Um multímetro para você montar.
Artigo: Newton C. Braga (*)
Você tem um multímetro? Não, mas gostaria de ter. Se você já encontrou na sua sucata um galvanômetro, aquele reloginho com um ponteiro que fica oscilando quando a música toca nos mixers, amplificadores e outros aparelhos de som como VU – Volume Units), pode usá-lo para fazer isso. Vamos ensinar como.
Os Multímetros
É claro que se você não encontrar, mas quer montar pode até comprar um pela internet.
Os multímetros, ou Volt-Ohm-Miliamperímetros como também são chamados, são instrumentos de prova que servem para medir três grandezas elétricas basicamente: tensões, correntes e resistências.
Nas casas de equipamentos eletrônicos os leitores podem ainda ver multímetros analógicos (figura 1)
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Figura 01
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Se bem que, relativamente aos custos, os multímetros sejam de todos os instrumentos os mais acessíveis aos estudantes, principiantes e amadores de menos recursos, acreditamos que a maioria dos leitores ainda não possua um destes em sua bancada.
Assim, utilizando como base um instrumento de boa sensibilidade que é o VU-meter, que pode ser encontrado a baixo custo na maioria das casas de material eletrônico, resolvemos projetar um multímetro de baixo custo, e que dentro das exigências da maioria dos nossos projetos, pode ser de grande ajuda aos montadores.
Nosso instrumento, como multímetro simplificado, possui três escalas de tensões que permite a medida desta grandeza na faixa de 1 à 100V com boa precisão, e além disso uma escala para medida de resistências. Montado numa pequena caixa plástica, com sua própria bateria interna de grande autonomia, este aparelho é totalmente portátil e, portanto, de manuseio extremamente fácil (figura 2).
Figura 02
O CIRCUITO
O princípio de funcionamento deste multímetro é o mesmo dos multímetros profissionais, com a diferença que usamos um instrumento de baixo custo com uma escala menor, o que de certo modo não permite a obtenção de uma excelente precisão. Assim, enquanto os instrumentos de boa qualidade têm uma precisão na faixa de 1 ou 2%, o nosso poderá ser ajustado a ponto de chegar a uns 5% de precisão.
Na figura 3 temos então um diagrama de blocos que representa o nosso instrumento.
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Figura 03
O bloco principal, sem dúvida, é o que corresponde ao instrumento, um medidor de corrente (VU) que no caso exige uma corrente de 200pA para deflexão total de sua agulha. Em função destes 200pA é que são calculados os demais componentes do circuito, que determinam o que ele pode medir e com que precisão.
Assim, para a escala de tensões, o que se faz é ligar um trimpot em série com o instrumento de tal modo que, com uma determinada tensão de entrada, tenha-se uma deflexão total do instrumento, fixando-se o fundo da escala.
Assim, no nosso caso, com uma resistência da ordem de 5k, correspondente ao trimpot e resistência interna do instrumento, com 1V na entrada temos uma corrente de 200 pA (1/200pA). Isso significa que, com o simples acréscimo do trimpot ajustado para esta resistência, temos já a operação do instrumento corno voltímetro de O à 1V, ou seja, capaz de medir tensões entre O e 1V. (figura 4)
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Figura 04
Com um trimpot ajustado para termos uma resistência total de 50k, teremos a corrente de 200 µA de fundo de escala, com 10V, o que significa que podemos então medir tensões de 0 à 10V. É a segunda escala do instrumento. E, igualmente, com uma resistência total de 500k, a tensão máxima chegará à 100V. É a terceira escala do instrumento. No projeto final, teremos as três escalas, com três trimpots pré-ajustados cuja ligação é escolhida pela colocação das pontas de prova em bornes apropriados. (figura 5)
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Figura 05
Veja o leitor que se dividirmos o fundo de cada escala pelo valor de resistência total do instrumento teremos sempre o mesmo valor:
1 volt dividido por 5k = 5k
10 volts dividido por 50k = 5k
100 volts dividido por 500k = 5k
Para medir resistências o que se faz é aplicar uma tensão e verificar a corrente circulante. Esta corrente, de acordo com a lei de Ohm, é inversamente proporcional à sua resistência. Assim, para o setor de medida de resistência usamos uma bateria interna de 3V, formada por duas pilhas e um trimpot para o ajuste do ponto de funcionamento. (figura 6)
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Figura 06
Sem resistência no circuito devemos ajustar o trimpot para a corrente máxima no instrumento. Este ajuste será necessário sempre, pois com o tempo a bateria se desgasta mudando, portanto, a tensão aplicada.
A seguir, intercalando a resistência desconhecida no circuito teremos uma corrente menor. A corrente será reduzida à metade quando a resistência do instrumento (instrumento mais trimpots) for igual à resistência que está sendo medida. No-nosso caso, esta corresponde a um valor da ordem de 30k que será justamente o meio da escala.
Veja então, que a escala de resistência não é linear, pois teremos à sua direita, no máximo, o ponto de resistência zero, no meio a resistência da ordem de 30k e à esquerda, com corrente nula, uma resistência infinita (figura 7). Este tipo de escala é característico dos instrumentos tipo série para a medida de resistências.
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Figura 07
O valor de 30k no meio da escala pode ser considerado bom para os trabalhos práticos realizados por estudantes e amadores.
OS COMPONENTES
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Figura 08
Uma caixa plástica com as dimensões indicadas na figura 8, ou de acordo com o instrumento escolhido, não oferecerá dificuldade aos leitores.
Com relação aos componentes eletrônicos, começamos com o VU que é o mais importante.
O VU recomendado é o de 200 µA (comum), não importando sua escala já que esta poderá ser alterada. Os tipos de 0-1 mA podem também ser usados, mas a sensibilidade do instrumento ficará reduzida para 1000 ohms por volt e o novo centro da escala de resistência será em 6k.
Os diodos podem ser de qualquer tipo, de silício como o 1 N4001, 1 N4002, 1 N914 ou seus equivalentes. Os resistores são todos de 1/8W com tolerância de 10% ou mais, já que um ajuste prévio de funcionamento nos trimpots evitará a influência destes componentes no circuito. Os trimpots são todos comuns, com os valores indicados na lista de material ou pouco maiores.
MONTAGEM
A montagem é bem simples porque poucos componentes são usados. Recomendamos a montagem em ponte de terminais, com a colocação dos trimpots em posição que facilite o seu ajuste.
Para a soldagem o leitor deve usar um soldador de pequena potência (máximo 30W) e solda de boa qualidade. As ferramentas adicionais são as comuns: um alicate de corte lateral, um alicate de ponta fina e chaves de fenda.
Na figura 9 temos então o circuito completo do nosso multímetro e na figura 10 a disposição dos componentes na ponte de terminais.
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Figura 09
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Figura 10
Os fios de ligação entre os componentes devem ser curtos para que não influenciem, com sua resistência, na precisão do instrumento.
O trimpot de 22k para o ajuste de nulo da resistência é o único que deve ser montado no painel do instrumento, pois este deve ser acionado antes de todas as medidas de resistência. Na dificuldade de instalar no painel este componente, o leitor pode optar por um potenciômetro miniatura de mesmo valor.
Veja que não é preciso usar interruptor para a bateria interna, pois basta desligar as pontas de prova para que o circuito fique automaticamente inativo.
Complete a montagem com a interligação dos componentes da ponte com os bornes e o instrumento, assim como do trimpot Zero Adj e o suporte de pilhas. Use fio fino de capa plástica em comprimento não excessivo.
Terminada a montagem, antes de fazer a escala para o instrumento, verifique se ele funciona corretamente.
Prova Inicial
A prova inicial é feita simplesmente ligando-se as pontas de prova nos bornes (comum) e (ohms). Se o ponteiro do instrumento deflexionar para o lado errado, ou seja, tender para a esquerda, inverta a ligação do VU. (Veja também se a ligação do suporte de pilhas não está errada).
A seguir, coloque as pontas de prova, uma no terminal comum (preta) e a outra no terminal 0-10V (vermelha). Ligue as pontas de prova numa bateria de 9V. O instrumento deve deflexionar para a direita. Não se preocupe com o que ele marcar pois ainda não fizemos sua calibração!
CALIBRAÇÃO E ESCALA
A escala é mostrada na figura 11. Veja o leitor que ela deve ajustar-se perfeitamente ao tamanho do seu instrumento, isto é, a agulha na posição de mínimo deve marcar 0 V e na posição de máximo deve ir ao 1.
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A escala de resistência dada é para os tipos de 200 µA. Se você usar um tipo de 1 mA, divida por 5 todos os valores da escala de resistência.
Uma vez desenhada num papel com tinta nanquim preta, você deve colocar sua escala no instrumento, tirando seu painel para isso. Cole a nova escala tomando cuidado com a agulha que é muito sensível e verificando se ela mantém seu movimento livre.
Lista de Material
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Sobre
O Instituto Newton C. Braga visa oferecer apoio didático para o ensino de tecnologia tanto para o nível fundamental e médio como técnico e superior. O apoio está baseado na ampla experiência do autor como educador e autor de centenas de livros sobre o assunto, com projetos adotados numa infinidade de escolas de todo o mundo. Este apoio está focado em três áreas:
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Fornecer programas de projetos práticos para que as escolas implantem o ensino de tecnologia. Os projetos são criados pelo autor, e em alguns casos disponíveis na forma de kits fornecidos pelo nosso parceiro, Eletrônica Rei do Som (www.reisdosom.com.br).
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Fornecer material impresso como apostilas que facilitem tanto o trabalho dos professores como dos alunos.
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Dar treinamento aos professores com suporte à distância para as dúvidas que eventualmente eles tenham.
Nos ítens a seguir poderão ser encontradas mais informações sobre o método de ensino desenvolvido por Newton C. Braga baseado em seu personagem Professor Ventura.
Professor Ventura Ensina Tecnologia
O personagem criado pelo autor protagoniza estórias e aventuras ensinando tecnologia e dando as principais explicações sobre projetos e seus funcionamentos. O aspecto lúdico do aprendizado não é esquecido.
Banco de Imagens
Fotos do autor e de seus alunos nas escolas que já utilizam o projeto e em eventos importantes.
Ensinando Tecnologia
Porque ensinar tecnologia nas escolas, analisando as necessidades atuais dos programas oficiais e PCN.
Exemplos de Projetos
Alguns projetos já implantados e que estão disponíveis para as escolas interessadas na página de Mecatrônica..
Para mais informações escreva-nos: leitor@newtoncbraga.com.br.