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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.