
INSTRUMENTAÇÃO ELETRÔNICA
RIO BRANCO - AC
2017
I (A)
V (V)
DISCENTE:
Lucas Costa Vichinsky
Estudante de
Bacharelado em Eng.
Elétrica - UFAC
DOCENTE:
Thayannã Yuri
Formado em Bacharelado
em Eng. Elétrica - UFAC
Trabalho referente a multímetros - um estudo
voltado ao equipamento.
RIO BRANCO - AC
2017
SUMÁRIO
Lista de Figuras....................................................................1
Introdução..........................................................................3
Diagrama de Blocos..............................................................4
Diagrama Elétrico.................................................................6
Medindo a resistência............................................................8
Técnicas de Mensuramento....................................................9
Tomando um Exemplar........................................................10
Conclusão.........................................................................12
Referências Bibliográficas....................................................13
LISTA DE FIGURAS
TÍTULO FONTE PÁGINA
Multímetro DT830B https://www.robofun.c
h/media/catalog/produ
ct/cache/2/image/650x
/056d650ddfea94d61ff
3cb267683bbb5/t/e/te
ster-dt-830b.jpg
(Editada)
Capa
Diagrama de Blocos -
Multímetro
Acervo Pessoal Página 4
Ícone Multímetro
(Genérico)
https://image.flaticon.
com/icons/svg/293/29
3723.svg
Página 3
Ícone Resistor
(Genérico)
https://cdn.onlinewebf
onts.com/svg/img_485
312.png
Página 5
Ícone Corrente
Alternada - Wave
(Genérico)
http://www.i2symbol.c
om/images/symbols/br
ackets/wave_dash_u30
1C_icon_256x256.png
Página 5
Página 6
Ícone Corrente
Contínua
(Genérico)
https://upload.wikimed
ia.org/wikipedia/comm
ons/thumb/9/9f/Direct
_current_symbol.svg/2
000px-Direct_current_
symbol.svg.png
Página 5
Ícone Lâmpada
(Genérico)
http://ambrosedesigns
.co.uk/wp-content/uplo
ads/2015/06/ideas-ico
n.png (Editada)
Página 6
Circuito 1 -
Multímetro
http://www.circuitstod
ay.com/wp-content/upl
oads/2009/09/Balance
d-Bridge-DC-amplifier.j
pg
Página 6
Ícone Bobina
(Genérico)
https://cdn2.iconfinder
.com/data/icons/vape/
100/08-512.png
(Editada)
Página 7
Circuito 2 -
Multimetro
http://www.circuitstod
ay.com/wp-content/upl
oads/2009/09/Measure
ment-of-resistance-by-
a-multimeter.jpg
(Editada)
Página 8
1
Mensuração de
Corrente
https://i.stack.imgur.c
om/IgFCr.gif
Página 9
Transistor FET
(Genérico)
https://upload.wikimed
ia.org/wikipedia/comm
ons/thumb/d/dd/Mosfe
t_N-Ch_Sedra.svg/200
0px-Mosfet_N-Ch_Sedr
a.svg.png (Editada)
Página 8
Mensuração de
Tensão
https://www.technolog
yuk.net/physics/electri
cal-principles/images/
measuring_voltage.gif
Página 9
Mensuração de
Resistência
https://www.technolog
yuk.net/physics/electri
cal-principles/images/
measuring_resistance.
gif
Página 9
Multimetro com TBJ https://www.engineers
garage.com/sites/defa
ult/files/imagecache/Or
iginal/wysiwyg_imageu
pload/4214/Transistor
%20testing%20using
%20Multimeter.JPG
(Editada)
Página 10
Multímetro DT830B http://images.tcdn.co
m.br/img/img_prod/38
3024/2622_1_201608
04103509.jpg
Página 10
Multímetro DT830B
(Blog Petervis)
https://www.petervis.c
om/electronics%20gui
des/DT830B/DT830B%
20Transistor%20Test/
DT830B%20Transistor
%20Test.gif
Página 11
2
INTRODUÇÃO
Conforme o passar do tempo a área da Eng. Elétrica voltada para
potência foi se desenvolvendo e com isso foi popularizado o uso de
energia elétrica. Atualmente a energia elétrica é um bem de consumo
básico para o ser humano, sendo associado muitas vezes com outro
bem de consumo importantíssimo: a água.
Com isso surgiram novas tendências no mercado, voltadas ao
consumo de energia doméstica e ao eletrônica de consumo. Porém,
como é de costume, esse mercado ainda gerou um novo mercado: um
mercado que realiza a manutenção de equipamentos tanto os
responsáveis por produzir consumo de energia doméstico, quanto
para os equipamentos de eletrônica de consumo.
Alguns equipamentos foram criados, as pessoas preferem ter uma
noção mais exata e segura de algumas grandezas elétricas,
dificilmente um engenheiro experiente irá colocar o dedo em um fio
falar: “5 A” e cair duro no chão. Segurança e custo são palavras
chaves. Esse trabalho tomará uma abordagem mais técnica (talvez
um pouco descontraída) sobre um desses equipamentos que se
tornou popular ao longo do tempo, devido a praticidade, a eficiência
(já que realiza o necessário para aplicações de baixa potência) e o
custo.
“O multimetro ou multimeter é um aparelho
destinado a medir e avaliar grandezas elétricas.
Seus modelos são divididos como analógicos ou
digitais.” - Wikipédia (Editado)
3
DIAGRAMA DE BLOCOS
Agora que já foi dito um pouco sobre esse camarada, é necessário
entender seu funcionamento. Para isso, será exibido um diagrama de
blocos explicando como cada etapa para cada mensuração é
efetuada.
Observando a figura abaixo:
Entrada
[I]
[II]
[III] [IV]
[V]
4
Caso a imagem esteja um pouco difícil de enxergar, basta
aplicar um zoom na imagem (uns 50% deve bastar).
Sobre o diagrama de blocos:
LEGENDA DESCRIÇÃO
V
[I] Tensão Contínua: Ao
receber o valor de tensão
contínua o mesmo é atenuado,
para poder entrar no conversor
analógico digital que por sua vez
transfere os dados para o
contador e os exibe no display.
R
[II] Resistência: Quando é
mensurada a resistência não se
faz nada mais, nada menos que
medir a tensão que existe no
resistor. Uma vez que quando se
mede a resistência, a corrente
que passa pelo resistor é
constante e é adquirido um valor
de tensão é fácil encontrar o valor
de resistência.
I
[III] Corrente Contínua: a
corrente é mensurada
indiretamente, em paralelo com o
circuito. Logo após isso ela é
convertida para seu equivalente
de tensão, para que o conversor
A/D possa trabalhar com os seus
valores.
I
[IV] Corrente Alternada: O
processo descrito em [III] é
repetido com uma única
alteração. O conversor A/D
trabalha com grandezas
contínuas, logo se deve retificar o
sinal com o intuito de pegar o
valor contínuo que essa onda
alternada representa (RMS).
5
V
[V] Tensão alternada: o
processo se assemelha ao de [I],
porém nesse caso há um
retificador para aproveitar o valor
contínuo que essa onda alternada
representa (RMS).
Agora que já foi nos dado um conhecimento básico de
como o multímetro funciona, através da maneira mais
dedutiva, será exibido o diagrama elétrico do
funcionamento do multímetro.
DIAGRAMA ELÉTRICO
A grande maioria dos multímetros eletrônicos trabalham com um
circuito padronizado. Ele é dado pelo seguinte esquemático:
6
Mais uma vez, caso haja dificuldade para enxergar a imagem,
basta aplicar um zoom.
O circuito acima se divide em:
I. O circuito trabalha através de uma ponte balanceada em corrente
contínua com um galvanômetro;
II. Um atenuador é colocado no estágio de entrada com o intuito de
escolher a tensão adequada para o sistema;
III.Um retificador para converter a tensão alternada para tensão
contínua;
IV. Uma bateria e um circuito adicional (que será comentado na
próxima seção), para mensurar a resistência;
V. Uma chave rotativa para poder selecionar as diversar funções do
multímetro.
Galvanômetros são equipamentos magnéticas que
comumente são chamados de bobinas magnéticas
de movimentação permanente (PMMC). Esses
dispositivos são associados ao mensuramento de
grandezas elétricas, como intuito de manter esses
equipamentos funcionando de maneira correta.
Adicionalmente, esses circuitos possuem geralmente baterias ou
fontes de alimentação para casos onde eles tem que ser portáteis ou
para aplicações mais robustas.
A ponte balanceada exibida no esquemático utiliza dois
transistores de efeito de campo (FET). É interessante notar que
ambos os transistores da figura devem satisfazer a condição de ganho
de corrente do circuito, com o intuito de estabelecer uma estabilidade
termal no circuito. Os dois transistores FET, os resistores de fonte,
junto com o controle de ajuste de zero e o resistor três constituem a
ponte. Por fim o galvanômetro é conectado no centro dos terminais
dos FET, representando os dois opostos da ponte.
Na ausência de um sinal de saída os dois transistores devem agir
como se trabalhassem no ponto quiescente, além disso teoricamente
não deve passar nenhuma corrente pelo PMMC. Porém em situações
reais devido a algumas incompatibilidades dos transistores e os
diversos valores de resistores, realmente acaba passando alguma
corrente pelo galvanômetro, o que altera o valor de tensão passando
pelo circuito para um pouco maior que zero. O resistor três também
possui como função garantir que a tensão no galvanômetro permace
zero.
Agora pode-se considerar de uma vez que a ponte está
balanceada. Inserindo uma tensão positiva no transistor um,
acrescentamos a corrente de dreno, causando um na tensão do
terminal. O resultado do desbalanceamento de tensões entre o
transistor um e o transistor dois é exibido através do acrescimo da
7
diferença de tensão, que é amplificada pelo sinal entrada e calibrada
em temos de magnitude. A máxima tensão que pode ser aplicada no
transistor um pode ser encontrada através do intervalo de operação
do mesmo, que geralmente é de alguns volts. Esse intervalo pode ser
aumentado, caso desejado, com o incremento de um chaveamento de
intensidade (como exibido na figura) ou um atenuador de entrada.
MENSURANDO A RESISTÊNCIA
Para mensurar a resistência é necessária a análise do seguinte
circuito:
Isso já deve estar se tornando cansativo, porém algumas imagens
possuem qualidade bem ruim. Aplique um zoom se quiser mais
detalhes.
Quando a função do multímetro é mudada para a mensuração da
resistência, um resistor desconhecido é conectado em série com uma
bateria interna e o galvanômetro simplesmente mede a tensão que
passa por esse resistor.
O circuito mais comum para esse tipo de análise é dado na figura
acima. No circuito dado, as resistências de valores miscelâneos são
utilizadas apenas com o propósito de medir a intensidade da
resistência x no terminal. A resistência x por sua vez é conectada a
uma fonte de tensão (geralmente uma bateria interna no multímetro).
A queda de tensão no resistor x é amplificada pela ponte e o
galvanômetro se move. Como a tensão em cima da resistência x é
direntamente proporcional a sua resistência, a escala é acertada para
kΩ.
Apenas como lembre que o trasistor trabalha no ponto
de operação caso a tensão de saída seja igual a zero. O
sinal do FET deve depender necessariamente da
corrente no dreno.
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TÉCNICAS DE MENSURAMENTO
Para o caso da corrente, se
deve atentar à escala do
multimetro e também ao botão
rotativo do multímetro.
Também deve se atentar que
para mensurar a corrente o
multímetro deve estar em
paralelo com o circuito.
Para o caso da tensão,
também deve se ter uma
atenção adicional com a
escala do multímetro e
também ao botão rotativo
do multimetro, para ter
certeza que se está
medindo a grandeza
desejada. Por último,
deve se colocar o
multímetro em série com
o elemento desejado.
Por último também podemos
mensurar a resistência de um
dado circuito da mesma
maneira que mensuramos a
tensão. Atente-se à escala e
também à grandeza que se
deseja mensurar. Após isso
basta colocar o multimetro em
série com o resistor. Para que
a resistência seja mensurada o
ideal é que não haja fontes de
tensão atuando sobre o
elemento.
9
Outras grandezas
também podem ser
mensuradas com o
mutímetro como por
exemplo a temperatura e
a constante de ganho dos
transistores TBJ. Tome
como nota que essas
grandezas não são
mensuradas em
dispositivos genéricos, em
alguns casos até um
adaptador deve ser
adquirido se há a
necesssidade de mensurar
essas grandezas.
TOMANDO UM EXEMPLAR
Para quesito de estudo sobre esse belo instrumento vamos tomar
como escolha um modelo. Seja o multímetro DT830B. Vamos
primeiro analisar algumas de suas funções.
O multímetro em questão possui como algumas funções
básicas como por exemplo mensurar tensão (tanto contínua,
quanto alternada), corrente contínua e resistência. Também
possui algumas funções adicionais como por exemplo
identificar o cátodo e o ânodo de leds e também mensurar o
ganho de TBJ. O modelo é bem robusto e por um preço
acessível. Um problema do multimetro é que ele não possui
proteção contra curto circuito (vide manual).
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Para a mensuração do multímetro em questão:
Como você está trabalhando com TTL’s é esperado em torno de 5V
no circuito. Porém se há dificuldades para leitura, coloque em um
escala maior e vá diminuindo a escala para obter um resultado
satisfatório.
Quanto a margem de erro para a mensuração de tensão para esse
garotão, basta seguir a seguinte tabela:
ESCALA RESOLUÇÃO PRECISÃO
200 m 100 μ +/- (0.5% da leitura
+3D)
2000 m 1 m +/- (1% da leitura
+5D)
20 10 m +/- (1% da leitura
+5D)
200 0.1 +/- (1% da leitura
+5D)
1000 1 +/- (1.2% da leitura
+5D)
Dados etirado do manual do produto. (Link nas referências)
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CONCLUSÃO
Para alguns, as técnicas de mensuração podem ser resumidas em
pegar o instrumento e simplesmente chegar lá e ir usar. Porém talvez
uma lição valiosa sobre esse trabalho é que é importante conhecer
com o que você está lidando.
Ter um maior conhecimento sobre as ferramentas que você usa no
mercado de trabalho com certeza vai te oferecer uma vantagem sobre
os demais profissionais e o mais importante: evitar dores de cabeça
queimando equipamentos.
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REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
1. https://www.petervis.com/electronics%20guides/DT830B/DT83
0B%20DC%20Voltage.html;
2. http://www.all-sun.com/manual/Dt830_en.pdf;
3. https://vsagar.org/how-digital-multimeter-works/;
4. https://www.marineinsight.com/marine-electrical/permanent-m
agnet-moving-coil-instrument-pmmc-working-and-application-o
n-ship/;
5. http://www.circuitstoday.com/electronic-multimeters;
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