Calibração de multímetros: 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 regista o que o multímetro indica em cada ponto. O erro é a leitura menos o valor aplicado. É registado juntamente com a incerteza da calibração. Comparar cada erro com a especificação do fabricante e registar aprovado ou reprovado é uma verificação, e um certificado pode incluir 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 este trabalho. Abrange a tensão contínua, a tensão alternada, a corrente contínua, a corrente alternada e a resistência em multímetros digitais. Exclui os instrumentos de painel, os aparelhos concebidos sobretudo para potência, energia ou impedância e as medições acima de 1 MHz. Complementa as instruções de calibração do fabricante em vez de as substituir, pelo que deve seguir o fabricante quando este pedir mais.

Outras funções, como a capacidade e a frequência, recebem menos pontos. Um acessório através do qual o multímetro mede normalmente, como um shunt de corrente, é calibrado juntamente com o aparelho na mesma montagem.

• Calibração vs verificação

Como funcionam as especificações de um multímetro

Os fabricantes exprimem habitualmente a exatidão de um multímetro como ±(percentagem da leitura + dígitos). A percentagem cresce com a leitura. Os dígitos são um número fixo de passos do último dígito apresentado nessa gama. É essa parte fixa que torna o multímetro menos exato, em relação à leitura, perto do início de uma gama. Alguns fabricantes falam em contagens em vez de dígitos. Outros indicam uma percentagem da gama em lugar dos dígitos.

Considere um multímetro especificado com ±(0,5 % da leitura + 2 dígitos) numa gama de 6 V com resolução de 0,001 V. Num 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, pelo que uma leitura de 4,973 V a 5,027 V está dentro da especificação. A 0,600 V na mesma gama, o limite é ±0,005 V, cerca de 0,8 % da leitura.

Uma especificação vem habitualmente com condições, como um intervalo 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, usa a especificação a um ano, porque é nessa que os utilizadores costumam confiar enquanto a calibração é válida. Use a especificação do período que corresponde ao seu intervalo.

A resolução é muitas vezes indicada em número de dígitos. A EURAMET cg-15 divide os multímetros em dois grupos a 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 o seu próprio conjunto de pontos de ensaio.

Que pontos de ensaio usar

Os pontos de ensaio definem-se como percentagem do fundo de escala de cada gama. A EURAMET cg-15 usa 10 % para o início de uma gama e 90 % para o topo. Não recomenda pontos abaixo de 10 %, porque a gama 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 gama é calibrada pelo menos perto do topo. A linearidade é verificada numa gama contínua e numa alternada com pelo menos cinco pontos, os alternados a frequência fixa, normalmente 1 kHz. Para um multímetro até 4¾ dígitos, o conjunto mínimo da cg-15 é o seguinte.

Equipamento e condições

A referência habitual é um calibrador multifunções, que fornece tensão e corrente contínuas e alternadas e resistência a partir de um só aparelho. A sua própria calibração tem de estar válida e ser rastreável, com uma incerteza suficientemente pequena para o multímetro em ensaio. Um relatório do NIST de 2001 sobre o seu padrão de tensão Josephson observa que os multímetros de gama alta podem ser tão exatos, e ter resolução tão fina, como os calibradores multifunções concebidos para os calibrar. Por isso um multímetro de laboratório de gama alta (até 8½ dígitos) pode precisar de padrões melhores do que os que um calibrador multifunções oferece.

A rastreabilidade vai do certificado do calibrador, passando pelos laboratórios acima dele, até um instituto nacional de metrologia. Aí 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 multifunções, 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 do lado da resistência medida.
• Um curto-circuito de baixa fem térmica para colocar a zero as gamas de tensão contínua.
• Uma sala estável, com a temperatura e a humidade registadas. Dê ao multímetro o tempo de estabilização indicado pelo fabricante, ligado se funcionar a partir da 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 sequência normal 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. A secção 7.8.4 da ISO/IEC 17025:2017 pede que um certificado de calibração indique os resultados antes e depois de qualquer ajuste ou reparação, quando estiverem disponíveis.

Um multímetro não tem de ser ajustado em cada calibração. A cg-15 admite calibrar sem ajustar quando as leituras ficam folgadamente dentro da especificação. Para um aparelho de menor exatidão com ajuste manual, o limite de exemplo é 70 % da especificação a 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. Consoante o aparelho, isso significa regular componentes internos ou executar uma rotina do firmware.

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

• Leituras antes do ajuste e após o ajuste
• O que fazer quando um instrumento falha a calibração
• Folha de leituras antes do ajuste e após o ajuste

O TUR e o rácio 4:1

O rácio de incerteza de ensaio (TUR) compara o limite verificado com a incerteza expandida da calibração nesse ponto. Para um limite simétrico de ±T e uma incerteza expandida U com uma probabilidade de expansão de cerca de 95 por cento, TUR = T / U. A EURAMET cg-15 diz que um rácio de 4:1 entre a especificação e a incerteza da calibração é geralmente suficiente, tomando a especificação a um ano.

No exemplo acima, o limite a 5 V é ±0,027 V. Um rácio de 4:1 exige aí 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 como a incerteza. Nos aparelhos mais exatos, os padrões podem não chegar em algumas gamas. 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 a largura de um incremento. A incerteza-padrão correspondente é o incremento dividido por √12, cerca de 0,29 vezes 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.

A aprovação de uma leitura depende também da regra de decisão. A secção 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 para o ILAC-G8 para avaliar e relatar a conformidade. Pergunte ao seu laboratório se usa a aceitação simples ou uma banda de segurança.

• Calculadora de TUR e TAR
• Calculadora de incerteza devida à resolução
• A banda de segurança na calibração
• Como elaborar um balanço de incerteza de medição

Com que frequência calibrar um multímetro

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

Um ponto de partida prático é o período que a especificação de exatidão do fabricante cobre. Depois ajuste-o com base no historial próprio de leituras antes do ajuste. Aparelhos que regressam folgadamente dentro dos limites justificam um intervalo mais longo. Uma falha, ou uma deriva em direção ao limite, justifica um mais curto. O ILAC-G24 recomenda calibrar equipamento novo com mais frequência no início para ver a sua tendência.

Entre calibrações, verifique o multímetro com algo estável e conhecido. Serve uma referência de tensão, um calibrador ou uma resistência fixa que tenha medido logo após a última calibração. A secção 6.4.10 da ISO/IEC 17025:2017 pede aos laboratórios verificações intermédias quando forem necessárias para manter a confiança no equipamento. Depois de uma queda, de uma sobrecarga ou de um fusível queimado, verifique o multímetro antes de o voltar a usar.

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

O que o certificado e o registo devem mostrar

A EURAMET cg-15 enumera o que o certificado de um multímetro precisa além da identificação habitual: o método, a evidência de rastreabilidade, as condições, os resultados com as respetivas unidades e a incerteza. Na prática, o registo 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 reparação.
• Os padrões de referência usados, com os números dos certificados e as datas de validade.
• A temperatura e a humidade, e quanto tempo o aparelho estabilizou antes das leituras.
• As configurações do aparelho, como a resistência a dois ou a quatro fios e a entrada usada.
• Para cada ponto: a gama, 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 validade.

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

Como o Axiospec ajuda nos registos de multímetros

O Axiospec é um software de gestão de calibrações. Cada multímetro tem um registo com as calibrações, os certificados e a próxima data de validade. 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 percentagem do valor nominal ou do span, pelo que um limite em percentagem da leitura mais dígitos é introduzido como o valor absoluto calculado para esse ponto.

Registe o seu calibrador como padrão de referência e selecione-o em cada calibração. O registo dele passa a listar as calibrações em que foi usado. Quando uma calibração é registada como Não conforme, o multímetro entra em quarentena e o registo pede o impacto de estar fora da tolerância. O Axiospec não calibra o multímetro. Numa calibração interna, uma leitura final fora da sua tolerância define o resultado como Não conforme, e registar um Conforme mesmo assim exige um motivo escrito. A tolerância, a regra de decisão e o intervalo ficam a seu cargo ou do seu laboratório.

É gratuito até 50 instrumentos ativos. Um espaço de trabalho novo começa com um período experimental de 45 dias do Professional, com espaço para 1500 instrumentos ativos. Carregamos os seus registos existentes sem custos, em qualquer plano.

• Folha gratuita de leituras antes do ajuste e após o ajuste
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