La misura di tensione

La misura di tensione in un circuito elettrico, si esegue collegando lo strumento, in questo caso chiamato voltmetro, in derivazione ai punti di misura, rispettando le polarità per lo strumento, ed avendo cura di scegliere la giusta portata, conoscendo il valore (il suo ordine di grandezza) della tensione da misurare; in caso contrario è sempre conveniente selezionare la portata maggiore disponibile sullo strumento, ed una volta individuato il valore, si scende su una portata prossima per “apprezzare” meglio la misura.

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misura tensione dc.jpg

La lettura della rispettiva tensione andrà riferita alla scala in nero contrassegnata con V-mA. Il multimetro,o meglio il microamperometro esegue una misura di intensità di corrente, ma considerando costante il valore della suaresistenza interna r_s, è possibile ottenere un’indicazione in tensione. Indicando con I_fs il valore dell’intensità di corrente di fondo scala, e con rs la resistenza interna dello strumento il valore della tensione di fondo scala secondo la legge di ohm vale

dove S è la sensibilità dello strumento, inversamente

Se si vuole eseguire una misura di tensione con un microamperometro di sensibilità S e resistenza interna rs prefissate,secondo la relazione

che definisce il valore di fondo scala che si dovrà considerare come “portata” nella misura, nella pratica però il campo di misure è vasto, per cui occorreranno portate diverse,mantenendo al contempo un elevata sensibilità per non caricare il circuito sotto misura.
Pertanto sipotrà modificare il valore di V_fs variando r_s (S è una costante del microamperometro) disponendo in serie al microamperometro dei resistori addizionali,in modo che per una generica portata di fondo scala V_fsi,il resistore addizionale R_si:

Si era detto che quando si misura una tensione lo strumento non debba caricare il circuito sotto misura,questo perchè lo strumento assorbe una quantità di corrente che dovrà essere minima, e perché questo sia possibile occorre che il valore di sensibilità S sia elevato.

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Resistore R₂ con due strumenti di diversa sensibilità.
Il primo strumento ha una sensibilità S= 20000 Ω/V,nella portata 10 V ha una resistenzainterna R_i=200kΩ,senza il voltmetro connesso ai capi di R₂ ai capi della stessa la caduta di tensione ha un valore di 5V e l’intensità di corrente è pari a 0,5 mA, inserendo il voltmetro in derivazione al resistore R₂, nei punti A e B avremo:

e la tensione che lo strumento misura in A B sarà

quindi con l’inserimento dello strumento si ha un errore di 0,16 V rispetto al valore teorico di 5V

Il secondo strumento ha una sensibilità S=5000 Ω/V,nella portata 10 V ha una resistenza interna R_i

inserendo il voltmetro in AB il valore della resistenza in quei punti diventa:

e la tensione in AB vale:

con un errore di 0,42 V rispetto al valore teorico di 5 V. Pertanto la sensibilitàTesto in corsivo dello strumento incide in maniera significativa la misura.

Le misure di intensità di corrente

(o assorbimento) in un circuito si eseguono collegando lo strumento,in questo caso chiamato amperometro, in serie al circuito in misura,interrompendo il circuito.
Idealmente si vorrebbe non alterare il circuito,ma in pratica non è così in quanto si introduce una resistenza serie non nulla provocando un errore che sarà tanto maggiore quanto più è elevata la resistenza stessa, stiamo parlando resistenza shunt disposta in parallelo al microamperometro,in maniera tale che una parte dell’intensità di corrente (nota) in misura percorra la resistenza, ed una piccola parte attraversi il microamprometro (che potrà avere così una bassa corrente di fondo scala ovvero elevata resistenza interna).

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misura assorbimento dc.jpg

In questo caso la misura si esegue collegando il puntale nero(negativo)nella boccola contrassegnata con il segno “=” e l’altro puntale rosso(positivo)a seconda della corrente da misurare in una delle boccole nere contrassegnate con "50uA=, 500uA=. 5mA=, 50 mA=, 500mA=. 5A=" , la scala di lettura è quella nera contrassegnata da V mA.

Il resistore di shunt R_da mettere in parallelo al microamperometro di intensità di corrente di fondo scala I_fs e resistenza interna r_s per una generica intensità di corrente I vale

ricavata considerando lo schema

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Ai capi del resistore di shunt deve stabilirsi la medesima differenza di potenziale di fondo scala dello strumento

e lo shunt è percorso dall’intensità di corrente differenza tra quella che circola nel circuito in misura e quella di fondo scala del microamperometro

I = I − I_fs

applicando la legge di ohm si arriva all’espressione vista del resistore shunt. L’utilizzo degli shunt riduce notevolmente la resistenza dell’amperometro, infatti la resistenza totale coincide in genere con quella dello shunt stesso, ma nonostante questo nella misura si introduce comunque un errore.
Misurando l’intensità di corrente nel circuito con un amperometro di intensità di corrente di fondo scala Ifs=1A e resistenza interna R_i=R||r_s circa 0,25 Ω,

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applicando la legge di ohm l’intensità di corrente nel circuito in assenza dell’amperometro è

Inserendo l’amperometro si dovrà tener conto della nuova resistenza inserita (shunt) in serie al circuito, quindi l’intensità di corrente nel circuito sarà

un valore inferiore a quello teorico del circuito.

Riferimenti

• Il multimetro analogico(1)
• FidoCadJ
• Manuale per il laboratorio di misure elettroniche - F.Frascari/ R.Giometti, Ediz.Calderini ’85.
• manuale ICE680G
• Wikipedia:multimetro
  

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