Como um multímetro se protege de altas tensões?

Usei um multímetro barato para medir tensões em circuitos CC simples, mas vi fotos deles conectadas diretamente à rede elétrica e usadas para medir vários geradores construídos em casa.

Por que a tensão mais alta não frita o multímetro, e também em teoria um multímetro barato pode ser usado com segurança para medir tensões muito altas? Se você acertar a configuração no mostrador, isso importa?

Não estou planejando conectar um, nem recomendaria quem não sabe o que está fazendo para fazer isso. Estou apenas me perguntando como isso funciona.

AVISO : Observe que alguns medidores baratos não são adequados para uso com redes de 230 VCA CA. Alguns medidores podem ter faixas de tensão CA capazes de medir conceitualmente bem acima da tensão da rede elétrica, MAS os componentes internos não são certificados, adequados ou seguros, por exemplo, 230 VCA. O uso desses medidores para medir essas tensões é semelhante a um jogo mais seguro do que o habitual de "Roleta Russa", que ainda pode terminar em morte.

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Podem ocorrer falhas na dissipação de energia nos componentes ou na quebra de tensão, mesmo quando a dissipação de energia está dentro dos limites. As faixas de tensão geralmente são menos estressadas do que a maioria das outras faixas quando superestimadas.

Os medidores de alcance automático começam na faixa mais alta e diminuem até a leitura se tornar uma certa porcentagem da escala completa nessa faixa. A comutação pode ser feita, por exemplo, com MOSFETs, usados ​​para curtar resistores em divisores ou para selecionar tensões nos pontos de derivação apropriados.

Em medidores baratos, a proteção é limitada.
A corrente acima de 200 mA em faixas de corrente baixa normalmente queima o fusível interno.
Corrente muito alta na faixa de amplificadores altos (10A, 20A, queimará o shunt ou um fusível, se houver. A
alta voltagem em baixa voltagem CA ou CC volts ou em faixas de corrente às vezes destrói o medidor (pergunte-me como eu sei :-) )

Tudo o que foi dito: Entradas acima do alcance não necessariamente se estressam além do circuito de entrada. As potências do resistor de entrada necessárias acima do mínimo podem proteger a curto prazo. Os diodos Zener ou outros grampos podem impedir que a alta tensão entre no circuito adequadamente.
Fabricantes muito interessados ​​podem fornecer interruptores eletrônicos. Estes podem ser simples como um MOSFET de alta tensão em série com a entrada) que podem ser desligados quando necessário. Isso adicionará algum erro devido à queda de tensão, mas isso pode ser controlado e projetado.

Assim, por exemplo, uma condição de sobretensão é aplicada a uma entrada de corrente, o resistor de entrada começa a dissipar energia excessiva, a extremidade interna do resistor é presa por um zener ou TVS (supressor de tensão transiente) e um interruptor MOSFET rápido é acionado para desconectar a sobrecarga . A classificação de dissipação de energia superior ao necessário dos circuitos de entrada forneceu tempo suficiente para a proteção atuar.

Exemplo do mundo real:

Esta nota de aplicação da Intersil -
AN046 Construindo um DVM automático de operação com bateria com o ICL7106 fornece exemplos específicos do design de equipamentos de autoranging e como os problemas envolvidos são abordados.

Aqui está como o front end se parece conceitualmente:

e aqui está como isso acaba na prática

http://www.intersil.com/content/dam/Intersil/documents/an04/an046.pdf

Resposta simples: bons multímetros possuem bons circuitos de proteção. Quando a fonte de medição estiver fora das capacidades do medidor, o medidor emitirá uma mensagem fora da faixa.

Existem quatro categorias principais de multímetros. Eles são

• Categoria I : usado quando o equipamento não está diretamente conectado à rede elétrica (CAT I)
• Categoria II : utilizada em sub-circuitos finais da rede monofásica (CAT II)
• Categoria III : usado em cargas instaladas permanentemente, como painéis de distribuição, motores e tomadas de aparelhos trifásicas (CAT III)
• Categoria IV : usado em locais onde os níveis de corrente de falha podem ser muito altos, como entradas de serviço de fornecimento, painéis principais, medidores de fornecimento e equipamento primário de proteção contra sobretensão (CAT IV)

É de responsabilidade do usuário o multímetro apropriado para a tarefa apropriada. Abaixo está um multímetro Fluke 87 III. No canto inferior direito, indica CAT III

Abaixo está um multímetro que está na classificação el-cheappo e não há aviso visível da classificação da categoria do multímetro. Esta é uma situação em que o usuário esteja ciente de que é muito importante .

Ambos os tipos de multímetros desempenham um papel importante na área de engenharia.

Proteção básica

A forma mais básica de proteção é um fusível. Dependendo do preço e da fabricação, essa proteção pode variar. Um multímetro de alta qualidade pode usar um fusível de alta capacidade de ruptura (HRC), onde um medidor de baixa qualidade usaria um fusível de vidro.

Alta capacidade de ruptura (HRC)

_{Clique na imagem para obter uma versão maior da imagem.}

Fusível de vidro

Proteção Avançada

Além do circuito básico de proteção, existem muitos estágios de outros circuitos de proteção que consistem em diodo, resistores de fio enrolado, diodos zener, MOV (varistores de óxido de metal) e termistores (PTC - Positive Temperature Coefficient). A configuração desses componentes depende da fabricação, categoria do multímetro, preço e outros fatores. Este link explica os poucos circuitos avançados do multímetro Fluke 27.

Os multímetros El-cheappo não têm boa proteção e, portanto, tendem a danificar.

Referência:

• Multímetro
• Fusível de alta capacidade de ruptura (HRC)
• Fusível HRC (fusível de alta capacidade de ruptura) e seus tipos
• Termistor
• Resistores de fio enrolado
• Varistor (MOV)
• Tutorial de proteção de entrada do multímetro