Como Obter Mais Precisão nas Medições com Multímetro e Outros Instrumentos

Quando fazemos uma medição com um multímetro, paquímetro, termômetro ou qualquer outro instrumento, é comum olhar para o número apresentado e assumir que aquele é simplesmente o valor da grandeza que estamos medindo.

Mas toda medição possui limitações.

Se um multímetro indicar:

5,02 V

isso não significa necessariamente que a tensão seja exatamente 5,020000… V.

O resultado depende do instrumento, da escala utilizada, das pontas de prova, das condições ambientais e até da maneira como realizamos a medição.

No vídeo deste artigo apresento algumas dicas sobre como obter melhores resultados nas medições. E esse assunto permite entender uma diferença muito importante entre resolução, precisão e exatidão.

Medir não é simplesmente ler um número

Uma medição é uma comparação entre uma grandeza e uma referência.

O NIST define a medição como um processo experimental que produz um valor que pode ser razoavelmente atribuído à grandeza que queremos conhecer.

Portanto, quando encontramos:

R = 1.003 Ω

devemos pensar:

Com que instrumento isso foi medido? Em qual escala? Em quais condições? Com que incerteza?

Quanto maior a exigência da aplicação, mais importantes essas perguntas se tornam.

Precisão, exatidão e resolução não são a mesma coisa

Esses conceitos são frequentemente confundidos.

Imagine que fazemos várias medições da mesma grandeza.

Precisão

Está relacionada à proximidade entre resultados repetidos.

Por exemplo:

5,01 V
5,01 V
5,02 V
5,01 V
5,01 V

Os resultados estão bastante agrupados.

O NIST caracteriza a repetibilidade pela concordância entre medições sucessivas realizadas sob as mesmas condições.

Exatidão

Está relacionada a quão próximo o resultado está do valor de referência.

Podemos ter um instrumento que sempre indique:

5,20 V
5,20 V
5,20 V
5,20 V

quando o valor de referência é:

5,00 V

Ele apresenta excelente repetibilidade, mas existe um desvio importante em relação ao valor de referência.

A Fluke também distingue esses conceitos: maior precisão está relacionada à repetibilidade, enquanto maior exatidão significa uma leitura mais próxima do valor considerado verdadeiro ou de referência.

E o que é resolução?

Resolução é a menor variação que o instrumento consegue indicar.

Imagine dois multímetros.

O primeiro mostra:

5,0 V

O segundo:

5,023 V

O segundo apresenta mais resolução.

Mas aqui existe uma armadilha:

mais casas decimais não significam automaticamente maior exatidão.

Um aparelho pode mostrar muitos dígitos e ainda possuir uma incerteza considerável.

A especificação do instrumento é que nos informa o que aqueles dígitos realmente representam.

Escolha corretamente a escala do multímetro

Esse é um dos cuidados mais simples para conseguir uma leitura com melhor resolução.

Suponha que queremos medir aproximadamente:

1,25 V

Se utilizarmos uma escala muito superior ao valor medido, podemos perder resolução.

Em um exemplo apresentado pela Fluke, diferentes faixas oferecem diferentes resoluções:

Faixa	Resolução
300,0 mV	0,1 mV
3,000 V	1 mV
30,00 V	10 mV
300,0 V	100 mV

Assim, quando o instrumento permite seleção manual, normalmente procuramos a menor faixa que ainda comporte com segurança o valor medido. Nos multímetros autorange, o próprio equipamento procura selecionar uma faixa adequada.

Naturalmente, quando não conhecemos aproximadamente a grandeza que será medida, começamos de maneira segura e adequada ao instrumento e à aplicação.

Mais dígitos também não resolvem tudo

Existem multímetros de:

3½ dígitos
4½ dígitos
5½ dígitos
6½ dígitos
...

e também especificações em counts.

Instrumentos de bancada podem atingir resoluções muito superiores às dos multímetros portáteis comuns. A Keysight, por exemplo, oferece atualmente instrumentos de bancada de 5½ até 8½ dígitos, dependendo da classe do equipamento.

Isso é importante para determinadas aplicações.

Mas não adianta comprar um instrumento com enorme resolução e utilizá-lo de maneira inadequada.

Leia a especificação de exatidão

Em multímetros digitais é comum encontrar algo parecido com:

±(0,5% da leitura + 2 dígitos)

Isso significa que o erro permitido não é simplesmente:

±0,5%

Existe também uma parcela relacionada aos dígitos menos significativos.

A Fluke apresenta, por exemplo, uma especificação hipotética de:

±(2% + 2)

e mostra que uma indicação de 100,0 V poderia corresponder, dentro daquela especificação, a uma faixa aproximadamente entre 97,8 e 102,2 V.

Portanto, nunca devemos interpretar todos os dígitos do display como igualmente confiáveis sem conhecer a especificação do instrumento.

O contato das pontas de prova faz diferença

Uma fonte de erro extremamente comum não está dentro do multímetro.

Está aqui:

MULTÍMETRO
    │
    ↓
CABOS
    │
    ↓
PONTAS
    │
    ↓
CONTATO
    │
    ↓
CIRCUITO

Pontas oxidadas, conectores frouxos, contatos instáveis ou pressão variável podem prejudicar a medição.

Isso fica particularmente evidente quando medimos resistências muito pequenas.

Faça um teste simples com as pontas

Coloque o multímetro na medição de resistência e encoste uma ponta de prova na outra.

Idealmente gostaríamos de:

0 Ω

mas podemos encontrar:

0,2 Ω

por exemplo.

Essa resistência pode incluir contribuições dos:

cabos + conectores + pontas + contatos.

Agora imagine tentar medir um resistor de:

0,5 Ω

A resistência do sistema de medição deixa de ser desprezível.

Alguns instrumentos oferecem funções de compensação ou técnicas específicas para medições de baixa resistência.

Quatro fios podem ser melhores que dois

Em medições de resistências muito baixas, laboratórios e instrumentos de bancada podem utilizar a técnica de quatro fios, também conhecida como medição Kelvin.

De maneira simplificada:

        corrente
           ↓
     ┌───────────┐
─────┤           ├─────
     │ RESISTOR  │
─────┤           ├─────
     └───────────┘
           ↑
         tensão

Um par conduz a corrente e outro mede a tensão.

Assim, a influência da resistência dos cabos sobre o resultado pode ser bastante reduzida.

Para medições comuns na bancada isso nem sempre é necessário, mas demonstra um princípio importante:

o próprio sistema utilizado para medir pode interferir no resultado.

O multímetro também faz parte do circuito

Quando colocamos um instrumento em um circuito, ele não é completamente invisível eletricamente.

Na medição de tensão, queremos que o voltímetro tenha uma impedância de entrada suficientemente elevada para interferir pouco no circuito.

Na medição de corrente, o amperímetro é colocado em série e introduz alguma resistência interna.

Portanto:

CIRCUITO ORIGINAL
       ↓
adicionamos instrumento
       ↓
CIRCUITO + INSTRUMENTO

Em situações comuns essa influência pode ser pequena.

Em circuitos de alta impedância ou medições mais delicadas, pode se tornar relevante.

Não segure determinadas partes com os dedos

Ao medir resistências elevadas, nosso próprio corpo pode criar um caminho elétrico adicional.

Imagine:

ponta ── RESISTOR ── ponta
  ↑                    ↑
dedo                  dedo

Você pode acabar colocando uma resistência associada ao corpo em paralelo com o componente.

Em determinadas faixas isso pode alterar a leitura.

Portanto, principalmente em medições de alta resistência, evite tocar simultaneamente as partes metálicas das pontas e terminais.

Temperatura também altera valores

Componentes eletrônicos não possuem necessariamente o mesmo valor em qualquer temperatura.

Um resistor possui um coeficiente de temperatura.

Sensores, semicondutores e outros dispositivos podem apresentar variações ainda mais significativas.

O próprio instrumento também possui condições ambientais especificadas para atingir a exatidão declarada. A documentação da Keysight ressalta que especificações de exatidão só fazem sentido acompanhadas das condições em que são válidas, incluindo fatores como temperatura, umidade e período desde a calibração.

Isso explica por que medições metrológicas exigem condições muito mais controladas do que uma medição comum na bancada.

Deixe a leitura estabilizar

Nem toda grandeza chega instantaneamente ao valor final.

Podemos encontrar algo assim:

5,17
5,11
5,08
5,06
5,05
5,05
5,05

Se registrarmos imediatamente:

5,17

podemos estar medindo um transitório e não a condição que realmente queríamos analisar.

Por isso precisamos compreender:

o que estamos medindo e quando devemos fazer a leitura.

Isso vale para instrumentos elétricos, temperatura, massa, dimensões e muitas outras grandezas.

Faça mais de uma medição

Outra prática interessante é repetir a medida.

Em vez de:

MEDIR → ANOTAR → FIM

podemos fazer:

MEDIR
  ↓
REPETIR
  ↓
COMPARAR
  ↓
VERIFICAR CONSISTÊNCIA

Se encontramos:

10,01
10,02
10,01
10,02

temos uma situação bastante diferente de:

9,72
10,34
9,89
10,28

A repetição ajuda a identificar a variabilidade do processo. O NIST considera justamente a dispersão de séries de medições como uma das informações que podem compor a avaliação da incerteza.

Mas fazer média não elimina todos os erros

Imagine um instrumento com um erro sistemático.

Ele mede repetidamente:

10,20
10,21
10,20
10,20
10,21

quando o valor de referência está próximo de:

10,00

Fazer a média de mil medições não necessariamente eliminará esse desvio.

Isso ajuda a entender a diferença entre:

erros aleatórios e efeitos sistemáticos.

O NIST observa que a incerteza de uma medição pode incluir contribuições tanto de efeitos aleatórios quanto sistemáticos.

Compare instrumentos quando fizer sentido

Uma experiência simples na bancada é medir a mesma fonte com dois multímetros.

Por exemplo:

MULTÍMETRO A → 5,01 V

MULTÍMETRO B → 5,07 V

Qual está certo?

Apenas essa comparação não permite saber.

Talvez A esteja mais próximo do valor de referência.

Talvez B.

Talvez ambos estejam dentro de suas respectivas especificações.

Mas a comparação é útil porque nos lembra de que o número apresentado pelo instrumento não é uma verdade absoluta.

Para determinar exatidão de maneira adequada precisamos de uma referência conhecida e de um processo de calibração.

Calibração é diferente de simplesmente comparar

Em aplicações profissionais, instrumentos podem ser calibrados utilizando padrões cuja rastreabilidade é conhecida.

Isso cria uma cadeia de comparação:

INSTRUMENTO
     ↓
PADRÃO DE REFERÊNCIA
     ↓
PADRÕES DE NÍVEL SUPERIOR
     ↓
REFERÊNCIAS METROLÓGICAS

Não precisamos transformar toda bancada doméstica em um laboratório de metrologia.

Mas conhecer esse conceito muda nossa maneira de interpretar uma leitura.

Quantas casas decimais devo anotar?

Uma regra prática importante é:

não atribua ao resultado uma precisão que seu processo de medição não possui.

Se o instrumento e o método não sustentam:

12,347891 V

não há vantagem científica em registrar seis casas decimais apenas porque algum cálculo produziu esse número.

Os algarismos apresentados precisam ser coerentes com a resolução e a incerteza da medição.

Isso vale para muito mais que multímetros

Os mesmos princípios aparecem quando utilizamos:

paquímetro, micrômetro, balança, termômetro, osciloscópio, frequencímetro ou qualquer outro instrumento.

Por exemplo, no paquímetro:

posição correta
      +
pressão adequada
      +
superfícies limpas
      +
instrumento adequado
      ↓
melhor medição

Em um termômetro:

posição do sensor
      +
tempo de estabilização
      +
características da superfície
      +
condições ambientais
      ↓
melhor medição

A técnica de medição importa tanto quanto o instrumento.

Veja as dicas no vídeo

No vídeo abaixo apresento algumas dicas sobre como obter mais precisão nas medidas realizadas com multímetro ou outros instrumentos.

O objetivo não é transformar uma medição simples em um procedimento de laboratório.

É desenvolver um hábito importante:

antes de confiar em um número, entender como ele foi obtido.

Um instrumento melhor ajuda, mas a técnica continua importante

Comprar um multímetro mais caro pode oferecer:

melhor exatidão, maior resolução, melhor estabilidade e mais recursos.

Mas isso não corrige automaticamente uma medição mal realizada.

Podemos resumir uma boa medição assim:

INSTRUMENTO ADEQUADO
        +
FAIXA ADEQUADA
        +
BOAS PONTAS E CONTATOS
        +
TÉCNICA CORRETA
        +
CONDIÇÕES CONHECIDAS
        +
REPETIÇÃO QUANDO NECESSÁRIA
        ↓
RESULTADO MAIS CONFIÁVEL

Esse talvez seja o ponto mais importante.

Medir bem não significa apenas possuir um bom instrumento. Significa saber utilizá-lo e conhecer as limitações da medida que estamos realizando.