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Un multímetro (también conocido como voltímetro-ohmímetro-miliamperímetro , voltímetro-ohmímetro o VOM ) [1] es un instrumento de medición que puede medir múltiples propiedades eléctricas. [2] [3] Un multímetro típico puede medir voltaje , resistencia y corriente , [4] en cuyo caso se puede utilizar como voltímetro , ohmímetro y amperímetro . Algunos cuentan con la medición de propiedades adicionales como la temperatura y la capacitancia .
Los multímetros analógicos utilizan un microamperímetro con un puntero móvil para mostrar las lecturas. [5] Los multímetros digitales (DMM) tienen pantallas numéricas y, como resultado, son más precisos que los multímetros analógicos. Los medidores generalmente incluyen sondas que conectan temporalmente el instrumento al dispositivo o circuito bajo prueba y ofrecen algunas características de seguridad intrínsecas para proteger al operador si el instrumento está conectado a voltajes altos que exceden sus capacidades de medición.
Los multímetros varían en tamaño, características y precio. [6] Pueden ser dispositivos portátiles de mano o instrumentos de banco de alta precisión. [7]
Los multímetros se utilizan en operaciones de diagnóstico para verificar el correcto funcionamiento de un circuito o para probar componentes pasivos en busca de valores dentro de la tolerancia de sus especificaciones.
El primer uso atestiguado de la palabra "multímetro" que figura en el Oxford English Dictionary es de 1907. [8]
El primer dispositivo detector de corriente con puntero móvil fue el galvanómetro , de 1820. Se utilizaba para medir la resistencia y el voltaje mediante 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 mecanismo del medidor D'Arsonval-Weston utiliza una bobina móvil que lleva una aguja y gira sobre pivotes o un ligamento tenso. La bobina gira en un campo magnético permanente y está sujeta por finos resortes espirales que también sirven para llevar corriente a la bobina móvil. Proporciona una medición proporcional en lugar de solo detección, y la desviación es independiente de la orientación del medidor. En lugar de equilibrar un puente, los valores se pueden leer directamente en la escala del instrumento, lo que hace que la medición sea rápida y fácil.
El medidor básico de bobina móvil es adecuado únicamente para mediciones de corriente continua, generalmente en el rango de 10 μA a 100 mA. Se adapta fácilmente para leer corrientes más pesadas mediante el uso de derivaciones (resistencias en paralelo con el movimiento básico) o para leer voltaje utilizando 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, posteriormente parte de Westinghouse Brake and Signal Company, a partir de 1927. [9]
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 . [10] Macadie inventó un instrumento que podía medir amperios , voltios y ohmios , por lo que el medidor multifuncional se denominó Avometer . [11] El medidor comprendía un medidor de bobina móvil, voltaje y resistencias de precisión, e interruptores y enchufes para seleccionar el rango.
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 continuo (12, 120 y 600 V u opcionalmente 1200 V) y un rango de resistencia de 10 000 Ω. Una versión mejorada de 1927 aumentó esto a 13 rangos y un movimiento de 166,6 Ω/V (6 mA). 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 sensibilidad dual ofrecía 500 y 100 Ω/V. [12] Entre mediados de la década de 1930 y la de 1950, 1000 Ω/V se convirtió en un estándar de facto de sensibilidad para el trabajo de radio y esta cifra se citaba a menudo en las hojas de servicio. Sin embargo, algunos fabricantes como Simpson, Triplett y Weston, todos en los EE. UU., produjeron multímetros de 20 000 Ω/V antes de la Segunda Guerra Mundial y algunos de ellos se exportaron. Después de 1945-46, 20 000 Ω/V se convirtieron en el estándar esperado para la electrónica, pero algunos fabricantes ofrecieron instrumentos aún más sensibles. Para uso industrial y otros usos de "corriente pesada" se siguieron produciendo multímetros de baja sensibilidad que se consideraban más robustos que los tipos más sensibles.
La Automatic Coil Winder and Electrical Equipment Company (ACWEECO), fundada en 1923, se creó para fabricar el Avómetro y una máquina bobinadora de bobinas también diseñada y patentada por MacAdie. Aunque era accionista de ACWEECO, el Sr. MacAdie continuó trabajando para la Oficina Postal hasta su jubilación en 1933. Su hijo, Hugh S. MacAdie, se unió a ACWEECO en 1927 y se convirtió en Director Técnico. [13] [14] [11] La primera AVO se puso a la venta en 1923, y muchas de sus características permanecieron casi inalteradas hasta el último Modelo 8.
En la década de 1920, se utilizaban ampliamente los medidores de tipo reloj de bolsillo. La caja metálica se conectaba normalmente al polo negativo, lo que provocaba numerosas descargas eléctricas. Las especificaciones técnicas de estos dispositivos eran a menudo rudimentarias; por ejemplo, el que se muestra en la imagen tiene una resistencia de tan solo 25 Ω/V, una escala no lineal y no tiene ajuste a cero en ambos rangos.
Los voltímetros de tubo de vacío o voltímetros de válvula (VTVM, VVM) se utilizaban 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 de seguidor de cátodo , y por lo tanto no cargaba significativamente el circuito que se estaba probando. Los VTVM se utilizaban antes de la introducción de los voltímetros analógicos de transistores y transistores de efecto de campo electrónicos de alta impedancia (FETVOM). Los medidores digitales modernos (DVM) y algunos medidores analógicos modernos también utilizan 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 diseños tempranos) variaba a lo largo de un ciclo de medición interna de muestreo y retención , lo que causaba perturbaciones en algunos circuitos sensibles bajo prueba.
El primer multímetro digital fue fabricado en 1955 por Non Linear Systems. [15] [16]
Se afirma que el primer multímetro digital portátil fue desarrollado por Frank Bishop de Intron Electronics en 1977, [17] lo que en ese momento representó un gran avance para el mantenimiento y la detección de fallas en el campo.
Cualquier multímetro cargará el circuito bajo prueba hasta cierto punto. Por ejemplo, un multímetro que utiliza un movimiento de bobina móvil con una corriente de deflexión de escala completa de 50 microamperios (μA), la sensibilidad más alta disponible comúnmente, debe extraer al menos 50 μA del circuito bajo prueba para que el multímetro alcance el extremo superior de su escala. Esto puede cargar un circuito de alta impedancia tanto como para afectar el circuito, dando así una lectura baja. La corriente de deflexión de escala completa también puede expresarse en términos de "ohmios por voltio" (Ω/V). La cifra de ohmios por voltio a menudo se denomina "sensibilidad" del instrumento. Por lo tanto, un multímetro 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 el multímetro presenta al circuito bajo prueba será de 20.000 Ω multiplicada por el voltaje de escala completa al que está configurado el multímetro. Por ejemplo, si el multímetro está configurado en un rango de 300 V de escala completa, la impedancia del multímetro será de 6 MΩ. 20 000 Ω/V es la mejor (la más alta) sensibilidad disponible para los multímetros analógicos típicos que carecen de amplificadores internos. Para los multímetros que sí tienen amplificadores internos (VTVM, FETVM, etc.), la impedancia de entrada está fijada por el circuito amplificador.
En muchos multímetros se han incluido escalas adicionales, como decibeles , y funciones de medición como capacitancia , ganancia de transistor , frecuencia , ciclo de trabajo , retención de pantalla y continuidad, que hace sonar un timbre cuando la resistencia medida es pequeña. Si bien los multímetros pueden complementarse con equipos más especializados en el kit de herramientas de un técnico, algunos multímetros incluyen funciones adicionales para aplicaciones especializadas (temperatura con una sonda de termopar , inductancia , conectividad a una computadora , lectura del valor medido, etc.).
Los multímetros contemporáneos pueden medir muchos valores. [18] [19] Los más comunes son:
Además, algunos multímetros también miden:
Los multímetros digitales también pueden incluir circuitos para:
Se pueden conectar (o incluir) varios sensores a los multímetros para tomar medidas como:
Un multímetro analógico no amplificado combina un mecanismo de medición, resistencias de rango e interruptores; los VTVM son medidores analógicos amplificados y contienen circuitos activos. Para un mecanismo de medición analógico, el voltaje de CC se mide con una resistencia en serie conectada entre el mecanismo de medición y el circuito bajo prueba. Un interruptor (generalmente rotatorio) permite insertar una mayor resistencia en serie con el mecanismo de medición para leer voltajes más altos. El producto de la corriente de deflexión básica de escala completa del mecanismo y la suma de la resistencia en serie y la propia resistencia del mecanismo, da el voltaje de escala completa del rango. Como ejemplo, un mecanismo de medición que requiere 1 mA para la deflexión de escala completa, con una resistencia interna de 500 Ω, tendría, en un rango de 10 V del multímetro, 9500 Ω de resistencia en serie. [20] Para rangos de corriente analógicos, se conectan derivaciones de baja resistencia acopladas en paralelo con el mecanismo de medición 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 sólo pueden responder al valor medio de la corriente que los atraviesa. Para medir la corriente alterna, que cambia hacia arriba y hacia abajo repetidamente, se inserta un rectificador en el circuito de modo que cada semiciclo 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 pico a pico, suponiendo una forma de onda simétrica. Dado que el valor medio rectificado y el valor cuadrático medio (RMS) de una forma de onda sólo son iguales para una onda cuadrada, los circuitos simples de tipo rectificador sólo se pueden calibrar para formas de onda sinusoidales. Otras formas de onda requieren un factor de calibración diferente para relacionar el valor cuadrático medio y el valor medio. Este tipo de circuito suele tener un rango de frecuencia bastante limitado. Dado que los rectificadores prácticos tienen una caída de tensión distinta de cero, la precisión y la sensibilidad son deficientes a valores bajos de voltaje de CA. [21]
Para medir la resistencia, los interruptores disponen una pequeña batería dentro del instrumento para pasar 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 ponerla 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 resistencia más alta corresponderá a desviaciones 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 se desacopla de la selección de las resistencias en serie y 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 amplificadora, lo que mejora la precisión en el rango bajo.
El movimiento del medidor en un multímetro analógico de aguja móvil es prácticamente siempre un galvanómetro de bobina móvil del tipo d'Arsonval , que utiliza pivotes con joyas o bandas tensas para sostener la bobina móvil. En un multímetro analógico básico, la corriente para desviar la bobina y la aguja se extrae del circuito que se está midiendo; 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 extraería 1 mA de un circuito en una deflexión de escala completa. [22] Los multímetros más caros (y mecánicamente más delicados) suelen tener sensibilidades de 20 000 ohmios por voltio y, a veces, más altas, siendo 50 000 ohmios por voltio (que consumen 20 microamperios a escala completa) aproximadamente el límite superior para un multímetro analógico portátil, de uso general y no amplificado.
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 del movimiento del medidor. Estos multímetros amplificados se denominan VTVM (voltímetros de tubo de vacío), [23] TVM (voltímetros de transistor), FET-VOM y nombres similares.
Los multímetros analógicos son intuitivos, ya que la tendencia de una medición es más importante que un valor exacto obtenido en un momento determinado. Un cambio en el ángulo o en una proporción es más fácil de interpretar que un cambio en el valor de una lectura digital. Por este motivo, algunos multímetros digitales tienen además un gráfico de barras como segunda pantalla, normalmente con una frecuencia de muestreo más rápida que la utilizada para la lectura principal. Estos gráficos de barras de rápida frecuencia de muestreo tienen una respuesta superior a la del puntero físico de los multímetros analógicos, lo que hace obsoleta la tecnología anterior. Con CC, CA o una combinación de ambas que fluctúan rápidamente, los multímetros digitales avanzados pueden rastrear y mostrar las fluctuaciones mejor que los medidores analógicos, al tiempo que tienen la capacidad de separar y mostrar simultáneamente los componentes de CC y CA. [24]
Debido a la ausencia de amplificación, los multímetros analógicos comunes suelen ser menos susceptibles a la interferencia de radiofrecuencia y, por lo tanto, continúan teniendo un lugar destacado en algunos campos incluso en un mundo de multímetros electrónicos más precisos y flexibles. [25]
Los movimientos de los multímetros analógicos son inherentemente más frágiles física y eléctricamente que los digitales. Muchos multímetros analógicos cuentan con una posición de interruptor de rango marcada como "apagado" para proteger el movimiento del multímetro durante el transporte, lo que genera una baja resistencia en el movimiento del multímetro, lo que da como resultado un frenado dinámico . Los movimientos del multímetro como componentes separados se pueden proteger de la misma manera conectando un cable de cortocircuito o puente entre los terminales cuando no se utilizan. Los multímetros que cuentan con una derivación a lo largo del devanado, como un amperímetro, pueden no requerir una resistencia adicional para detener los movimientos incontrolados de la aguja del multímetro debido a la baja resistencia de la derivación.
Varios fabricantes, entre ellos Chauvin Arnoux (Francia), Gossen Metrawatt (Alemania) y Simpson and Triplett (EE. UU.), siguen fabricando multímetros analógicos de alta calidad. [ cita requerida ]
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, normalmente se hace pasar una pequeña corriente constante a través del dispositivo bajo prueba y el multímetro digital lee la caída de tensión resultante; esto elimina la compresión de escala que se encuentra en los medidores analógicos, pero requiere una fuente de corriente precisa. Un multímetro digital con rango automático puede ajustar automáticamente la red de escala para que los circuitos de medición utilicen toda la precisión del conversor A/D.
En un multímetro digital, la señal que se está probando se convierte en tensión y un amplificador con ganancia controlada electrónicamente preacondiciona 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 incorporada , que brinda una gran cantidad de funciones prácticas. Las mejoras de medición disponibles incluyen:
Los multímetros modernos pueden interconectarse 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 multímetros digitales pueden almacenar mediciones y cargarlas a una computadora. [31]
Un multímetro puede utilizar muchas sondas 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 muy espaciados, como por ejemplo dispositivos de montaje en superficie . Los conectores están unidos a cables flexibles y bien aislados terminados con conectores apropiados para el medidor. Las sondas se conectan a medidores portátiles generalmente mediante conectores tipo banana cubiertos o empotrados , mientras que los medidores de sobremesa pueden utilizar conectores tipo banana o conectores BNC . Los conectores de 2 mm y los postes de conexión también se han utilizado en ocasiones, pero hoy en día se utilizan con menos frecuencia. De hecho, las clasificaciones de seguridad ahora requieren conectores tipo banana cubiertos.
Los conectores banana generalmente se colocan con una distancia de centro a centro estandarizada de 3 ⁄ 4 in (19 mm), para permitir que se conecten adaptadores o dispositivos estándar, como multiplicadores de voltaje o sondas de termopar.
Los amperímetros de pinza se colocan alrededor de un conductor que lleva una corriente para medir sin necesidad de conectar el amperímetro en serie con el circuito o hacer contacto metálico alguno. Los amperímetros de pinza para medir corriente alterna utilizan el principio del transformador; los amperímetros de pinza para medir corrientes pequeñas o corrientes continuas requieren sensores más exóticos, como sistemas basados en el efecto Hall que miden el campo magnético invariable para determinar la corriente.
Los medidores analógicos pueden medir voltaje y corriente utilizando la energía del circuito de prueba, pero requieren una fuente de voltaje interna adicional para la prueba de resistencia, mientras que los medidores electrónicos siempre requieren una fuente de alimentación interna para hacer funcionar sus circuitos internos. Los medidores portátiles utilizan baterías, mientras que los medidores de banco generalmente utilizan la red eléctrica; cualquiera de las dos configuraciones permite que el medidor pruebe 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, distorsionando una medición o, en casos extremos, incluso dañar un elemento en el circuito que se está investigando.
La mayoría de los multímetros incluyen un fusible o dos fusibles, que a veces evitarán daños al multímetro por una sobrecarga de corriente en el rango de corriente más alto. (Para mayor seguridad, hay cables de prueba con fusibles incorporados disponibles). 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 fusibles a menudo se destruyen rápidamente por tales errores; los medidores con fusibles 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 poco comunes; 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 la norma IEC 61010-1 [32] y reflejado por grupos de normas nacionales y regionales como la norma CEN EN61010. [33]
Cada clasificación de categoría también especifica voltajes transitorios máximos seguros para rangos de medición seleccionados en el medidor. [34] [35] Los medidores clasificados por categoría también cuentan con protecciones contra fallas de sobrecorriente. [36] En los medidores que permiten la interconexión con computadoras, se puede utilizar aislamiento óptico para proteger el equipo conectado contra alto voltaje en el circuito medido.
Los multímetros de buena calidad diseñados para cumplir con los estándares de la categoría II y superiores incluyen fusibles cerámicos de alta capacidad de ruptura (HRC) con una capacidad nominal de más de 20 A; estos tienen muchas menos probabilidades de fallar de manera explosiva que los fusibles de vidrio más comunes. También incluirán protección contra sobretensiones de alta energía MOV ( varistor de óxido metálico ) y protección contra sobrecorriente del circuito en forma de Polyswitch . [ cita requerida ]
Los medidores diseñados para realizar pruebas en lugares peligrosos o para usarse en circuitos de voladuras pueden requerir el uso de una batería especificada por el fabricante para mantener su clasificación de seguridad. [ cita requerida ]
La resolución de un multímetro es la parte más pequeña de la escala que se puede mostrar, la cual depende de la escala. En algunos multímetros digitales se puede configurar, y las mediciones con una resolución más alta 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 precisión relativa. Para calcular la precisión absoluta a partir de la precisión relativa de un multímetro, sume la precisión absoluta del dispositivo utilizado para calibrar el multímetro a la precisión relativa del multímetro. [37]
La resolución de un multímetro suele especificarse en la cantidad de dígitos decimales que se resuelven y se muestran. Si el dígito más significativo no puede aceptar todos los valores de 0 a 9, generalmente se lo denomina dígito fraccionario, lo que genera confusión. Por ejemplo, se dice que un multímetro que puede leer hasta 19999 (más un punto decimal incorporado) 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), se puede llamar tres cuartos de dígito. Un 5+Un multímetro de 1/2 dígito mostraría un "medio dígito" que solo podría mostrar 0 o 1, seguido de cinco dígitos que tomarían todos los valores de 0 a 9. [38] Un multímetro de este tipo podría mostrar valores positivos o negativos de 0 a 199999. Un multímetro de 3+Un multímetro de 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 se acompañan 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 excede la precisión , un multímetro puede ser útil para comparar mediciones. Por ejemplo, una lectura de medidor de 5+1 ⁄ 2 dígitos estables pueden indicar que una resistencia nominal de 100 kΩ es aproximadamente 7 Ω mayor que otra, aunque el error de cada medición es del 0,2 % de la lectura más el 0,05 % del valor de escala completa. Especificar "conteos de visualización" es otra forma de especificar la resolución. Los conteos de visualización dan el número más grande, o el número más grande más uno (para incluir la visualización de todos los ceros) que la pantalla del multímetro puede mostrar, ignorando el separador decimal . Por ejemplo, un 5+Un multímetro de 1/2 dígito también se puede especificar como un multímetro con un conteo de pantalla de 199999 o de 200000. A menudo, el conteo de pantalla se denomina simplemente "conteo" en las especificaciones del multímetro. La precisión de un multímetro digital se puede indicar en forma de dos términos, como "±1 % de la lectura + 2 conteos", lo que refleja las diferentes fuentes de error en el instrumento. [39]
Los medidores analógicos son diseños más antiguos, pero a pesar de haber sido técnicamente superados por los medidores digitales con gráficos de barras, aún pueden ser preferidos [ ¿según quién? ] por ingenieros [ ¿cuáles? ] y solucionadores de problemas. [ ¿investigación original? ] Una razón dada es que los medidores analógicos son más sensibles (o responden) a los cambios en el circuito que se está midiendo. [ cita requerida ] Un multímetro digital muestrea la cantidad que se está midiendo a lo largo del tiempo y luego la muestra. Los multímetros analógicos leen continuamente el valor de prueba. Si hay ligeros cambios en las lecturas, la aguja de un multímetro analógico intentará rastrearlo, a diferencia del medidor digital que tiene que esperar hasta la siguiente muestra, lo que da demoras entre cada lectura discontinua (además, el medidor digital puede requerir adicionalmente un tiempo de estabilización para converger en el valor). El valor de la pantalla digital, a diferencia de 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 condensador que funciona correctamente debe permitir que fluya la corriente cuando se aplica voltaje, luego la corriente disminuye lentamente hasta 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 de medición de resistencia típico que comprime mucho la escala en los valores de resistencia más altos. Los medidores analógicos económicos pueden tener solo una escala de resistencia, lo que restringe seriamente el rango de mediciones precisas. Por lo general, un medidor analógico tendrá un ajuste de panel 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.
Los multímetros digitales generalmente toman medidas con una precisión superior a la de sus contrapartes analógicas. Los multímetros analógicos estándar miden con una precisión típica de ±3%, [40] 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 de sobremesa convencionales están disponibles con una precisión especificada de mejor que ±0,01%. Los instrumentos de grado de laboratorio pueden tener precisiones de unas pocas partes por millón . [41]
Las cifras de precisión deben interpretarse con cuidado. La precisión de un instrumento analógico generalmente se refiere a la desviación de escala completa; una medición de 30 V en la escala de 100 V de un medidor del 3 % está sujeta a un error de 3 V, el 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 indicada se especifica como la del rango de milivoltios (mV) de CC más bajo 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 menor que la cifra básica de voltios de CC. Las mediciones de CA solo cumplen con la precisión especificada dentro de un rango de frecuencias especificado .
Los fabricantes pueden proporcionar servicios de calibración para que los medidores nuevos puedan comprarse con un certificado de calibración que indique que el medidor ha sido ajustado a estándares trazables, por ejemplo, al Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU. (NIST) u otra organización nacional de estándares .
Los equipos de prueba tienden a descalibrarse con el tiempo y no se puede confiar en la precisión especificada indefinidamente. En el caso de equipos más costosos, los fabricantes y terceros brindan servicios de calibración para que los equipos más antiguos puedan recalibrarse y certificarse. 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 utilizados para mediciones críticas pueden formar parte de un programa de metrología para garantizar la calibración.
Se puede suponer que un multímetro responde de manera "promedio" a las formas de onda de CA, a menos que se indique que es del tipo "verdadero valor eficaz". Un multímetro con respuesta promedio solo cumplirá con su precisión especificada en voltios y amperios de CA para formas de onda puramente sinusoidales. Por otro lado, un multímetro con respuesta de verdadero valor eficaz cumplirá con su precisión especificada en voltios y corriente de CA con cualquier tipo de forma de onda hasta un factor de cresta especificado ; a veces se afirma que el rendimiento de RMS es para medidores que informan lecturas precisas de RMS solo en ciertas frecuencias (generalmente bajas) y con ciertas formas de onda (esencialmente, siempre ondas sinusoidales).
La precisión de voltaje y corriente de CA de un medidor puede tener diferentes especificaciones en diferentes frecuencias.
Cuando se utiliza para medir voltaje, la impedancia de entrada del multímetro debe ser muy alta en comparación con la impedancia del circuito que se está midiendo; 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. Esta suele ser de 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 alta gama generalmente proporcionan una impedancia de entrada mayor a 10 GΩ para rangos menores o iguales a 10 V. Algunos multímetros de alta gama proporcionan >10 Gigaohmios de impedancia a rangos mayores a 10 V. [37] 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, a la tensión máxima del rango, la corriente total necesaria para desviar el movimiento del medidor se toma del circuito bajo prueba. Los movimientos del medidor con menor sensibilidad son aceptables para realizar pruebas en circuitos donde las impedancias de fuente son bajas en comparación con la impedancia del medidor, por ejemplo, circuitos de potencia; estos medidores son más resistentes mecánicamente. Algunas mediciones en circuitos de señal requieren movimientos con mayor sensibilidad para no cargar el circuito bajo prueba con la impedancia del medidor. [42] [43]
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. [43]
En el caso de 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 de corriente. Los multímetros diseñados para uso "eléctrico" (de red) en lugar de uso en ingeniería electrónica general normalmente prescindirán de 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 en 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 cables donde dos sondas suministran el voltaje de la fuente y las otras toman la medición. 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 de la 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 600 voltios, 10 amperios o 100 megaohmios pueden requerir un instrumento de prueba especializado.
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 a medir 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 dependiendo del rango que establezca el medidor, ya que los diferentes rangos generalmente usan diferentes resistencias de derivación. [44] El voltaje de carga puede ser significativo en áreas de circuitos de muy bajo voltaje. Para verificar su efecto en la precisión y en el funcionamiento del circuito externo, el medidor se puede cambiar a diferentes rangos; la lectura de corriente debe ser la misma y el funcionamiento del circuito no debe verse afectado si el voltaje de carga no es un problema. Si este voltaje es significativo, se puede reducir (reduciendo también la precisión y exactitud inherentes de la medición) utilizando un rango de corriente más alto.
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 cuadrático medio (RMS) calculado para una forma de onda sinusoidal ; esto dará lecturas correctas para la corriente alterna tal como 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 cuadrático medio (RMS) correcto. Los multímetros más costosos incluyen un convertidor de CA a CC que mide el valor RMS real de la forma de onda dentro de ciertos límites; el manual del usuario del medidor puede indicar los límites del factor de cresta y la frecuencia para los cuales es válida la calibración del medidor. La detección RMS es necesaria para mediciones en formas de onda periódicas no sinusoidales , como las que se encuentran en señales de audio y variadores de frecuencia .
Un multímetro digital electrónico de uso general de calidad se considera generalmente adecuado para mediciones a niveles de señal superiores a 1 mV o 1 μA, o inferiores a unos 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 mediciones. Dichas mediciones están limitadas por la tecnología disponible y, en última instancia, por el ruido térmico inherente .
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