O que o mostrador do multímetro faz internamente?

Todo mundo que já manipulou um multímetro está familiarizado com esses mostradores. A posição do mostrador indica o intervalo máximo da quantidade que pode ser medida.

Mas por que somos obrigados a ajustar a faixa máxima por nós mesmos? O que acontece internamente no multímetro quando o dial é ajustado, digamos, de 20V a 200V? Se o mostrador estiver em 20V e a tensão medida for 50V, por que o medidor não pode fornecer uma medida? Não tenho muito conhecimento sobre o funcionamento interno de um multímetro, mas entendo que a tensão é medida ao deixar uma quantidade infinitesimal de corrente através do medidor e medir o campo magnético (algo nesse sentido). Mas por que os medidores não podem se ajustar eles mesmos?

EDIT: Eu sei que existem medidores de intervalo automático, mas estou interessado em saber por que outros precisam ser ajustados manualmente.

Esta imagem ( fonte ) deve informar tudo o que você precisa saber sobre como funciona. Existem contatos do limpador no mostrador, mostrados na parte inferior, que coincidem com as almofadas no PCB do medidor.

Essas almofadas são conectadas a diferentes derivações de um divisor de tensão para dividir a tensão ou para passar a corrente através de uma derivação de corrente.

Internamente, o medidor só pode medir tensões de, por exemplo, -0,2V a + 0,2V. O comutador de faixa altera o divisor de tensão para pré-dimensionar a tensão de entrada para estar dentro dessa faixa e, na maioria dos medidores, também envia um sinal ao LCD para indicar onde colocar o ponto decimal.

Quanto ao motivo pelo qual você deve fazer isso sozinho, em vez de o medidor fazer isso por você: nada mais e nada menos que preço. Um medidor com alcance automático é mais caro que um que não devido à necessidade de hardware adicional para detectar quando está acima do alcance e executar a alternância.

Um medidor analógico antigo pode ser mais fácil de entender (fonte http://fourier.eng.hmc.edu/e84/labs/lab1/node1.html ):

Como a deflexão do medidor depende da corrente que passa e a razão de deflexão / corrente não muda, diferentes posições de contato formarão diferentes divisores de tensão ou corrente para adaptar a balança. Nota: a resistência da bobina também é fixa.

Não é tão diferente com os medidores digitais, exceto que, em vez de uma bobina que precisa de uma certa corrente, ela possui um conversor analógico para digital (ADC), que precisa de uma certa tensão para indicação em escala completa.

Se for um multímetro digital , ele funciona de maneira diferente do que o analógico .

O esquema de um analógico é mostrado na resposta de Vangelo.

Os esquemas para um digital são assim:

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Para as medições de tensão, o mostrador selecionará a proporção do divisor de tensão (como mostrado nos esquemas acima) e mudará a posição do ponto decimal no visor.

Um voltímetro não está medindo nenhuma corrente. Existe um ADC (conversor analógico para digital, que é o verdadeiro dispositivo de medição) no interior, que compara a tensão de entrada com uma tensão de referência e fornece o fator da entrada à referência como uma saída digital.

Digamos que a tensão de referência seja 2V. Então a tensão máxima de entrada também é 2V, porque isso seria 100%. Se você girar o dial para a faixa de entrada de 20V, estará trocando um divisor de tensão para a entrada, para reduzir a tensão de entrada pelo fator 10. Isso resulta em apenas 2V no ADC com tensão de entrada de 20V. O microcontrolador sabe disso e mostra o valor real na tela.

Os medidores de faixa automática podem escolher os diferentes divisores de tensão trocando os relés. Isso requer peças adicionais e, portanto, alguns medidores apenas fazem com que o usuário a defina manualmente e com essa redução de custos.

Na forma mais simples, o mostrador alterna resistores adequados entre sondas e bobina do medidor, de modo que várias faixas de tensões e correntes sejam medidas com um único medidor.

Se você tentar medir 40V na faixa de 20V, o medidor terá que ir para 200% da leitura, porque há duas vezes a corrente que ele precisa para exibir 100% da leitura. A bobina não pode mover o medidor fisicamente e pode queimar devido ao excesso de corrente que flui, a menos que haja componentes de proteção para limitá-lo.

O medidor não sabe quanta tensão você está prestes a medir e não possui componentes ativos para detectar ou alternar a faixa automaticamente.