Parte II (Il multimetro digitale)

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1 Il multimetro digitale è uno strumento ad indicazione numerica per la misura in corrente continua delle grandezze elettriche. Lo strumento è essenzialmente un misuratore digitale di tensione continua: contiene un blocco di conversione A/D. Esso viene inoltre corredato di circuiti che consentono di misurare: Tensione continua; Corrente continua; Resistenza; Tensione alternata; Corrente alternata. Il risultato della conversione può essere fornito direttamente all utente umano, previa decodifica decimale o inviato attraverso interfaccia digitale ad un sistema di elaborazione.

2 X Cond. T x ADC M Decoder Drive isualiz. Interfaccia

3 Per realizzare un amperometro (un sistema per la misura dell intensità di corrente) si utilizza un convertitore tensione corrente, ossia una semplice resistenza alimentata dalla corrente da misurare e si applica la legge di Ohm per dedurre il valore della corrente dalla misura della tensione che si stabilisce ai capi della resistenza. RI KI NB: La resistenza introduce un effetto di carico sul circuito sotto misura. Per tale motivo il valore della resistenza deve essere il minore possibile!

4 Per realizzare un ohmetro (un sistema per la misura di resistenza) si utilizza un generatore ideale di corrente che alimenta con una corrente nota e stabile la resistenza incognita. Si misura quindi la tensione che si sviluppa ai capi della resistenza incognita e si applica le alegge di Ohm. RI K ' R

5 I voltmetri numerici sono in grado di eseguire misure anche su segnali periodici. Ciò è possibile utilizzando un convertitore AC-DC che trasforma la tensione alternata in ingresso in una corrispondente tensione continua. Conv. AC/DC ADC M Decoder Drive isualiz. Interfaccia Esistono convertitori a valore di cresta, a valore medio raddrizzato eavalore efficace, a seconda del valore caratteristico del segnale periodico in ingresso stimato. rms p k pk-pk avg

6 Il valore di cresta ( pk o pk-pk ) èilvaloremassimo della tensione o il valore assoluto della differenza tra il valore massimo e il valore minino. Il valore medio raddrizzato ( avg ) èilvaloremedio della forma d onda raddrizzata. avg 1 T T 0 dt t Il valore efficace è la radice quadrata del valore medio del quadrato del valore istantaneo assunto dal segnale. rms 1 T T 0 t 2 dt 1/ 2

7 Fissata la forma d onda, esistono dei fattori numerici che legano i vari parametri tra di loro. Per un segnale sinusoidale si ha: Fattore di Cresta pk ( CF) rms Fattore di rms forma ave Tali fattori cambiano se cambia la forma d onda. Indipendentemente dal parametro misurato, gli strumenti stimano il valore efficace de segnale sinusoidale. L indicazione in uscita è corretta soltanto quando il segnale in ingresso è un segnale sinusoidale.

8 Il successivo elemento del blocco di condizionamento è un attenuatore (partitore). Esso serve, insieme all amplificatore posto a valle a cambiare al portata dello strumento e ad adattare l ampiezza del segnale da convertire alle caratteristiche del convertitore A/D. Infatti per rendere massima la risoluzione della misura è opportuno che il segnale che si invia al convertitore A/D sia superiore a metà del fondo scala del convertitore (e inferiore al suo fondo scala). L amplificatore Sebbene l amplificatore abbia una funzione di condizionamento per difficoltà realizzative esso viene sempre inserito e ha guadagno costante. La variazione di portata si ottiene esclusivamente variando il fattore di attenuazione dell attenuatore posto a valle dell amplificatore stesso

9 Il convertitore digitale analogico Nella misura di tensioni continue in laboratorio il fattore più comune di disturbo è dovuto alla tensione di rete (50HzinEuropae60HznegliUSA). Per limitare l effetto di tale disturbo il convertitore utilizzato è in genere un convertitore a doppia rampa. L elemento metrologicamente importante del convertitore a doppia rampa è il campione interno di tensione di riferimento. E necessario pertanto che esso sia stabile, sia a lungo sia a breve termine. Il costruttore indica l intervallo di tempo entro cui la tensione di riferimento si può ritenere stabile (il suo valore non esce al di fuori di un intervallo dichiarato). Superato tale intervallo è necessario inviare lo strumento(oilcampione)auncentro di taratura SIT per effettuare la verifica di taratura.

10 L interfaccia digitale L uscita del convertitore Digitale/Analogico viene inviata ad un latch che memorizza l ultimo valore di tensione convertito e lo rende disponibile per i circuiti di visualizzazione e interfaccia. L interfaccia può essere di tipo seriale (lenta ed economica)o parallela (veloce ma costosa). L interfaccia viene realizzata, in genere, nel rispetto di standard internazionali. Interfacce generalmente utilizzate per i dispositivi di misura sono: RS-485 IEEE 488 ME XI