Multimetro

Multimetro edo polimetroa —tester izenarekin ere ezagutua— hainbat magnitude elektriko neurtu ditzakeen neurgailu elektroniko bat da.

Multimetroak voltmetroa —tentsioak neurtzeko—, amperemetroa —korronte elektrikoak neurtzeko—, eta ohmmetroa —erresistentzia elektrikoa neurtzeko— batzen ditu gailu berean. Neurketak korronte zuzenean edo korronte alternoan egin daitezke. Hauetaz gain multimetro batzuk beste funtzio batzuk barneratu ditzakete.

Multimetroak analogikoak edo digitalak izan daitezke. Multimetro analogikoek orratz baten bidez erakusten dute neurtutako balioa. Orratz hau neurtu daitezkeen magnitude desberdinak erakusten dituen eskala kalibratu baten gainean mugitzen da. Multimetro digitalek irakurritako balioa zenbakietan erakusten dute bistaratze-pantaila batetan, eta batzuk neurtutako balioaren luzera proportzionala duen barra bat erakutsi dezakete. Gaur egun multimetro digitalak askoz arruntagoak dira, baina kasu batzuetan oraindik analogikoak egokiagoak dira, era azkarrean aldatzen den balio bat irakurri nahi denean, adibidez.

Multimetroak eramangarriak izan daitezke, akatsak aurkitzeko edo kanpo-lanetarako egokiak, edo mahaigainekoak, zeinak zehaztasun maila oso altuaz neurtzera heldu daitezkeen. Industriako eta etxeko gailu sorta zabal baten arazo elektrikoak konpontzeko erabil daitezke: ekipamendu elektronikoak, motorren kontrolak, etxetresnak, elikadura iturriak eta kableatuak, adibidez.

Korronte elektrikoa detektatzen zuen lehen orratz mugikordun gailua galbanometroa izan zen, 1820an. Galbanometroak erresistentzia eta tentsioa neurtzeko erabiltzen ziren, Wheatstone zubi bat erabiliz eta balio ezezaguna erreferentziazko tentsio edo erresistentzia batekin konparatuz. Laborategian erabilgarriak ziren, baina kanpo-lanetan geldoak eta ez-praktikoak ziren. Galbanometro hauek tamaina handikoak eta delikatuak ziren.

D'Arsonval/Weston galbanometroak bobina mugikor bat erabili zuen neurketa proportzional bat emateko, detekzio soilaren aldean, eta iman finko batzuk barneratu zituen, deflexioa gailuaren orientazioarekiko independentea izan zedin. Shunt erresistentziak gehituta mugimendu batekin korronte eta tentsio maila bat baino gehiago neurtu zitezkeen.

Multimetroak 1920ko hamarkadaren hasieran asmatu ziren, irrati-hargailuak eta beste huts balbuladun gailu elektroniko batzuk arruntak bilakatzen ziren heinean. Lehen multimetroaren ustezko asmatzailea Donald Macadie da, zeina telekomunikazio zirkuituen mantentze lanetarako hainbat gailu eraman behar izanarekin ez zegoen pozik.^[1] Macadiek ampereak, voltak eta ohmak neurtu zitzakeen gailua asmatu zuen. Gailuak AVO edo Avometer izena hartu zuen. Neurgailuak bobina mugikorra, doitasunezko erresistentziak eta neurketa maila hautatzeko etengailuak zituen.

Macadiek bere asmakizuna Automatic Coil Winder and Electrical Equipment Companyri (ACWEEC, ~1923an sortua) saldu zion.^[2] Lehen AVOa 1923an jarri zen salmentan.

1920ko hamarkadan sakelako multimetroak hedatu ziren, Avometroak baino prezio askoz merkeagoan. Metalezko kaxa normalean konexio negatibora konektatzen zen, eta honek deskarga elektriko ugari eragin zituen. Gailu hauen espezifikazioak baldarrak ziren askotan (irudiko sakelako multimetroak, adibidez, 33 ohm/volteko erresistentzia baino ez zuen, eskala ez-lineala eta ez zeukan zero-doitzerik).

Neurgailu guztiek neurtzen hari diren zirkuitua kargatuko dute neurriren batean. Adibidez, eskala osoan 50 mikroampereko korrontea neurtzen duen multimetro batek, orokorrean eskuragarri dagoen sentsibilitate handiena, gutxienez 50 mikroampere desbideratuko ditu zirkuitutik deflexio osoan. Honek inpedantzia altuko zirkuitu bat neurketan eragiteko beste kargatu dezake, eta erreala den baino irakurketa txikiago bat eman.

Huts-hodiko voltmetroak -VTVM- inpedantzia elektriko altua behar zen zirkuituetan neurketak egiteko erabili ziren. Huts-hodiko voltmetroak 1 megaohm edo gehiagoko sarrera inpedantzia finkoa zuen, eta ez zuen neurtutako zirkuitua era esanguratsuan kargatzen. Huts-hodiko voltmetroak inpedantzia handiko transistoredun eta eremu-efektuko transistore -FET- voltmetroen sarreraren aurretik erabili ziren. Neurgailu digital modernoek eta neurgailu analogiko moderno batzuk sarrera inpedantzia handiak lortzeko zirkuitu elektronikoak erabiltzen dituzte; hauen tentsio mailak huts-hodiko voltmetroen parekoak dira.

Multimetro askotan funtzio eta eskala gehigarriak barneratu dira: kapazitantzia, transistorearen irabazia, maiztasuna, eta lan zikloaren neurketa, balioa pantailan geldik eustea, eta neurtutako erresistentzia txikia denean soinu bat ateratzen duten burrunbagailuak adibidez. Batzuetan funtzio espezializatuak ere gehitu dira: tenperatura neurgailua termopare baten bitartez, induktantzia neurgailua, ordenagailuaren konexotasuna, neurtutako balioaren ahoskatzea, eta abar.

Multimetro analogikoa hainbat neurketa egin ditzakeen tresna da; neurketa desberdinak egiteko galbanometro oso sentsible batean oinarritzen da. Magnitude elektriko bakoitza neurtzeko, galbanometroa zirkuitu elektriko jakin batekin osatzen da. Magnitudearen neurketa galbanometroaren ezaugarri biren araberakoa izango da: barne-erresistentzia (R_i) eta sentsibilitatea. Azken honen arabera, galbanometrotik igarotzen den korronte elektrikoak neurgailuaren orratza eskalan zehar mugiaraziko du.

Galbanometroaz gain, multimetroak hurrengo elementuak ditu:

• Eskala: neurtzen diren magnitude desberdinak agertzen diren eskala anitz bat, zeinetatik orratz bakarra mugitzen den. Bertan neurtutako magnitudearen balioa irakurri daiteke.
• Konmutagailua: Kommutadorearen bitartez multimetroaren magnitude eta neurri maila desberdinen hartean erabili nahi dena hautatzen da. Kommutadoreak kasu bakoitzerako erabili behar den barne-zirkuitua konektatuko du galbanometroarekin.
• Borneak: borne elektriko bi edo gehiago, hauen bitartez multimetroa neurtu nahi dugun zirkuitura konektatu daiteke. Borneek kolore desberdinak izaten dituzte konexioak era egokian egitea errazteko.

Neurketak korronte zuzenean egiten direnean, kolore gorriko bornea potentzial elektriko handiari dagokio (+), eta kolore beltzeko bornea potentzial elektriko txikiari (-). Aldameneko zirkuitu-diagraman, korronte zuzeneko neurketak egiteko zirkuituaren ezkerreko borneak erabiltzen dira. Bertan borneen polaritatea ikusi daiteke. Korronte alternoko neurketak egiteko eskuineko borneak erabiltzen dira. Korronte alternoan neurketa egin aurretik korrontea artezgailu batetik pasarazten da, eta galbanometroak korronte arteztua neurtzen du, ezin bat du korronte alternoa zuzenean neurtu.

Polimetroak pila bat dauka, magnitude pasiboak -erresistentziak- neurtu ahal izateko. Erresistentzien neurketarako zero-doitzea ere badauka.

Ondoren polimetroaren oinarrizko hiru funtzioen -amperemetro, voltmetro eta ohmmetro- zirkuituak azaltzen dira. Amperemetro eta voltmetro funtzioei dagozkien azalpenak, korronte zuzeneko neurketak egiteko, berdin balio dute korronte alternoko neurketentzat, behin korrontea arteztuta -korrontea ondoko irudiko eskuinaldean ikusten den artezgailutik pasaraziz-.

Polimetroak amperemetro funtzioa betetzeko, ${\displaystyle R_{S}}$ erresistentzia bat -shunt erresistentzia- galbanometroarekin paraleloan konektatzen da. ${\displaystyle {R_{S}}}$-ren balioa, orratzak eskala-fondora heltzeko behar duen hautatutako ampere kopuruaren araberakoa izango da.

Neurketa maila desberdinak -eskala-fondo desberdinak- lortzeko shunt erresistentzia bi edo gehiago erabiltzen dira. Multimetroaren kommutadorean neurketa-maila bakoitzarentzat posizio bat egongo da, dagokion ${\displaystyle {R_{S}}}$ erresistentzia hautatuko duena. Adibidez, 10 miliampere, 100 miliampere eta 1 ampereko eskalak dituen multimetroak balio egokidun hiru ${\displaystyle {R_{S}}}$ erresistentzien artean hautatzeko aukera izango du kommutadorean. Korronte handietarako -10 ampere edo handiagoak adibidez- multimetroak borne independenteak izaten ditu, fusible batekin babestuta.

${\displaystyle R_{S}}$ balioa lortzeko: ${\displaystyle I=I_{i}+I_{s}}$
non ${\displaystyle I}$ neurtu nahi den balio maximoa -eskala-fondoa-, ${\displaystyle I_{i}}$ galbanometrotik igarotzen den korrontea, eta ${\displaystyle I_{s}}$ shunt erresistentziatik igarotzen den korrontea diren.

Galbanometroan eta shunt erresistentzian tentsio-jauskerak berdinak dira. Ohmen legeagatik, ${\displaystyle I_{s}\,R_{s}=I_{i}\,R_{i}}$

${\displaystyle I_{s}}$ ordezkatu, eta ${\displaystyle R_{S}}$ askatzen da:

${\displaystyle R_{s}={\frac {I_{i}\,R_{i}}{I-I_{i}}}}$

Ekuazio honekin, kanpoko zirkuituan ${\displaystyle I}$ miliampereko korrontea dagoenean, galbanometrotik ${\displaystyle I_{i}}$ miliampereko korrontea pasatzeko behar den ${\displaystyle R_{s}}$ balioa kalkulatzen da.

Polimetroak voltmetro funtzioa betetzeko, ${\displaystyle R_{v}}$ erresistentzia bat galbanometroarekin seriean konektatzen da. ${\displaystyle R_{v}}$ -ren balioa, orratzak eskala-fondora heltzeko behar duen hautatutako volt kopuruaren araberakoa izango da.

Polimetroaren kommutadoreak tentsio neurketa maila bakoitzarentzat -eskala-fondo bakoitzarentzat- posizio bat izango du, dagokion ${\displaystyle R_{v}}$ erresistentzia hautatuko duena.

Adibidez, 10 volt, 20 volt, 100 volt eta 200 volteko eskalak dituen multimetroak balio egokidun lau ${\displaystyle R_{v}}$ erresistentzien artean hautatzeko aukera izango du kommutadorean.

${\displaystyle R_{v}}$ balioa lortzeko: ${\displaystyle V=I_{i}\,(R_{i}+R_{v})}$

non ${\displaystyle V}$ neurtu nahi den balio maximoa -eskala-fondoa-, ${\displaystyle I_{i}}$ galbanometroak eskala-fondora heltzeko behar duen korrontea eta ${\displaystyle R_{i}}$ galbanometroaren barne erresistentzia diren.

Hemendik ${\displaystyle R_{v}}$ askatu daiteke:

${\displaystyle R_{v}={\frac {V}{I_{i}}}-R_{i}}$

Polimetroak ohmmetro funtzioa betetzeko pila bat dauka, zeinak korronte bat igaro arazten duen neurtu beharreko erresistentziatik eta galbanometrotik.

Neurketa zirkuitua osatzen duten elementuak ${\displaystyle E}$ indar elektroeragiledun eta ${\displaystyle r_{i}}$ barne erresistentziadun pila, zeroa doitzeko ${\displaystyle R_{p}}$ erresistentzia aldagarria, ${\displaystyle R_{i}}$ barne erresistentziadun galbanometroa eta ${\displaystyle R_{p}^{'}}$ babes erresistentzia dira, denak seriean konektatuta.

Lehenengo zeroa doitu behar da: honetarako neurgailuaren terminalak zirkuitu-laburrean konektatzen dira -0 Ω erresistentzia- eta doitze erresistentzia aldagarria erabiliz orratza eskalako 0 Ω posiziora eramaten da. Posizio hau eskalaren eskuinaldean dago, terminalak zirkuitu laburrean daudenean galbanometrotik korronte maximoa igarotzen baita. Terminaletan neurtu nahi den ${\displaystyle R}$ erresistentzia konektatzen denean korrontea gutxitu egingo da eta orratza ezkerrerantz mugituko da. Beraz, erresistentzien eskala eskuinetik ezkerrera handiagotzen da (ikusi argazkia).

Terminalak zirkuitu-laburrean konektatzen direnean eta ${\displaystyle R_{p}}$ erresistentzia aldagarria 0 posizioan doitu, zirkuitutik igarotzen den ${\displaystyle I_{i}}$ korrontea hurrengoa da:

${\displaystyle E=I_{i}\,(R_{i}+r_{i}+R_{p}+R'_{p})}$

${\displaystyle R}$ neurtu nahi den erresistentzia konektatzerakoan, ${\displaystyle I}$ korronte berria hurrengoa da:

${\displaystyle E=I\,(R_{i}+r_{i}+R_{p}+R'_{p}+R)}$

non ${\displaystyle I<I_{i}\,}$

Aurreko ekuazio biak elkartuta, ${\displaystyle R}$-ren balioa ateratzen da:

${\displaystyle R={\frac {E}{I}}-{\frac {E}{I_{i}}}}$

Erresistentzia eta korrontearen arteko erlazioa alderantzizkoa izaterakoan, erresistentzien eskala eskuinetik ezkerrera handitzen da -korronte eskalaren alderantziz-. Aurreko ekuazioaren beste ondorio bat, erresistentzien eskala ez-lineala dela da; korrontea zerora hurbiltzen den neurrian -${\displaystyle R}$ erresistentziaren balio handiak- errorea handiagoa izango da.

Multimetro modernoak askotan digitalak dira, beraien zehaztasun eta iraunkortasunagatik, eta funtzio gehigarriengatik. Multimetro digitaletan neurtu beharreko seinalea tentsiora bihurtzen da, eta irabazi automatikodun anplifikagailu batek seinalea aurre-egokitu egiten du, balioa irakurriko duen bihurgailu analogiko/digitalak bere erresoluzio osoa erabili dezan. Behin seinalea digitalizatuta neurtutako balioa pantailan erakusten da, zenbakitan.

Multimetro digital modernoek prozesagailu txertatuak barneratu ahal dituzte, eta funtzio gehigarri ugari barneratu. Adibide batzuk hurrengoak dira:

• Maila hautatze automatikoa (Auto-ranging): neurtu nahi den balioarentzat neurketa maila egokia hautatzen da, pantailan zenbaki adierazgarrienak erakutsiz —pantailan 1.234 erakusteko, 0.012ren ordez, adibidez—. Funtzio hau duten multimetroak orokorrean maila mantentzeko aukera daukate, mugan dagoen balio batek ez dezan pantailan mailen arteko dantza bat erakutsi.
• Polaritate automatikoa (Auto-polarity): korronte zuzeneko neurketetan, neurtutako tentsioa positiboa den —multimetroaren terminal positiboa potentzial handiagoko puntuan konektatuta dagoen— edo negatiboa den —multimetroaren terminal positiboa potentzial txikiagoko puntuan konektatuta dagoen— erakusten du.
• Irakurri eta mantendu (Sample and hold): azken neurketaren balioa pantailan mantentzen da polimetroa zirkuitutik deskonektatu ondoren.
• Neurtutako balioaren irudikapen grafikoa, barra eran. Era azkarrean aldatzen diren balioak jarraitzea errazten du.
• Banda zabalera txikiko osziloskopioa.
• Datu eskuratze sinplea: denbora tarte baten balio maximo eta minimoa neurtzeko aukera, edo tarte zehatz batzuetan hainbat neurketa egin.

Multimetro moderno batzuk ordenagailuekin konektatzeko interfazea daukate, IrDA lotura, RS-232 konektore, USB edo IEEE-488 bus bitartez adibidez. Interfazearen bitartez neurketak egin ahala ordenagailuan gorde daitezke. Multimetro batzuk neurketak gorde eta ordenagailura beranduago igotzeko aukera ematen dute.

Lehen multimetro digitala Non Linear Systemsek fabrikatu zuen 1995ean.

Gaur eguneko multimetroek hainbat magnitude neurtu ditzakete. Ohikoak hurrengoak dira:

• Tentsioa, bai korronte zuzen zein korronte alternoan, voltetan neurtua.
• Korrontea, bai korronte zuzen zein korronte alternoan, amperetan neurtua.
• erresistentzia, ohmetan neurtua.

Hauetaz gain, multimetro batzuk hurrengoak neurtu ditzakete:

• Kapazitantzia, faradaytan neurtua.
• Induktantzia, henrytan neurtua.
• Konduktantzia, siemensetan neurtua.
• Dezibelak.
• Lan zikloa, ehunekotan.
• Maiztasuna, hertzetan neurtua.
• Tenperatura, Celsius edo Fahrenheit gradutan, terminal egokiak erabiliz, askotan termoparea.

Multimetro digitalek hurrengo funtzioentzako zirkuituak ere izan ditzakete:

• Jarraitasun-proba; multimetroaren terminalen artean jarraitasuna badago soinu bat egiten du.
• Diodoen atariko tentsioa.
• Transistoreen korronte irabazia eta beste parametro batzuk.
• Pilak: 1,5V eta 9Veko pilen egiaztaketa.

Multimetroei sentsoreak ere gehitu ahal zaizkie beste neurketa batzuk egiteko. Adibidez:

• Luminantzia
• Azidotasun/alkalinotasuna (pH)
• Hezetasun erlatiboa