Calibração de multímetro: procedimento, pontos de ensaio e com que frequência calibrar

O que a calibração de um multímetro verifica

Uma calibração aplica valores conhecidos de um padrão de referência e registra o que o multímetro indica em cada ponto. O erro é a leitura menos o valor aplicado. Ele é registrado junto com a incerteza da calibração. Comparar cada erro com a especificação do fabricante e registrar aprovado ou reprovado é uma verificação, e um certificado pode trazer as duas coisas.

O Guia de Calibração n.º 15 da EURAMET (cg-15, versão 3.0, 2015), da associação dos institutos nacionais de metrologia da Europa, estabelece um método para esse trabalho. Ele cobre tensão contínua, tensão alternada, corrente contínua, corrente alternada e resistência em multímetros digitais. Ficam de fora os instrumentos de painel, os aparelhos feitos principalmente para potência, energia ou impedância e as medições acima de 1 MHz. O guia complementa as instruções de calibração do fabricante em vez de substituí-las, então siga o fabricante quando ele pedir mais.

Outras funções, como capacitância e frequência, recebem menos pontos. Um acessório pelo qual o multímetro normalmente mede, como um shunt de corrente, é calibrado junto com o aparelho na mesma montagem.

• Calibração vs verificação

Como funcionam as especificações de um multímetro

Os fabricantes costumam expressar a exatidão de um multímetro como ±(porcentagem da leitura + dígitos). A porcentagem cresce com a leitura. Os dígitos são um número fixo de passos do último dígito exibido naquela faixa. É essa parte fixa que deixa o multímetro menos exato, em relação à leitura, perto do início de uma faixa. Alguns fabricantes falam em contagens em vez de dígitos. Outros dão uma porcentagem da faixa no lugar dos dígitos.

Considere um multímetro especificado com ±(0,5 % da leitura + 2 dígitos) em uma faixa de 6 V com resolução de 0,001 V. Em um ponto de ensaio de 5,000 V, o limite é 0,5 % de 5 V, ou seja 0,025 V, mais 2 dígitos de 0,001 V. Isso dá ±0,027 V, então uma leitura de 4,973 V a 5,027 V está dentro da especificação. Em 0,600 V na mesma faixa, o limite é ±0,005 V, cerca de 0,8 % da leitura.

Uma especificação costuma vir com condições, como uma faixa de temperatura, um tempo de aquecimento e um período desde a calibração. Quando a EURAMET cg-15 compara a incerteza da calibração com a especificação, ela usa a especificação de um ano, porque é nela que os usuários costumam confiar enquanto a calibração está válida. Use a especificação do período que corresponde ao seu intervalo.

A resolução costuma ser dada em número de dígitos. A EURAMET cg-15 divide os multímetros em dois grupos em 4¾ dígitos, ou 39.999 contagens. Os aparelhos de trabalho de menor exatidão ficam nesse limite ou abaixo, e os de maior resolução acima. Cada grupo tem seu próprio conjunto de pontos de ensaio.

Quais pontos de ensaio usar

Os pontos de ensaio são definidos como porcentagem do fundo de escala de cada faixa. A EURAMET cg-15 usa 10 % para o início de uma faixa e 90 % para o topo. Ela não recomenda pontos abaixo de 10 %, porque a faixa imediatamente inferior os mede com mais exatidão. O ponto de 90 % pode ficar entre 50 % e 99 % do fundo de escala, e a partir de 30 % na resistência.

Cada faixa é calibrada pelo menos perto do topo. A linearidade é verificada em uma faixa contínua e em uma alternada com pelo menos cinco pontos, os alternados em frequência fixa, normalmente 1 kHz. Para um multímetro de até 4¾ dígitos, o conjunto mínimo da cg-15 é este.

Equipamento e condições

A referência usual é um calibrador multifunção, que fornece tensão e corrente contínuas e alternadas e resistência a partir de um só aparelho. A calibração dele tem de estar válida e ser rastreável, com uma incerteza pequena o bastante para o multímetro em ensaio. Um relatório do NIST de 2001 sobre o seu padrão de tensão Josephson observa que multímetros de alto desempenho podem ser tão exatos, e ter resolução tão fina, quanto os calibradores multifunção feitos para calibrá-los. Por isso um multímetro de laboratório de alto desempenho (até 8½ dígitos) pode precisar de padrões melhores do que um calibrador multifunção oferece.

A rastreabilidade vai do certificado do calibrador, passando pelos laboratórios acima dele, até um instituto nacional de metrologia. Lá o volt é realizado pelo efeito Josephson e o ohm pelo efeito Hall quântico, como descreve a realização prática das unidades elétricas da Brochura do SI.

• Um calibrador multifunção, ou padrões separados de tensão, corrente e resistência, com certificados válidos.
• Pontas de prova e cabos em bom estado. Na resistência, anote se o multímetro mediu a dois fios ou a quatro fios. A dois fios, anule a resistência dos cabos curto-circuitando-os na ponta do resistor.
• Um curto-circuito de baixa fem térmica para zerar as faixas de tensão contínua.
• Uma sala estável, com a temperatura e a umidade registradas. Dê ao multímetro o tempo de estabilização indicado pelo fabricante, ligado se ele funcionar na rede.
• O manual de calibração do fabricante, que define o método de ajuste e os pontos que o fabricante exige.

• Rastreabilidade metrológica explicada

Leituras antes do ajuste, ajuste e leituras após o ajuste

A EURAMET cg-15 descreve três sequências possíveis. A padrão para um multímetro que pode ser ajustado é uma calibração antes do ajuste, o ajuste e uma calibração depois. A primeira dá as leituras antes do ajuste, que mostram como o aparelho se comportou desde a última calibração. A última dá as leituras após o ajuste. O item 7.8.4 da ISO/IEC 17025:2017 pede que um certificado de calibração informe os resultados antes e depois de qualquer ajuste ou reparo, quando estiverem disponíveis.

Um multímetro não precisa ser ajustado a cada calibração. A cg-15 admite calibrar sem ajustar quando as leituras ficam bem dentro da especificação. Para um aparelho de menor exatidão com ajuste manual, o limite de exemplo é 70 % da especificação de um ano em todos os pontos, e 50 % nos pontos em que o aparelho é ajustado. Para aparelhos mais exatos, o limite de exemplo é 50 % em todos os pontos.

O ajuste segue o método do fabricante. Conforme o aparelho, isso significa regular componentes internos ou rodar uma rotina de firmware.

Se uma leitura antes do ajuste ficar fora da especificação, o requisito 7.1.5.2 da ISO 9001 pede que você determine se resultados anteriores foram afetados adversamente e que aja quando necessário. Veja para que o multímetro foi usado desde a última calibração boa, por exemplo ensaios de aceitação, ajustes de equipamentos ou verificações de outros instrumentos. Avalie se um erro desse tamanho e desse sinal poderia ter mudado uma decisão, e registre a conclusão.

• Leituras antes do ajuste e após o ajuste
• O que fazer quando um instrumento é reprovado na calibração
• Planilha de leituras antes do ajuste e após o ajuste

TUR e a razão 4:1

A razão de incerteza de teste (TUR) compara o limite verificado com a incerteza expandida da calibração naquele ponto. Para um limite simétrico de ±T e uma incerteza expandida U com probabilidade de abrangência de cerca de 95 por cento, TUR = T / U. A EURAMET cg-15 diz que uma razão de 4:1 entre a especificação e a incerteza da calibração costuma bastar, tomando a especificação de um ano.

No exemplo acima, o limite em 5 V é ±0,027 V. Uma razão de 4:1 ali exige uma incerteza expandida de no máximo cerca de 0,0068 V. A cg-15 aceita que 4:1 nem sempre é possível. Nos aparelhos de baixa resolução, o último dígito domina tanto a especificação quanto a incerteza. Nos aparelhos mais exatos, os padrões podem não bastar em algumas faixas. O guia pede aos laboratórios que reduzam ao mínimo os pontos abaixo de 4:1.

A resolução acrescenta incerteza porque cada leitura é arredondada para o último dígito. O GUM (JCGM 100:2008, F.2.2.1) trata esse arredondamento como uma distribuição retangular com largura de um incremento. A incerteza-padrão correspondente é o incremento dividido por √12, cerca de 0,29 vez o incremento. A cg-15 pede que o certificado deixe claro que as incertezas incluem a resolução e a instabilidade de curto prazo do aparelho.

Se uma leitura é aprovada também depende da regra de decisão. O item 7.8.6 da ISO/IEC 17025:2017 exige que um laboratório que declara conformidade documente a regra de decisão usada, e a cg-15 remete ao ILAC-G8 para julgar e relatar a conformidade. Pergunte ao seu laboratório se ele usa aceitação simples ou uma banda de guarda.

• Calculadora de TUR e TAR
• Calculadora de incerteza devida à resolução
• Banda de guarda na calibração
• Como montar um balanço de incerteza de medição

Com que frequência calibrar um multímetro

Nenhuma norma define um único intervalo para todos os multímetros. A ISO 9001 pede calibração ou verificação em intervalos especificados, ou antes do uso. O ILAC-G24 / OIML D 10 (edição de 2022) diz que não existe uma única melhor prática. Ele lista os fatores a ponderar, entre eles a incerteza de que você precisa, a recomendação do fabricante, a tendência à deriva, quanto e com que intensidade o aparelho é usado, o ambiente e os resultados das verificações intermediárias.

Um ponto de partida prático é o período que a especificação de exatidão do fabricante cobre. Depois ajuste pelo histórico próprio de leituras antes do ajuste. Aparelhos que voltam bem dentro dos limites justificam um intervalo mais longo. Uma reprovação, ou uma deriva em direção ao limite, justifica um mais curto. O ILAC-G24 recomenda calibrar equipamentos novos com mais frequência no início para ver a tendência.

Entre calibrações, verifique o multímetro contra algo estável e conhecido. Serve uma referência de tensão, um calibrador ou um resistor fixo que você mediu logo após a última calibração. O item 6.4.10 da ISO/IEC 17025:2017 pede aos laboratórios verificações intermediárias quando forem necessárias para manter a confiança no equipamento. Depois de uma queda, uma sobrecarga ou um fusível queimado, verifique o multímetro antes de usá-lo de novo.

• Como definir intervalos de calibração
• Calculadora de intervalo de calibração
• Calculadora de intervalo pela taxa de deriva

O que o certificado e o registro devem mostrar

A EURAMET cg-15 lista o que o certificado de um multímetro precisa além da identificação de costume: o método, a evidência de rastreabilidade, as condições, os resultados com suas unidades e a incerteza. Na prática, o registro deve mostrar o seguinte.

• A identificação, a marca, o modelo e o número de série do multímetro.
• O procedimento usado, e se houve autoteste, autocalibração, ajuste ou reparo.
• Os padrões de referência usados, com os números dos certificados e as datas de vencimento.
• A temperatura e a umidade, e quanto tempo o aparelho estabilizou antes das leituras.
• As configurações do aparelho, como resistência a dois ou quatro fios e a entrada usada.
• Para cada ponto: a faixa, o valor aplicado (com a frequência em alternada), a leitura antes do ajuste e após o ajuste, o erro e a incerteza.
• A especificação e a regra de decisão por trás de qualquer declaração de aprovado ou reprovado.
• A data, a pessoa ou o laboratório e a próxima data de vencimento.

• Requisitos do certificado de calibração
• Modelo de certificado de calibração
• Calibração interna ou terceirizada

Como o Axiospec ajuda nos registros de multímetros

O Axiospec é um software de gestão de calibração. Cada multímetro tem um registro com as calibrações, os certificados e a próxima data de vencimento. Uma calibração pode conter pontos de ensaio, cada um com o valor nominal, a tolerância e as leituras antes do ajuste e após o ajuste. Uma tolerância pode ser um valor absoluto ou uma porcentagem do valor nominal ou do span, então um limite em porcentagem da leitura mais dígitos entra como o valor absoluto calculado para aquele ponto.

Cadastre o seu calibrador como padrão de referência e selecione-o em cada calibração. O registro dele passa a listar as calibrações em que foi usado. Quando uma calibração é registrada como Reprovado, o multímetro entra em quarentena e o registro pede o impacto de estar fora da tolerância. O Axiospec não calibra o multímetro. Em uma calibração interna, uma leitura final fora da sua tolerância define o resultado como Reprovado, e registrar um Aprovado mesmo assim exige um motivo por escrito. A tolerância, a regra de decisão e o intervalo ficam com você ou com o seu laboratório.

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