7 cose da sapere sulla misurazione della tensione

Ecco sette fatti che dovresti conoscere sulla tensione:

 

1. La tensione non è una singola grandezza, ma una differenza tra due valori distinti

È abbastanza naturale chiedere: «Qual è la tensione in questo punto del circuito?». E, in effetti, se qualcuno pone una domanda del genere, si può presumere che intenda rispetto al neutro principale o al polo negativo della batteria o dell’alimentatore. Tuttavia, il concetto in sé è molto importante: non possiamo semplicemente avere una tensione in un punto qualsiasi di un circuito.

I guasti sono sempre dovuti a una quantità errata di corrente in un punto del circuito. Forse un filo interrotto significa corrente nulla. Oppure un problema di surriscaldamento provoca una corrente eccessiva. Se vogliamo individuare il problema, dobbiamo distinguere tra l’espressione «tensione in un punto del circuito» (sempre con il riferimento di massa/neutro sottinteso) e l’espressione «tensione ai capi di un dispositivo nel circuito».

Il punto fondamentale è questo: devi essere certo di dove collegare il puntale nero COM del multimetro.

 

Figura 1. Due puntali di prova sono fondamentali per misurare la tensione, a differenza delle misurazioni della pressione, a cui la tensione viene spesso paragonata.

 

2. La tensione è presente sempre e in ogni luogo

Mentre cammini per casa, probabilmente non pensi spesso al fatto che la tensione sia presente dentro e intorno a ogni oggetto, ma è proprio così. Esistono interi settori industriali dedicati alla soluzione dei problemi legati all’elettricità statica, che può accumulare tensioni elevate su oggetti casuali, in attesa che un contatto generi una rapida scintilla e una scarica.

Spesso è innocua, ma ecco tre situazioni in cui può essere un problema: un bambino che scende da uno scivolo di plastica, una pompa di benzina con vapori infiammabili intorno e un circuito di computer sensibile e non protetto. Lo scivolo è la situazione più comunemente percepita, ma la pompa di benzina e il circuito possono essere molto più pericolosi e costosi. Ricorda: hai sempre una tensione. L’aria ha una tensione e ogni oggetto ha una tensione. Quando necessario, impara a toccare correttamente un oggetto che ti riporti alla stessa tensione dell’ambiente circostante (oppure scarica a terra il tuo corpo), prima di creare accidentalmente una scintilla nel posto sbagliato.

 

3. La tensione è correlata alla corrente, ma non dipende dalla corrente

La legge di Ohm mette in relazione tensione, corrente e resistenza secondo un rapporto lineare. Mantenendo costante la resistenza di un carico, tensione e corrente sono direttamente correlate: raddoppiando la tensione, raddoppia anche la corrente. Tuttavia, è possibile avere tensione senza avere corrente nel circuito, e la legge di Ohm sembra venire meno. Questo fatto è particolarmente evidente nei circuiti aperti, dove la resistenza quasi infinita viene moltiplicata per la corrente nulla e anche la tensione dovrebbe essere nulla. Eppure, misurando la tensione ai capi del circuito aperto, rileviamo un valore finito.

In presenza di un circuito aperto, stiamo invece misurando la tensione «potenziale», non la tensione caduta a causa della potenza dissipata in un carico.

 

Figura 2. Questa batteria, che rappresenta un semplice circuito «aperto», ha certamente ancora una tensione, ma nessuna corrente.

 

4. I voltmetri non possono visualizzare la tensione esatta in ogni momento

I voltmetri digitali sono limitati dalla frequenza di aggiornamento, quindi ogni piccolo picco o calo di tensione non verrà né misurato né visualizzato. I misuratori analogici, pur non avendo una frequenza di aggiornamento, impiegano del tempo per rispondere ai cambiamenti e quindi non sono in grado di mostrare variazioni rapide della tensione. Considerali invece come strumenti che mostrano la tensione «media» dell’ultimo secondo circa.

Nella maggior parte dei casi, questa media mobile è più che sufficiente. Ma se devi davvero misurare segnali ad alta velocità, lo strumento più adatto è un oscilloscopio, che visualizza le forme d’onda con una precisione temporale fino a miliardi di campioni al secondo!

 

5. Non puoi misurare l’effettiva tensione ai capi di un componente

Quando misuri la tensione, una piccola quantità di corrente attraversa il voltmetro da +V a COM. Quando provi a misurare la tensione di un terminale o di un carico, una piccola quantità aggiuntiva di elettricità passa attraverso lo strumento e, dal punto di vista del circuito, ciò significa che la resistenza del carico si è appena ridotta. La variazione è minima, ma sufficiente a modificare il circuito.

Nella maggior parte dei casi, questa piccola variazione è del tutto irrilevante per un elettricista e non merita nemmeno di essere discussa. Ma esistono circuiti in cui può essere significativa? Sì. Nei circuiti ad alta resistenza, come quelli con semiconduttori, la resistenza dei dispositivi può essere relativamente vicina a quella del voltmetro (per esempio, la resistenza nello stato di interdizione di un MOSFET). Se si introduce improvvisamente quella resistenza equivalente del misuratore, la resistenza del carico si dimezza e la corrente nel circuito raddoppia! Quando parliamo di milioni di ohm di resistenza, la corrente è ancora ridotta, ma i risultati visualizzati sul display del misuratore non rappresenterebbero certamente la situazione corretta!

 

Figura 3. A sinistra vediamo una semplice misurazione della tensione ai capi di un resistore in serie. A destra, invece, l’unica modifica è il collegamento di un altro voltmetro ai capi dell’altro resistore. Quel voltmetro fa una differenza enorme!

 

6. È possibile generare archi elettrici anche con batterie a bassa tensione

Mi è capitato molto raramente di ricevere una scossa da uno strumento di misura. Ma la prima volta è successo (non a caso) solo pochi minuti prima che capissi davvero come funzionava un multimetro per la misura dell’isolamento (megaohmmetro)!

Quando la tensione continua prodotta da una batteria viene convertita in corrente alternata tramite un inverter, può essere inviata a un trasformatore come qualsiasi altro segnale in corrente alternata. Potrebbe benissimo trattarsi di un trasformatore elevatore, in grado di trasformare i modesti 6-9 volt delle batterie AA in oltre 500 o persino 1000 volt. E questo è certamente sufficiente a produrre una tensione con arco visibile e a risvegliare un giovane ingegnere curioso.

Fortunatamente, la potenza complessiva di una scintilla proveniente da poche batterie AA è molto ridotta, quindi è improbabile che sia pericolosa, ma insegna a rispettare le leggi dell’elettricità e a prestare molta attenzione a come si usano le mani per tenere i puntali dello strumento a contatto con il dispositivo.

 

7. La tensione può rimanere presente per anni

Questo lo sai già: hai comprato batterie in negozio con una data di scadenza fissata a molti anni nel futuro, forse persino a un decennio. Tuttavia, alcuni dispositivi possono immagazzinare una quantità enorme di energia e, se sono progettati con componenti di alta qualità, possono impiegare diversi decenni prima che la tensione si dissipi definitivamente attraverso la resistenza del circuito, dell’aria o dei materiali presenti nei dispositivi.

Un colpevole noto sono i condensatori. Se i grandi condensatori utilizzati in dispositivi come gli azionamenti per motori e i vecchi televisori a tubo catodico vengono conservati in un ambiente asciutto e moderato e non contengono una sorta di resistore per la lenta dissipazione, possono conservare energia per un periodo molto lungo.

Se ti imbatti in un condensatore di grandi dimensioni, basta un attimo per misurare la tensione ai suoi terminali. Se mantiene una carica, puoi collegare ai terminali un resistore di valore elevato (da 100k a 1M, per esempio) e osservare la carica scaricarsi lentamente fino alla scomparsa della tensione.

 

Figura 4. Per assicurarti che un vecchio condensatore sia sicuro, misura la tensione. Se è presente una tensione, lascia il voltmetro collegato oppure installa un resistore finché la tensione non scende a zero.

 

Per avere successo nel campo dell’elettronica, non è necessario sapere tutto sull’elettricità: basta essere abbastanza intelligenti da continuare a imparare dai propri errori!

 

Se vuoi saperne di più sulle misurazioni con il multimetro, assicurati di consultare l’ebook di Control.com.