Multímetro

Un multímetro o tester es un instrumento de medición que puede medir múltiples propiedades eléctricas. Un multímetro típico puede medir voltaje, resistencia y corriente, en cuyo caso también se conoce como voltio-ohmio-miliamperímetro (VOM), ya que la unidad está equipada con la funcionalidad de voltímetro, amperímetro y ohmímetro. Algunos cuentan con la medición de propiedades adicionales como la temperatura y la capacitancia.

Los multímetros analógicos usan un microamperímetro con un puntero móvil para mostrar las lecturas. Los multímetros digitales (DMM, DVOM) tienen pantallas numéricas y han hecho que los multímetros analógicos sean prácticamente obsoletos, ya que son más baratos, más precisos y físicamente más robustos que los multímetros analógicos.

Los multímetros varían en tamaño, características y precio. Pueden ser dispositivos portátiles de mano o instrumentos de banco de alta precisión. Los multímetros baratos pueden costar menos de US$10, mientras que los modelos de laboratorio con calibración certificada pueden costar más de US$5000.

Historia

El primer dispositivo de detección de corriente de puntero móvil fue el galvanómetro en 1820. Estos se usaron para medir la resistencia y el voltaje usando un puente de Wheatstone y comparando la cantidad desconocida con un voltaje o resistencia de referencia. Si bien eran útiles en el laboratorio, los dispositivos eran muy lentos y poco prácticos en el campo. Estos galvanómetros eran voluminosos y delicados.

El movimiento del medidor D'Arsonval-Weston utiliza una bobina móvil que lleva un puntero y gira sobre pivotes o un ligamento de banda tensa. La bobina gira en un campo magnético permanente y está restringida por finos resortes en espiral que también sirven para llevar corriente a la bobina móvil. Brinda una medición proporcional en lugar de solo una detección, y la desviación es independiente de la orientación del medidor. En lugar de equilibrar un puente, los valores se podían leer directamente en la escala del instrumento, lo que hacía que la medición fuera rápida y fácil.

El medidor básico de bobina móvil es adecuado solo para mediciones de corriente continua, generalmente en el rango de 10 μA a 100 mA. Se adapta fácilmente para leer corrientes más pesadas usando derivaciones (resistencias en paralelo con el movimiento básico) o para leer voltaje usando resistencias en serie conocidas como multiplicadores. Para leer corrientes o voltajes alternos, se necesita un rectificador. Uno de los primeros rectificadores adecuados fue el rectificador de óxido de cobre desarrollado y fabricado por Union Switch & Signal Company, Swissvale, Pensilvania, más tarde parte de Westinghouse Brake and Signal Company, desde 1927.

El primer uso certificado de la palabra "multímetro" enumerado por el Oxford English Dictionary es de 1907.

La invención del primer multímetro se atribuye al ingeniero de la oficina de correos británica, Donald Macadie, quien se sintió insatisfecho con la necesidad de llevar muchos instrumentos separados necesarios para el mantenimiento de los circuitos de telecomunicaciones. Macadie inventó un instrumento que podía medir amperios (amperios), voltios y ohmios, por lo que el medidor multifuncional se llamó avómetro. El medidor constaba de un medidor de bobina móvil, resistencias de voltaje y precisión, e interruptores y enchufes para seleccionar el rango.

La empresa de equipos eléctricos y bobinadoras automáticas (ACWEECO), fundada en 1923, se creó para fabricar el avómetro y una máquina bobinadora también diseñada y patentada por MacAdie. Aunque era accionista de ACWEECO, el Sr. MacAdie siguió trabajando para la oficina de correos hasta su jubilación en 1933. Su hijo, Hugh S. MacAdie, se incorporó a ACWEECO en 1927 y se convirtió en director técnico. El primer AVO se puso a la venta en 1923 y muchas de sus características permanecieron casi inalteradas hasta el último Model 8.

Propiedades generales de los multímetros

Cualquier medidor cargará el circuito bajo prueba hasta cierto punto. Por ejemplo, un multímetro que utilice un movimiento de bobina móvil con una corriente de desviación de escala completa de 50 microamperios (μA), la sensibilidad más alta comúnmente disponible, debe extraer al menos 50 μA del circuito bajo prueba para que el medidor alcance el extremo superior de su escala. Esto puede cargar tanto un circuito de alta impedancia como para afectar el circuito, dando así una lectura baja. La corriente de deflexión a escala completa también se puede expresar en términos de "ohmios por voltio" (Ω/V). La cifra de ohmios por voltio a menudo se denomina "sensibilidad" del instrumento. Así, un medidor con un movimiento de 50 μA tendrá una "sensibilidad" de 20 000 Ω/V. "Por voltio" se refiere al hecho de que la impedancia que presenta el medidor al circuito bajo prueba será de 20, 000 Ω multiplicado por el voltaje de escala completa al que está configurado el medidor. Por ejemplo, si el medidor está configurado en un rango de escala completa de 300 V, la impedancia del medidor será de 6 MΩ. 20 000 Ω/V es la mejor (más alta) sensibilidad disponible para los multímetros analógicos típicos que carecen de amplificadores internos. Para medidores que tienen amplificadores internos (VTVM, FETVM, etc.), la impedancia de entrada la fija el circuito del amplificador.

Avómetro

El primer avómetro tenía una sensibilidad de 60 Ω/V, tres rangos de corriente continua (12 mA, 1,2 A y 12 A), tres rangos de voltaje directo (12, 120 y 600 V u opcionalmente 1200 V) y un rango de 10 000 Ω rango de resistencia Una versión mejorada de 1927 aumentó esto a 13 rangos y 166,6 Ω/V (6 mA) de movimiento. A partir de 1933 se ofreció una versión "Universal" con rangos adicionales de corriente alterna y voltaje alterno y en 1936 el Avómetro Modelo 7 de doble sensibilidad ofreció 500 y 100 Ω / V.Entre mediados de la década de 1930 hasta la década de 1950, 1000 Ω/V se convirtió en un estándar de sensibilidad de facto para el trabajo de radio y esta cifra a menudo se citaba en las hojas de servicio. Sin embargo, algunos fabricantes como Simpson, Triplett y Weston, todos en EE. UU., produjeron VOM de 20 000 Ω/V antes de la Segunda Guerra Mundial y algunos de estos se exportaron. Después de 1945–46, 20 000 Ω/V se convirtió en el estándar esperado para la electrónica, pero algunos fabricantes ofrecieron instrumentos aún más sensibles. Para uso industrial y otros usos de "corriente intensa", se siguieron produciendo multímetros de baja sensibilidad y estos se consideraron más robustos que los tipos más sensibles.

Varios fabricantes continúan fabricando multímetros analógicos (analógicos) de alta calidad, incluidos Chauvin Arnoux (Francia), Gossen Metrawatt (Alemania) y Simpson y Triplett (EE. UU.).

Medidores de reloj de bolsillo

Los medidores estilo reloj de bolsillo fueron de uso generalizado en la década de 1920. La caja de metal normalmente estaba conectada a la conexión negativa, una disposición que provocó numerosas descargas eléctricas. Las especificaciones técnicas de estos dispositivos a menudo eran toscas, por ejemplo, el ilustrado tiene una resistencia de solo 25 Ω/V, una escala no lineal y sin ajuste de cero en ambos rangos.

Voltímetros de tubo de vacío

Los voltímetros de tubo de vacío o voltímetros de válvula (VTVM, VVM) se utilizaron para mediciones de voltaje en circuitos electrónicos donde era necesaria una alta impedancia de entrada. El VTVM tenía una impedancia de entrada fija de típicamente 1 MΩ o más, generalmente mediante el uso de un circuito de entrada seguidor de cátodo y, por lo tanto, no cargaba significativamente el circuito que se estaba probando. Los VTVM se utilizaron antes de la introducción de transistores analógicos electrónicos de alta impedancia y voltímetros de transistores de efecto de campo (FETVOM). Los medidores digitales modernos (DVM) y algunos medidores analógicos modernos también usan circuitos de entrada electrónicos para lograr una alta impedancia de entrada; sus rangos de voltaje son funcionalmente equivalentes a los VTVM. La impedancia de entrada de algunos DVM mal diseñados (especialmente algunos de los primeros diseños) variaría en el transcurso de un ciclo de medición interna de muestra y retención,

Escalas adicionales

En muchos multímetros se han incluido escalas adicionales, como decibelios, y funciones de medición, como capacitancia, ganancia de transistor, frecuencia, ciclo de trabajo, retención de pantalla y continuidad que hace sonar un zumbador cuando la resistencia medida es pequeña. Si bien los multímetros pueden complementarse con equipos más especializados en el juego de herramientas de un técnico, algunos multímetros incluyen funciones adicionales para aplicaciones especializadas (temperatura con una sonda de termopar, inductancia, conectividad a una computadora, valor medido hablado, etc.).

Operación

Un multímetro es la combinación de un voltímetro de CC, un voltímetro de CA, un amperímetro y un ohmímetro. Un multímetro analógico no amplificado combina un movimiento de medidor, resistencias de rango e interruptores; Los VTVM son medidores analógicos amplificados y contienen circuitos activos.

Para un movimiento de medidor analógico, el voltaje de CC se mide con una resistencia en serie conectada entre el movimiento del medidor y el circuito bajo prueba. Un interruptor (generalmente giratorio) permite insertar una mayor resistencia en serie con el movimiento del medidor para leer voltajes más altos. El producto de la corriente de deflexión a escala completa básica del movimiento, y la suma de la resistencia en serie y la resistencia propia del movimiento, da la tensión a escala completa del rango. Como ejemplo, un movimiento de medidor que requiere 1 mA para la desviación de escala completa, con una resistencia interna de 500 Ω, en un rango de 10 V del multímetro, tendría 9500 Ω de resistencia en serie.

Para los rangos de corriente analógica, se conectan derivaciones de baja resistencia combinadas en paralelo con el movimiento del medidor para desviar la mayor parte de la corriente alrededor de la bobina. Nuevamente, para el caso de un movimiento hipotético de 1 mA, 500 Ω en un rango de 1 A, la resistencia de derivación sería un poco más de 0,5 Ω.

Los instrumentos de bobina móvil pueden responder solo al valor promedio de la corriente que los atraviesa. Para medir la corriente alterna, que sube y baja repetidamente, se inserta un rectificador en el circuito para que cada medio ciclo negativo se invierta; el resultado es un voltaje de CC variable y distinto de cero cuyo valor máximo será la mitad del voltaje de CA de pico a pico, suponiendo una forma de onda simétrica. Dado que el valor promedio rectificado y el valor de la raíz cuadrática media (RMS) de una forma de onda son solo los mismos para una onda cuadrada, los circuitos simples de tipo rectificador solo se pueden calibrar para formas de onda sinusoidales. Otras formas de onda requieren un factor de calibración diferente para relacionar el RMS y el valor promedio. Este tipo de circuito suele tener un rango de frecuencia bastante limitado. Dado que los rectificadores prácticos tienen una caída de voltaje distinta de cero,

Para medir la resistencia, los interruptores hacen arreglos para que una pequeña batería dentro del instrumento pase una corriente a través del dispositivo bajo prueba y la bobina del medidor. Dado que la corriente disponible depende del estado de carga de la batería que cambia con el tiempo, un multímetro generalmente tiene un ajuste para la escala de ohmios para ponerlo a cero. En los circuitos habituales que se encuentran en los multímetros analógicos, la desviación del medidor es inversamente proporcional a la resistencia, por lo que la escala completa será 0 Ω y una mayor resistencia corresponderá a deflexiones más pequeñas. La escala de ohmios está comprimida, por lo que la resolución es mejor con valores de resistencia más bajos.

Los instrumentos amplificados simplifican el diseño de las redes de resistencias en serie y en derivación. La resistencia interna de la bobina está desacoplada de la selección de las resistencias en serie y de rango en derivación; la red en serie se convierte así en un divisor de tensión. Cuando se requieren mediciones de CA, el rectificador se puede colocar después de la etapa del amplificador, lo que mejora la precisión en el rango bajo.

Los instrumentos digitales, que necesariamente incorporan amplificadores, utilizan los mismos principios que los instrumentos analógicos para las lecturas de resistencia. Para las mediciones de resistencia, generalmente se pasa una pequeña corriente constante a través del dispositivo bajo prueba y el multímetro digital lee la caída de voltaje resultante; esto elimina la compresión de escala que se encuentra en los medidores analógicos, pero requiere una fuente de corriente precisa. Un multímetro digital de rango automático puede ajustar automáticamente la red de escala para que los circuitos de medición utilicen la precisión total del convertidor A/D.

En todos los tipos de multímetros, la calidad de los elementos de conmutación es fundamental para obtener mediciones estables y precisas. Los mejores DMM usan contactos chapados en oro en sus interruptores; Los medidores menos costosos usan niquelado o ninguno en absoluto, confiando en los rastros de soldadura de la placa de circuito impreso para los contactos. La exactitud y la estabilidad (p. ej., variación de temperatura, envejecimiento o historial de voltaje/corriente) de las resistencias internas de un medidor (y otros componentes) es un factor limitante en la exactitud y precisión a largo plazo del instrumento.

Valores medidos

Los multímetros contemporáneos pueden medir muchos valores. Los más comunes son:

• Tensión, alterna y continua, en voltios.
• Corriente, alterna y continua, en amperios.

El rango de frecuencia para el cual las mediciones de CA son precisas es importante, depende del diseño y la construcción del circuito, y debe especificarse para que los usuarios puedan evaluar las lecturas que toman. Algunos medidores miden corrientes tan bajas como miliamperios o incluso microamperios. Todos los medidores tienen un voltaje de carga (causado por la combinación de la derivación utilizada y el diseño del circuito del medidor), y algunos (incluso los costosos) tienen voltajes de carga suficientemente altos que las lecturas de corriente baja se ven seriamente afectadas. Las especificaciones del medidor deben incluir el voltaje de carga del medidor.

• Resistencia en ohmios.

Además, algunos multímetros también miden:

• Capacitancia en faradios, pero por lo general las limitaciones del rango están entre unos cientos o miles de microfaradios y unos picofaradios. Muy pocos multímetros de uso general pueden medir otros aspectos importantes del estado de los capacitores, como la ESR, el factor de disipación o las fugas.
• Conductancia en siemens, que es la inversa de la resistencia medida.
• Decibeles en circuitos, rara vez en sonido.
• Ciclo de trabajo como porcentaje.
• Frecuencia en hercios.
• Inductancia en henrios. Al igual que la medición de capacitancia, esto generalmente se maneja mejor con un medidor de inductancia / capacitancia diseñado específicamente.
• Temperatura en grados Celsius o Fahrenheit, con una sonda de prueba de temperatura adecuada, a menudo un termopar.

Los multímetros digitales también pueden incluir circuitos para:

• probador de continuidad; suena un zumbador cuando la resistencia de un circuito es lo suficientemente baja (el nivel de resistencia varía de un medidor a otro), por lo que la prueba debe tratarse como inexacta.
• Diodos (que miden la caída directa de las uniones de diodos).
• Transistores (que miden la ganancia de corriente y otros parámetros en algunos tipos de transistores)
• Comprobación de batería para baterías simples de 1,5 V y 9 V. Esta es una medida cargada de corriente, que simula cargas de batería en uso; Los rangos de voltaje normales consumen muy poca corriente de la batería.

Se pueden conectar (o incluir) varios sensores a los multímetros para tomar medidas como:

• nivel de luz
• nivel de presión de sonido
• acidez/alcalinidad (pH)
• humedad relativa
• flujo de corriente muy pequeño (hasta nanoamperios con algunos adaptadores)
• resistencias muy pequeñas (hasta micro ohmios para algunos adaptadores)
• Grandes corrientes: hay adaptadores disponibles que usan inductancia (corriente CA solamente) o sensores de efecto Hall (corriente CA y CC), generalmente a través de mordazas de sujeción aisladas para evitar el contacto directo con circuitos de alta capacidad de corriente que pueden ser peligrosos para el medidor y para el operador
• voltajes muy altos: hay adaptadores disponibles que forman un divisor de voltaje con la resistencia interna del medidor, lo que permite la medición en miles de voltios. Sin embargo, los voltajes muy altos a menudo tienen un comportamiento sorprendente, además de los efectos sobre el operador (quizás fatales); Los altos voltajes que realmente llegan al circuito interno de un medidor pueden dañar las partes internas, tal vez destruyendo el medidor o arruinando permanentemente su desempeño.

Resolución

Resolución y precisión

La resolución de un multímetro es la parte más pequeña de la escala que se puede mostrar, que depende de la escala. En algunos multímetros digitales se puede configurar, y las mediciones de mayor resolución tardan más en completarse. Por ejemplo, un multímetro que tiene una resolución de 1 mV en una escala de 10 V puede mostrar cambios en las mediciones en incrementos de 1 mV.

La precisión absoluta es el error de la medición en comparación con una medición perfecta. La precisión relativa es el error de la medición en comparación con el dispositivo utilizado para calibrar el multímetro. La mayoría de las hojas de datos de multímetros proporcionan una precisión relativa. Para calcular la precisión absoluta a partir de la precisión relativa de un multímetro, agregue la precisión absoluta del dispositivo utilizado para calibrar el multímetro a la precisión relativa del multímetro.

Digital

La resolución de un multímetro a menudo se especifica en el número de dígitos decimales resueltos y mostrados. Si el dígito más significativo no puede tomar todos los valores del 0 al 9, generalmente, y de manera confusa, se denomina dígito fraccionario. Por ejemplo, se dice que un multímetro que puede leer hasta 19999 (más un punto decimal incrustado) lee 4 + 1 ⁄ 2 dígitos.

Por convención, si el dígito más significativo puede ser 0 o 1, se denomina medio dígito; si puede tomar valores más altos sin llegar a 9 (a menudo 3 o 5), puede llamarse tres cuartos de dígito. Un multímetro de 5 + 1 ⁄ 2 dígitos mostraría un "medio dígito" que solo podría mostrar 0 o 1, seguido de cinco dígitos que tomarían todos los valores de 0 a 9. Dicho medidor podría mostrar valores positivos o negativos de 0 a 199999. Un medidor de 3 + 3 ⁄ 4 dígitos puede mostrar una cantidad de 0 a 3999 o 5999, según el fabricante.

Si bien una pantalla digital se puede ampliar fácilmente en resolución, los dígitos adicionales no tienen ningún valor si no van acompañados de cuidado en el diseño y la calibración de las partes analógicas del multímetro. Las mediciones significativas (es decir, de alta precisión) requieren una buena comprensión de las especificaciones del instrumento, un buen control de las condiciones de medición y la trazabilidad de la calibración del instrumento. Sin embargo, incluso si su resolución supera la precisión, un medidor puede ser útil para comparar medidas. Por ejemplo, una lectura de medidor de 5 + 1 ⁄ 2 dígitos estables puede indicar que una resistencia nominal de 100 kΩ es aproximadamente 7 Ω mayor que otra, aunque el error de cada medición es 0,2 % de la lectura más 0,05 % del valor de escala completa.

Especificar "recuentos de visualización" es otra forma de especificar la resolución. Los recuentos en pantalla dan el número más grande, o el número más grande más uno (para incluir la visualización de todos los ceros) que puede mostrar la pantalla del multímetro, ignorando el separador decimal. Por ejemplo, un multímetro de 5 + 1 ⁄ 2 dígitos también se puede especificar como un multímetro de conteo de pantalla de 199999 o multímetro de conteo de pantalla de 200000. A menudo, el conteo de la pantalla se llama simplemente "conteo" en las especificaciones del multímetro.

La precisión de un multímetro digital puede expresarse en forma de dos términos, como "±1% de lectura +2 conteos", lo que refleja las diferentes fuentes de error en el instrumento.

Cosa análoga

Los medidores analógicos son diseños más antiguos, pero a pesar de ser superados técnicamente por los medidores digitales con gráficos de barras, los ingenieros y los solucionadores de problemas aún pueden preferirlos. Una de las razones dadas es que los medidores analógicos son más sensibles (o responden) a los cambios en el circuito que se está midiendo.Un multímetro digital muestra la cantidad que se mide a lo largo del tiempo y luego la muestra. Los multímetros analógicos leen continuamente el valor de la prueba. Si hay cambios leves en las lecturas, la aguja de un multímetro analógico intentará seguirlo, en lugar de que el medidor digital tenga que esperar hasta la siguiente muestra, lo que genera retrasos entre cada lectura discontinua (además, el medidor digital puede requerir un tiempo de establecimiento adicional). para converger en el valor). El valor de la pantalla digital en comparación con una pantalla analógica es subjetivamente más difícil de leer. Esta característica de seguimiento continuo se vuelve importante cuando se prueban capacitores o bobinas, por ejemplo. Un capacitor que funcione correctamente debe permitir que la corriente fluya cuando se aplica voltaje, luego la corriente disminuye lentamente a cero y esta "firma" es fácil de ver en un multímetro analógico pero no en un multímetro digital. Esto es similar cuando se prueba una bobina, excepto que la corriente comienza baja y aumenta.

Las mediciones de resistencia en un medidor analógico, en particular, pueden ser de baja precisión debido al circuito típico de medición de resistencia que comprime mucho la escala en los valores de resistencia más altos. Los medidores analógicos económicos pueden tener una sola escala de resistencia, lo que restringe seriamente el rango de mediciones precisas. Por lo general, un medidor analógico tendrá un panel de ajuste para establecer la calibración de cero ohmios del medidor, para compensar el voltaje variable de la batería del medidor y la resistencia de los cables de prueba del medidor.

Precisión

Los multímetros digitales generalmente toman medidas con una precisión superior a sus contrapartes analógicas. Los multímetros analógicos estándar miden con una precisión típica de ±3%, aunque se fabrican instrumentos de mayor precisión. Los multímetros digitales portátiles estándar están especificados para tener una precisión típica de ±0,5 % en los rangos de voltaje de CC. Los multímetros convencionales de sobremesa están disponibles con una precisión especificada superior al ±0,01 %. Los instrumentos de grado de laboratorio pueden tener precisiones de unas pocas partes por millón.

Las cifras de precisión deben interpretarse con cuidado. La precisión de un instrumento analógico generalmente se refiere a la desviación a escala completa; una medición de 30 V en la escala de 100 V de un medidor de 3% está sujeta a un error de 3 V, 10% de la lectura. Los medidores digitales generalmente especifican la precisión como un porcentaje de la lectura más un porcentaje del valor de escala completa, a veces expresado en conteos en lugar de términos porcentuales.

La precisión citada se especifica como la del rango inferior de milivoltios (mV) de CC, y se conoce como la cifra de "precisión básica de voltios de CC". Los rangos de voltaje de CC más altos, la corriente, la resistencia, la CA y otros rangos generalmente tendrán una precisión más baja que la cifra básica de voltios de CC. Las mediciones de CA solo cumplen con la precisión especificada dentro de un rango específico de frecuencias.

Los fabricantes pueden proporcionar servicios de calibración para que se puedan comprar nuevos medidores con un certificado de calibración que indique que el medidor se ha ajustado a estándares trazables, por ejemplo, al Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de EE. UU. u otra organización nacional de estándares.

El equipo de prueba tiende a descalibrarse con el tiempo y no se puede confiar indefinidamente en la precisión especificada. Para equipos más costosos, los fabricantes y terceros brindan servicios de calibración para que los equipos más antiguos puedan recalibrarse y recertificarse. El costo de dichos servicios es desproporcionado para equipos económicos; sin embargo, no se requiere una precisión extrema para la mayoría de las pruebas de rutina. Los multímetros usados ​​para mediciones críticas pueden ser parte de un programa de metrología para asegurar la calibración.

Se puede suponer que un multímetro tiene una "respuesta promedio" a las formas de onda de CA, a menos que se indique que es del tipo "verdadero RMS". Un multímetro de respuesta promedio solo alcanzará su precisión especificada en voltios y amperios de CA para formas de onda puramente sinusoidales. Por otro lado, un multímetro de respuesta True RMS cumplirá con su precisión especificada en voltios y corriente de CA con cualquier tipo de forma de onda hasta un factor de cresta especificado; El rendimiento RMS a veces se reclama para medidores que informan lecturas RMS precisas solo en ciertas frecuencias (generalmente bajas) y con ciertas formas de onda (esencialmente siempre ondas sinusoidales).

La precisión de corriente y voltaje de CA de un medidor puede tener diferentes especificaciones en diferentes frecuencias.

Sensibilidad e impedancia de entrada

Cuando se usa para medir voltaje, la impedancia de entrada del multímetro debe ser muy alta en comparación con la impedancia del circuito que se mide; de lo contrario, el funcionamiento del circuito puede verse afectado y la lectura será inexacta.

Los medidores con amplificadores electrónicos (todos los multímetros digitales y algunos medidores analógicos) tienen una impedancia de entrada fija que es lo suficientemente alta como para no perturbar la mayoría de los circuitos. Esto suele ser uno o diez megaohmios; la estandarización de la resistencia de entrada permite el uso de sondas externas de alta resistencia que forman un divisor de voltaje con la resistencia de entrada para extender el rango de voltaje hasta decenas de miles de voltios. Los multímetros de gama alta generalmente proporcionan una impedancia de entrada superior a 10 GΩ para rangos inferiores o iguales a 10 V. Algunos multímetros de gama alta proporcionan >10 Gigaohmios de impedancia para rangos superiores a 10 V.

La mayoría de los multímetros analógicos del tipo de puntero móvil no tienen búfer y extraen corriente del circuito bajo prueba para desviar el puntero del medidor. La impedancia del medidor varía según la sensibilidad básica del movimiento del medidor y el rango seleccionado. Por ejemplo, un medidor con una sensibilidad típica de 20 000 Ω/V tendrá una resistencia de entrada de 2 MΩ en el rango de 100 V (100 V × 20 000 Ω/V = 2 000 000 Ω). En cada rango, al voltaje de escala completa del rango, la corriente completa requerida para desviar el movimiento del medidor se toma del circuito bajo prueba. Los movimientos del medidor de menor sensibilidad son aceptables para realizar pruebas en circuitos donde las impedancias de la fuente son bajas en comparación con la impedancia del medidor, por ejemplo, circuitos de potencia; estos medidores son más robustos mecánicamente.

La sensibilidad no debe confundirse con la resolución de un medidor, que se define como el cambio de señal más bajo (voltaje, corriente, resistencia, etc.) que puede cambiar la lectura observada.

Para los multímetros digitales de uso general, el rango de voltaje más bajo suele ser de varios cientos de milivoltios de CA o CC, pero el rango de corriente más bajo puede ser de varios cientos de microamperios, aunque hay instrumentos disponibles con mayor sensibilidad a la corriente. Los multímetros diseñados para uso "eléctrico" (de red) en lugar del uso general de ingeniería electrónica generalmente renunciarán a los rangos de corriente de microamperios.

La medición de baja resistencia requiere que se reste la resistencia del cable (medida al tocar las sondas de prueba) para obtener la mejor precisión. Esto se puede hacer con la función "delta", "cero" o "nulo" de muchos multímetros digitales. La presión de contacto con el dispositivo bajo prueba y la limpieza de las superficies pueden afectar las mediciones de resistencias muy bajas. Algunos medidores ofrecen una prueba de cuatro hilos donde dos sondas suministran el voltaje de la fuente y las otras toman medidas. El uso de una impedancia muy alta permite una caída de voltaje muy baja en las sondas y se ignora la resistencia de las sondas fuente, lo que da como resultado resultados muy precisos.

El extremo superior de los rangos de medición del multímetro varía considerablemente; las mediciones superiores a quizás 600 voltios, 10 amperios o 100 megaohmios pueden requerir un instrumento de prueba especializado.

Voltaje de carga

Cada amperímetro conectado en serie en línea, incluido un multímetro en un rango de corriente, tiene una cierta resistencia. La mayoría de los multímetros miden inherentemente el voltaje y pasan una corriente para ser medida a través de una resistencia de derivación, midiendo el voltaje desarrollado a través de ella. La caída de voltaje se conoce como voltaje de carga, especificado en voltios por amperio. El valor puede cambiar según el rango que establezca el medidor, ya que los diferentes rangos generalmente usan diferentes resistencias de derivación.

El voltaje de carga puede ser significativo en áreas de circuitos de muy bajo voltaje. Para verificar su efecto en la precisión y en la operación del circuito externo, el medidor se puede cambiar a diferentes rangos; la lectura actual debe ser la misma y la operación del circuito no debe verse afectada si el voltaje de carga no es un problema. Si este voltaje es significativo, se puede reducir (reduciendo también la exactitud y precisión inherentes de la medición) usando un rango de corriente más alto.

Detección de corriente alterna

Dado que el sistema indicador básico en un medidor analógico o digital responde solo a CC, un multímetro incluye un circuito de conversión de CA a CC para realizar mediciones de corriente alterna. Los medidores básicos utilizan un circuito rectificador para medir el valor absoluto promedio o pico del voltaje, pero están calibrados para mostrar el valor de raíz cuadrática media (RMS) calculado para una forma de onda sinusoidal; esto dará lecturas correctas para la corriente alterna que se usa en la distribución de energía. Las guías de usuario para algunos de estos medidores brindan factores de corrección para algunas formas de onda no sinusoidales simples, para permitir que se calcule el valor equivalente correcto de raíz cuadrática media (RMS). Los multímetros más caros incluyen un convertidor de CA a CC que mide el verdadero valor RMS de la forma de onda dentro de ciertos límites; el manual de usuario del medidor puede indicar los límites del factor de cresta y la frecuencia para la cual la calibración del medidor es válida. La detección RMS es necesaria para las mediciones en formas de onda periódicas no sinusoidales, como las que se encuentran en señales de audio y unidades de frecuencia variable.

Multímetros digitales (DMM o DVOM)

Los multímetros modernos suelen ser digitales debido a su precisión, durabilidad y características adicionales. En un multímetro digital, la señal bajo prueba se convierte en un voltaje y un amplificador con ganancia controlada electrónicamente precondiciona la señal. Un multímetro digital muestra la cantidad medida como un número, lo que elimina los errores de paralaje.

Los multímetros digitales modernos pueden tener una computadora integrada, que proporciona una gran cantidad de funciones convenientes. Las mejoras de medición disponibles incluyen:

• Rango automático, que selecciona el rango correcto para la cantidad bajo prueba para que se muestren los dígitos más significativos. Por ejemplo, un multímetro de cuatro dígitos seleccionaría automáticamente un rango apropiado para mostrar 12,34 mV en lugar de 0,012 V o sobrecarga. Los medidores de rango automático generalmente incluyen una función para mantener el medidor en un rango particular, porque una medición que provoca cambios frecuentes de rango puede distraer al usuario.
• Polaridad automática para lecturas de corriente continua, muestra si el voltaje aplicado es positivo (concuerda con las etiquetas de los cables del medidor) o negativo (polaridad opuesta a los cables del medidor).
• Sample and hold, que bloqueará la lectura más reciente para su examen después de que el instrumento se retire del circuito bajo prueba.
• Pruebas de corriente limitada para caída de voltaje a través de uniones de semiconductores. Si bien no es un reemplazo para un probador de transistores adecuado, y ciertamente no para un tipo de trazador de curva de barrido, esto facilita la prueba de diodos y una variedad de tipos de transistores.
• Una representación gráfica de la cantidad bajo prueba, como un gráfico de barras. Esto facilita las pruebas pasa/no pasa y también permite detectar tendencias de rápido movimiento.
• Un osciloscopio de bajo ancho de banda.
• Probadores de circuitos automotrices, que incluyen pruebas de temporización automotriz y señales de permanencia (las pruebas de permanencia y rpm del motor generalmente están disponibles como una opción y no están incluidas en los multímetros digitales automotrices básicos).
• Funciones simples de adquisición de datos para registrar lecturas máximas y mínimas durante un período determinado, o para tomar varias muestras a intervalos fijos.
• Integración con pinzas para tecnología de montaje superficial.
• Un medidor LCR combinado para SMD de tamaño pequeño y componentes de orificio pasante.

Los medidores modernos pueden conectarse con una computadora personal mediante enlaces IrDA, conexiones RS-232, USB o un bus de instrumentos como IEEE-488. La interfaz permite que la computadora registre las mediciones a medida que se realizan. Algunos DMM pueden almacenar mediciones y cargarlas en una computadora.

El primer multímetro digital fue fabricado en 1955 por Non Linear Systems. Se afirma que el primer multímetro digital portátil fue desarrollado por Frank Bishop de Intron Electronics en 1977, que en ese momento representó un gran avance para el servicio y la detección de fallas en el campo.

Multímetros analógicos

Un multímetro se puede implementar con un movimiento de medidor de galvanómetro o, con menos frecuencia, con un gráfico de barras o un puntero simulado, como una pantalla de cristal líquido (LCD) o una pantalla fluorescente de vacío. Los multímetros analógicos eran comunes; un instrumento analógico de calidad costaría casi lo mismo que un multímetro digital. Los multímetros analógicos tenían las limitaciones de precisión y precisión de lectura descritas anteriormente y, por lo tanto, no se construyeron para proporcionar la misma precisión que los instrumentos digitales.

Los medidores analógicos eran intuitivos donde la tendencia de una medición era más importante que un valor exacto obtenido en un momento particular. Un cambio en el ángulo o en una proporción fue más fácil de interpretar que un cambio en el valor de una lectura digital. Por esta razón, algunos multímetros digitales también tienen un gráfico de barras como segunda pantalla, generalmente con una frecuencia de muestreo más rápida que la utilizada para la lectura principal. Estos gráficos de barras de frecuencia de muestreo rápida tienen una respuesta superior que el puntero físico de los medidores analógicos, lo que hace obsoleta la tecnología anterior. Con CC, CA o una combinación de ambas fluctuaciones rápidas, los medidores digitales avanzados pudieron rastrear y mostrar las fluctuaciones mejor que los medidores analógicos, al mismo tiempo que tenían la capacidad de separar y mostrar simultáneamente los componentes de CC y CA.

Los movimientos de los medidores analógicos son inherentemente más frágiles física y eléctricamente que los medidores digitales. Muchos multímetros analógicos cuentan con una posición de interruptor de rango marcada como "apagado" para proteger el movimiento del medidor durante el transporte, lo que coloca una baja resistencia en el movimiento del medidor, lo que resulta en un frenado dinámico. Los movimientos del medidor como componentes separados pueden protegerse de la misma manera conectando un cable de puente o cortocircuito entre las terminales cuando no se usan. Es posible que los medidores que cuentan con una derivación a través del devanado, como un amperímetro, no requieran mayor resistencia para detener los movimientos incontrolados de la aguja del medidor debido a la baja resistencia de la derivación.

El movimiento del medidor en un multímetro analógico de puntero móvil es prácticamente siempre un galvanómetro de bobina móvil del tipo d'Arsonval, que utiliza pivotes enjoyados o bandas tensas para soportar la bobina móvil. En un multímetro analógico básico, la corriente para desviar la bobina y el puntero se extrae del circuito que se mide; suele ser una ventaja minimizar la corriente extraída del circuito, lo que implica mecanismos delicados. La sensibilidad de un multímetro analógico se da en unidades de ohmios por voltio. Por ejemplo, un multímetro de muy bajo costo con una sensibilidad de 1000 Ω/V consumiría 1 mA de un circuito con una desviación de escala completa.Los multímetros más caros (y mecánicamente más delicados) suelen tener sensibilidades de 20 000 ohmios por voltio y, en ocasiones, más altas, con 50 000 ohmios por voltio (consumiendo 20 microamperios a escala completa) siendo el límite superior para un dispositivo portátil, de propósito general, no amplificado. multímetro analógico.

Para evitar la carga del circuito medido por la corriente consumida por el movimiento del medidor, algunos multímetros analógicos utilizan un amplificador insertado entre el circuito medido y el movimiento del medidor. Si bien esto aumenta el costo y la complejidad del medidor, mediante el uso de tubos de vacío o transistores de efecto de campo, la resistencia de entrada puede hacerse muy alta e independiente de la corriente requerida para operar la bobina de movimiento del medidor. Dichos multímetros amplificados se denominan VTVM (voltímetros de tubo de vacío), TVM (voltímetros de transistor), FET-VOM y nombres similares.

Debido a la ausencia de amplificación, los multímetros analógicos comunes suelen ser menos susceptibles a la interferencia de radiofrecuencia y, por lo tanto, siguen ocupando un lugar destacado en algunos campos, incluso en un mundo de multímetros electrónicos más precisos y flexibles.

Sondas

Un multímetro puede usar muchas puntas de prueba diferentes para conectarse al circuito o dispositivo bajo prueba. Las pinzas de cocodrilo, las pinzas de gancho retráctiles y las sondas puntiagudas son los tres tipos más comunes. Las sondas de pinza se utilizan para puntos de prueba poco espaciados, como por ejemplo, dispositivos de montaje en superficie. Los conectores están conectados a conductores flexibles y bien aislados que terminan con conectores apropiados para el medidor. Las sondas se conectan a los medidores portátiles generalmente mediante conectores tipo banana revestidos o empotrados, mientras que los medidores de sobremesa pueden usar conectores tipo banana o conectores BNC. En ocasiones, también se han utilizado tapones de 2 mm y postes de unión, pero hoy en día se utilizan con menos frecuencia. De hecho, las clasificaciones de seguridad ahora requieren conectores banana cubiertos.

Los conectores tipo banana generalmente se colocan con una distancia estandarizada de centro a centro de 3 ⁄ 4 pulgadas (19 mm), para permitir la conexión de adaptadores estándar o dispositivos como multiplicadores de voltaje o sondas de termopar.

Las pinzas amperimétricas se sujetan alrededor de un conductor que transporta una corriente para medir sin necesidad de conectar el medidor en serie con el circuito, o hacer ningún contacto metálico. Los de medición de CA utilizan el principio del transformador; Los medidores de abrazadera para medir corriente pequeña o corriente continua requieren sensores más exóticos, como; Sistemas basados ​​en el efecto Hall que miden el campo magnético invariable para determinar la corriente.

Caracteristicas de seguridad

La mayoría de los multímetros incluyen un fusible, o dos fusibles, que a veces evitan que el multímetro se dañe debido a una sobrecarga de corriente en el rango de corriente más alto. (Para mayor seguridad, se encuentran disponibles cables de prueba con fusibles incorporados). Un error común al operar un multímetro es configurar el medidor para medir resistencia o corriente y luego conectarlo directamente a una fuente de voltaje de baja impedancia. Los medidores sin fusible a menudo se destruyen rápidamente por tales errores; Los medidores fusionados a menudo sobreviven. Los fusibles utilizados en los medidores deben transportar la corriente de medición máxima del instrumento, pero están destinados a desconectarse si un error del operador expone el medidor a una falla de baja impedancia. Los medidores con fusibles inadecuados o inseguros no eran raros; esta situación ha llevado a la creación de las categorías IEC61010 para calificar la seguridad y robustez de los medidores.

Los medidores digitales se clasifican en cuatro categorías según su aplicación prevista, según lo establecido por IEC 61010-1 y repetido por grupos de estándares regionales y de países como el estándar CEN EN61010.

• Categoría I: se utiliza cuando el equipo no está conectado directamente a la red eléctrica
• Categoría II: utilizado en subcircuitos finales de red monofásicos
• Categoría III: se utiliza en cargas instaladas de forma permanente, como paneles de distribución, motores y salidas de electrodomésticos trifásicos.
• Categoría IV: se utiliza en lugares donde los niveles de corriente de falla pueden ser muy altos, como entradas de servicio de suministro, paneles principales, medidores de suministro y equipos primarios de protección contra sobretensiones.

Cada clasificación de categoría también especifica los voltajes transitorios seguros máximos para los rangos de medición seleccionados en el medidor. Los medidores clasificados por categoría también cuentan con protecciones contra fallas de sobrecorriente. En los medidores que permiten la interfaz con computadoras, se puede usar aislamiento óptico para proteger el equipo conectado contra el alto voltaje en el circuito medido.

Los multímetros de buena calidad diseñados para cumplir con los estándares de Categoría II y superiores incluyen fusibles cerámicos de alta capacidad de ruptura (HRC) que normalmente tienen una capacidad de más de 20 A; estos tienen muchas menos probabilidades de fallar explosivamente que los fusibles de vidrio más comunes. También incluirán protección MOV (varistor de óxido de metal) contra sobretensiones de alta energía y protección contra sobrecorriente del circuito en forma de Polyswitch.

Los medidores destinados a pruebas en lugares peligrosos o para uso en circuitos de voladura pueden requerir el uso de una batería especificada por el fabricante para mantener su clasificación de seguridad.

Alternativas DMM

Un multímetro digital electrónico de propósito general de calidad generalmente se considera adecuado para mediciones a niveles de señal superiores a 1 mV o 1 μA, o por debajo de aproximadamente 100 MΩ; estos valores están lejos de los límites teóricos de sensibilidad y son de considerable interés en algunas situaciones de diseño de circuitos. Otros instrumentos, esencialmente similares, pero con mayor sensibilidad, se utilizan para mediciones precisas de cantidades muy pequeñas o muy grandes. Estos incluyen nanovoltímetros, electrómetros (para corrientes muy bajas y voltajes con resistencia de fuente muy alta, como 1 TΩ) y picoamperímetros. Los accesorios para multímetros más típicos también permiten algunas de estas medidas. Tales mediciones están limitadas por la tecnología disponible y, en última instancia, por el ruido térmico inherente.

Fuente de alimentación

Los medidores analógicos pueden medir el voltaje y la corriente utilizando la energía del circuito de prueba, pero requieren una fuente de voltaje interna adicional para las pruebas de resistencia, mientras que los medidores electrónicos siempre requieren una fuente de alimentación interna para hacer funcionar sus circuitos internos. Los medidores portátiles usan baterías, mientras que los medidores de banco generalmente usan la red eléctrica; cualquiera de los arreglos permite que el medidor pruebe los dispositivos. Las pruebas a menudo requieren que el componente bajo prueba esté aislado del circuito en el que está montado, ya que de lo contrario, las rutas de corriente parásita o de fuga pueden distorsionar las mediciones. En algunos casos, el voltaje del multímetro puede encender dispositivos activos, distorsionar una medición o, en casos extremos, incluso dañar un elemento del circuito que se está investigando.