INFORMAZIONI TECNICHE Strumentazione
 

Criteri di scelta di un multimetro digitale.

Per tutte le cose, sopratutto quelle tecnologiche, il mercato soffre attualmente di eccesso di offerta e di carenza di informazione. Questo vale anche per la strumentazione di misura : si va dal tester digitale 4 cifre da € 8,95 (IVA compresa e tra l' altro neanche da buttar via ...) a quello professionale da € 900,00 e più. Cosa scegliere ?

Come al solito, anche se ai più non sembra cosa logica, va detto che una scelta basata solo sul "quello che costa meno" ha valore solo ed esclusivamente a precise condizioni, senza le quali è solo uno stupido speco di denaro. E, per contro, va pure detto che non ha senso la scelta obbligata di "quello che costa di più" ritenendo che sia sempre la soluzione migliore.

Proviamo,allora, a dare alcuni spunti che potrebbero essere utili per orientarsi.

Innanzitutto bisogna precisare che stiamo parlando di uno strumento di misura, ovvero di un dispositivo che da il valore della grandezza misurata, perchè quel valore mi serve per altre operazioni. E' evidente che se per valutare una lunghezza mi basta una approssimazione, la misura si fa a "spanne" e non serve né un calibro né
tanto meno un micrometro; per contro, se devo realizzare l' ingranaggio di un orologio mi servirà il micrometro e non un doppio decimetro.
Quindi una prima valutazione va fatta sul tipo di misure che si dovranno fare con quello strumento. Ma questo dovrebbe essere già evidente a chiunque si accinga ad acquistare uno strumento.

Così pure è opportuno che lo strumento ed il suo utilizzatore abbiano la stessa "classe" : un principiante non potrà che trovare difficoltà ad usare uno strumento più complesso delle sue conoscenze ed un professionista non saprà cosa farsene di un "coso" ben al di sotto delle sue esigenze.

 
Va considerato, inoltre, un aspetto di cui pochi si rendono conto, ovvero il fatto che, attualmente, la stragrande maggioranza degli strumenti elettronici è di tipo digitale e che, purtroppo, la presenza di tanti bei numerelli a sette segmenti, chiaramente e facilmente leggibili sul display, fa erroneamente supporre che il numero letto sia la "verità assoluta". 
Questa è una delle peggiori illusioni tecnologiche : i display digitali facilitano enormemente la lettura rispetto ai "vecchi" strumenti ad indice, ma NON sono per definizione più precisi ! 

Certamente non c' è più l' errore di lettura da correggere con lo specchio anti parallasse o la necessità di azzerare meccanicamente l' indice , ma, in compenso, ci sono gli errori, altrettanto gravi, se non maggiori, dovuti alle tolleranze dei componenti, alle tarature, alla stessa circuiteria messa in gioco. Pertanto va immediatamente resa priva di ogni fondamento l' equivalenza che uno strumento digitale sia comunque più preciso di uno analogico

Nella valutazione dello strumento digitale saranno da verificare le caratteristiche fornite dal costruttore, quale tipo di errore comportano le varie portate di misura (solitamente espresso in %) e, oltre a questo, il valore dell' errore di lettura fisso (solitamente espresso in quantità di digit). Anche il numero delle cifre è importante per la precisione, ma soprattutto lo è come queste cifre sono pilotate, in quanto averne 4 e 1/2,  di cui gli ultimi tre ballano furiosamente durante la lettura non è molto più utile che averne solo 3 e 1/2, ma stabili e precise.
Ovviamente lo strumento preciso costerà più di uno poco preciso, ma se per il tipo di misure che intendo fare va bene la tolleranza del 3% +/- 8 punti, non c' è ragione per spendere dieci volte di più per acquistare uno strumento con errore dello 0,05% +/- 5 digit . L' importante è che io mi renda conto del fatto che lo strumento che ho in mano non equivale alle Tavole della Legge, ma il numero che mi appare così chiaro può essere affetto da un certo errore.

Come terzo punto, un' altra considerazione che ben pochi si trovano a fare ed è la seguente : quando si parla di misure in corrente alternata, normalmente si sottintende un valore tipico adottato come riferimento, il "valore efficace" (RMS), ovvero il valore che assumerebbe una equivalente grandezza in corrente continua per produrre lo stesso effetto Joule.
Ora, il valore efficace di una grandezza alternata dipende dalla forma d' onda; normalmente noi intendiamo, parlando di "corrente alternata", fare riferimento alla distribuzione dell' energia elettrica che avviene in Europa alla frequenza di 50Hz e con forma d' onda sinusoidale, tipicamente nei circuiti BT alla tensione di 230V per la rete "civile" e 400V per quella industriale (negli USA e in altre parti del mondo la situazione di tensione e frequenza può essere diversa, ma il discorso vale anche lì, dato che il regime dell' onda è comunque sinusoidale).
Anche se abbiamo come dato 230V e forma d' onda sinusoidale, in pratica ci si trova di fronte al fatto che la tensione varia a seconda della qualità della fornitura rispetto ai carichi applicati e la forma d' onda, assai più spesso di quanto si possa supporre si discosta da quella teorica perchè deformata dalle caratteristiche dei circuiti. Da qui la necessità della precisazione "vero" valore efficace (true RMS), ovverosia il reale valore efficace indipendentemente dalla forma dell' onda.

La frequenza non è un fattore determinante (a patto di rimanere nell' ordine di grandezza, si intende) e la misura è funzione della tensione, ma il valore efficace della tensione sinusoidale perfetta è ben diverso da quello di una tensione affetta da armoniche superiori o, peggio ancora, in situazioni dove sono presenti elettronica di potenza o circuiti magnetici importanti.
In generale, si può prescindere da queste considerazioni nell' ambito di uso comune (ad esempio domestico o uffici), dove la deformazione della sinusoide, se presente, è di grandezza tale da non inficiarne più che tanto la qualità, per cui non se ne tiene conto. Però, con questo, non è che non ci sia : non se ne tiene conto e basta.
Ma è assolutamente necessario rendersi coscienti di questo, perchè una misurazione precisa del circuito deve invece tenerne conto, essenzialmente in quelle situazioni in cui la differenza tra valore teorico e reale diventa sensibile.  

Ad esempio, il valere efficace (Veff) di una sinusoide in funzione del valore di picco (Vp) è:

Veff = Vp * 0,707

ma se la forma d' onda è quadra, diventa 

Veff = Vp


il che è ben diverso ! 
La differenza indicata da uno strumento che non tenga conto della forma d' onda diventa allora molto grande, tanto da sballare tutti calcoli successivi fatti utilizzando il risultato di quella misura errata.

Attualmente i classici strumenti analogici (a bobina o ferro mobile), per le misure al di fuori di quadri o laboratori, sono spariti, sostituiti prima da quelli analogici con elettronica integrata e ora da quelli totalmente elettronici/digitali. Questi strumenti sono solitamente calibrati su un valore medio e impiegano semplici circuiti di raddrizzamento a diodi in grado di misurare il vero valore efficace a patto, però, che la forma d'onda sotto misura sia perfettamente sinusoidale. Eventuali distorsioni daranno atto a corrispondenti errori di misura. Questi strumenti di tipo economico NON sono adatti per misure su forme d' onda diverse dalla sinusoide, ad esempio un' onda quadra, a gradini, con armoniche, con componenti di corrente continua, rettificata o commutata da circuiti elettronici, ecc. Inoltre, solitamente questi tester si accoppiano al segnale semplicemente eliminando l' eventuale componente continua nella grandezza da misurare e i circuiti interni di raddrizzamento attenuano progressivamente frequenze superiori al centinaio di hertz.

Strumenti di maggiore qualità utilizzano specifici circuiti integrati per la conversione al vero valore efficace anche per una forma d'onda complessa.  Questi multimetri solitamente dispongono di diverse selezioni dell''accoppiamento al segnale da misurare, ovvero AC, DC e AC+DC, consentendo di valutare anche la presenza di una componente continua nel segnale oppure di rilevarne solo la componente alternata. strumento stesso. La qualità maggiore si ha in strumenti dotati di microprocessori o anche DSP : con queste soluzioni si possono valutare forme d' onda complesse, a patto di rimanere nel range indicato nelle specifiche dello strumento stesso. In sostanza, si definisce una larghezza di banda della grandezza da misurare, che va dalla DC a decine di kiloherz per la strumentazione migliore.

Perchè dare importanza a questo parametro ? Perchè se solitamente nel campo industriale, dove si ha a che fare con motori, trasformatori, forni e simili, la presenza delle armoniche sensibili è dominata dalla terza e quinta (150 e 250Hz), la pressante presenza dell' elettronica di potenza in una grandissima varietà di situazioni fa si che la sinusoide teorica sia solo teorica. Dove si trovano raddrizzatori, switching, parzializzatori di fase, convertitori di frequenza, inverter, ecc, le armoniche salgono oltre la settima e arrivano facilmente nel campo della radiofrequenza. E di questi dispositivi stiamo riempiendo il mondo, dai controlli di velocità dei treni al PC, dall' alimentazione del televisore alla lavatrice; l' elettronica ha la sua parte importante nel trattamento della potenza di alimentazione, della regolazione dei motori, del riscaldamento e raffreddamento, dell' illuminazione. Tanto che l' Europa ha varato stringenti normative (CE) in relazione proprio alla "qualità" della produzione e del consumo di energia elettrica, in funzione sia di un risparmio energetico, sia del contenimento dell' inquinamento elettromagnetico.

Un multimetro che abbia una banda di misura di 50-100Hz sarà adeguato per una misura generica sulla rete Enel, ma darà letture tanto più inesatte quanto più forti saranno le componenti armoniche al di fuori della sua banda.
Si può dare l' indicazione di massima che un buon multimetro digitale dovrebbe avere almeno 1kHz ampiezza di banda.
Ad esempio, prodotti di alta classe, come i Gossen o i Fluke, possono fare misure sui 100kHz e con fattori di cresta di 5, con errori inferiori al 3%.

In conclusione, dovrebbe essere chiaro che se interessa misurare solo se c' è tensione nella presa, se un avvolgimento di un motore è interrotto o distinguere il primario dal secondario di un trasformatore, basta un tester qualunque. Al limite, gli impiantisti ben conoscono gli strumenti a puntale con barre di led che sono ben più pratici e ben più robusti per questo genere di lavori rispetto agli strumenti a display. Se invece devo lavorare su circuiti operazionali, switching, ecc. avrò bisogno di uno strumento con precisione sufficiente. La scelta del "top" della gamma è per chi ne ha realmente bisogno; per gli altri saranno adatte soluzioni meno dispendiose in funzione delle caratteristiche necessarie (anche se è ovvio che una lettura precisa è meglio di una approssimata in ogni caso).  

Quindi, nella scelta di uno strumento digitale, come in ogni altra scelta, d'altronde, è opportuno considerare non solo il costo, ma anche cosa realmente andrà a misurare lo strumento e quali sono i suoi limiti. 
E' chiaro che va sempre proporzionato il rapporto tra il costo e la prestazione. Da un multimetro da € 8,95 non ci si possono certo aspettare le prestazioni di uno da € 900,00, ma se devo valutare tensioni o correnti con la precisione fornibile dell' apparecchio da € 8,95 e devo badare al costo, questa sarà la scelta più corretta.

Quello che è importante è che si sia ben coscienti che quello che leggiamo sul display è vero, ma solo al +/- tot % , entro i limiti delle specifiche dello strumento, al di la dei quali il farne uso è privo di senso.

 


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Aggiornato il 29/09/06.