Cosa fa internamente il quadrante multimetro?

Chiunque abbia mai maneggiato un multimetro ha familiarità con questi quadranti. La posizione del quadrante indica l'intervallo massimo della quantità che può essere misurata.

Ma perché ci viene richiesto di regolare da soli la portata massima? Cosa succede internamente al multimetro quando il quadrante viene regolato, diciamo, da 20 V a 200 V? Se abbiamo il quadrante su 20 V e la tensione misurata è 50 V, perché il misuratore non può fornire una misurazione? Non ho molta conoscenza del funzionamento interno di un multimetro, ma capisco che la tensione viene misurata lasciando una quantità infinitesimale di corrente attraverso il misuratore e misurando il campo magnetico (qualcosa lungo queste linee). Ma perché i misuratori non possono regolare da soli la loro portata?

EDIT: So che ci sono misuratori automatici, ma sono interessato a sapere perché gli altri devono essere regolati manualmente.

Questa immagine ( fonte ) dovrebbe dirti tutto ciò che devi sapere su come funziona. Ci sono contatti tergicristallo sul quadrante, mostrati in basso, che si accoppiano con i cuscinetti sul PCB dello strumento.

Questi pad sono collegati a diverse prese di un divisore di tensione per dividere la tensione o per far passare la corrente attraverso uno shunt di corrente.

Internamente, il misuratore può misurare solo tensioni da, ad esempio, da -0,2 V a + 0,2 V. L'interruttore di gamma modifica il divisore di tensione per precondizionare la tensione di ingresso all'interno di tale intervallo, e sulla maggior parte dei misuratori invierà anche un segnale al display LCD per indicare dove posizionare il punto decimale.

Per quanto riguarda il motivo per cui devi farlo tu stesso invece del misuratore che lo fa per te: niente di più e niente di meno che prezzo. Un misuratore che si auto-range è più costoso di uno che non lo fa a causa della necessità di hardware aggiuntivo per rilevare quando è fuori portata ed eseguire la commutazione.

Un vecchio misuratore analogico potrebbe essere più semplice da capire (fonte http://fourier.eng.hmc.edu/e84/labs/lab1/node1.html ):

Poiché la deflessione dell'indicatore dipende dalla corrente che la attraversa e il rapporto di deflessione / corrente non cambia, posizioni di contatto diverse formeranno divisori di tensione o corrente diversi per adattare la scala. Nota: anche la resistenza della bobina è fissa.

Non è così diverso con i misuratori digitali, tranne per il fatto che al posto di una bobina che necessita di una certa corrente ha un convertitore da analogico a digitale (ADC) che ha bisogno di una certa tensione per l'indicazione del fondo scala.

Se si tratta di un multimetro digitale , funziona in modo diverso da quello analogico .

Gli schemi per uno analogico sono mostrati nella risposta di Vangelo.

Gli schemi di uno digitale si presentano così:

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Per le misurazioni della tensione, il quadrante selezionerà il rapporto del divisore di tensione (come mostrato negli schemi sopra) e cambierà la posizione del punto decimale sul display.

Un voltmetro non misura alcuna corrente. C'è un ADC (convertitore analogico-digitale, che è il vero dispositivo di misurazione) all'interno, che confronta la tensione di ingresso con una tensione di riferimento e fornisce il fattore di ingresso al riferimento come uscita digitale.

Diciamo che la tensione di riferimento è 2V. Quindi anche la tensione di ingresso massima è di 2 V, perché sarebbe del 100%. Se si ruota il quadrante su un intervallo di ingresso di 20 V, si commuta un divisore di tensione sull'ingresso, in modo da ridurre la tensione di ingresso di un fattore di 10. Ciò comporta solo 2 V sull'ADC con una tensione di ingresso di 20 V. Il microcontrollore lo sa e ti mostra il valore reale sul display.

I contatori automatici possono scegliere i diversi divisori di tensione commutando i relè. Ciò richiede parti aggiuntive e quindi alcuni contatori devono solo impostarlo manualmente e ridurre i costi.

Nella forma più semplice, il quadrante commuta resistenze adatte tra le sonde e la bobina del misuratore in modo che più intervalli di tensioni e correnti possano essere misurati con un singolo misuratore.

Se si tenta di misurare 40 V a una gamma di 20 V, il misuratore dovrebbe passare alla lettura del 200% perché vi è due volte il flusso di corrente necessario per visualizzare la lettura del 100%. La bobina non può spostare fisicamente lo strumento e la bobina potrebbe bruciare a causa del flusso di corrente in eccesso a meno che non ci siano componenti di protezione per limitarlo.

Il misuratore non sa quanta tensione si sta per misurare e non ha componenti attivi per rilevare o cambiare automaticamente la gamma.