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Erros na medida de tensões alternadas (INS005)

Um problema comum que pode ocorrer quando se utiliza um multímetro digital na medida de tensões alternadas é a introdução de erros que afetem os resultados. Como evitar esses erros é fundamental, principalmente se a medida for crítica e o erro justamente tender a mascarar um problema que se está procurando. Baseados em informação técnica da Agilent Technologies preparamos este artigo que trata dos erros que ocorrem na medida de tensões alternadas com multímetros digitais.


Já abordamos em diversos artigos nesta revista a necessidade de se utilizar multímetros True RMS no trabalho com correntes alternadas de modo a serem evitados problemas de erros nas medidas. No entanto, mesmo com multímetros apropriados o uso incorreto do multímetro pode causar problemas que podem ser evitados se soubermos como eles se manifestam.

 


Erros em Modo Comum
Esses erros podem ocorrer se o terminal negativo do multímetro estiver com uma tensão AC acima da tensão de terra. Isso pode ocorrer pelo aparecimento de tensões em modo comum conforme mostra a figura 1.


O que ocorre é que muitos multímetros podem apresentar no seu terminal negativo uma capacitância que carrega o circuito alterando assim as medidas. Assim, leremos tensões diferentes quando o multímetro tem suas pontas de prova invertidas.
O erro associado ao modo comum será tanto maior quanto maior for a tensão medida e quanto maior for sua freqüência. O profissional deve estar atento ao fato, fazendo a medida nos dois sentidos quando desconfiar do resultado.


True RMS
Conforme já explicamos a medida “true rms” está relacionada com o potencial de aquecimento da tensão, ou seja, com a energia efetivamente representada por um sinal que tenha uma determinada forma de onda, conforme mostra a figura 2.


Veja que essa medida é diferente do valor médio que é dado por alguns tipos de multímetros que não levam em conta os picos.
A potência é proporcional ao quadrado do valor RMS medida, independentemente da forma de onda. Na figura 3 temos os valores médios e o que ocorre com o erro de calibração para um multímetro que trabalhe apenas com sinais senoidais.

 



Veja que para sinais senoidais, triangulares e quadrados, o valor AC e AC+DC são iguais já que não existe DC offset, mas para ondas não simétricas como trens de pulsos, as tensões presentes são rejeitadas por um multímetro true RMS.

 


Erros de Fator de Crista
Um conceito errado que existe é o de que “desde que um multímetro AC seja true RMS, sua precisão para formas de onda senoidais se aplica a qualquer forma de onda”. Na realidade, a forma de onda do sinal medido pode afetar dramaticamente a precisão de uma medida.
Podemos definir o “fator de crista” como a relação entre o valor de pico e o valor RMS de uma forma de onda, conforme mostra a figura 4.

 



Para um trem de pulsos, por exemplo, o fator de crista é aproximadamente igual à raiz quadrada do inverso do ciclo ativo. Em geral, quanto maior for o fator de crista, maior será a energia contida nas harmônicas de freqüência mais altas.
Todos os multímetros apresentam erros que são dependentes do fator de crista. Para um multímetro, a equação da figura 5 permite calcular o erro total, levando em conta o erro pelo fator de crista.

 


Erro por Carga AC
Os multímetros representam uma resistência de carga em paralelo com uma capacitância as quais são ligada ao circuito que está sendo medido, conforme mostra a figura 6.

 



A presença da capacitância faz com que a impedância apresentada pelo multímetro dependa da freqüência do sinal que está sendo medido. Tanto maior a freqüência menor a impedância e portanto maior será a carga que o multímetro vai representar. Isso significa que , quanto maior for a freqüência do sinal medido, maior será o erro introduzido pela carga representada pelo instrumento.
Cuidados especiais devem ser tomados quando a medida de tensões de freqüências mais elevadas forem medidas. O uso de cabos de prova de baixa capacitância é fundamental neste caso.

 


Erros na Medida de Sinais de Pequena Intensidade
Quando tensões muito baixas, inferiores a 100 mV são medidas, deve-se tomar cuidado com os erros que ocorrem devido à indução de ruídos.
Um cabo de ponta de prova exposto funciona como uma antena podendo captar ruídos intensos gerados por fontes próximas os quais se sobrepõem à tensão medida, conforme mostra a figura 7.


Para a medida de tensões baixas deve-se tomar cuidado com esses sinais espúrios, se possível usando cabos blindados para as pontas de prova.
Um ponto importante é o sinal que pode ser introduzido no circuito de medida pela própria fonte de alimentação. Uma precaução importante ao se realizar medidas com um multímetro alimentado pela rede de energia é que ele esteja conectado à mesma tomada em que se encontra o aparelho que está sendo analisado. Isso ajuda a minimizar eventuais elos de realimentação por terra, capazes de gerar ruídos que afetam as medidas.
Um recurso interessante que pode ser útil nessas medidas é a ligação de um capacitor em paralelo com a entrada do multímetro para diminuir sua impedância em relação ao ruído. O valor correto do capacitor usado deve ser obtido experimentalmente.



Erros devido à Temperatura
As características de um multímetro variam com a temperatura. Mesmo mantendo o equipamento num único ambiente, com o funcionamento a temperatura de seus componentes se eleva, causando modificações no seu comportamento. Correntes de offset podem aparecer em pontos críticos do circuito, afetando as medidas.
É claro que as variações que ocorrem são muito baixas, conforme especificado para a maioria dos multímetros, mas elas devem ser levadas em conta em determinadas condições de operação do equipamento.


Conclusão
Não basta ter o melhor multímetro para o seu trabalho. A introdução de erros numa medida também depende do operador e das condições em que a medida é realizada.
O profissional que usa um multímetro digital deve estar atento para esse fato e procurar saber até que ponto o modo que ele está usando o multímetro não está levando-o a resultados enganosos. Esteja atento e leve em conta que, se o instrumento é bom, o operador não é infalível e podem existir fatores externos importantes influindo na medida.

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