Atividades Práticas Supervisionadas – APS Construção de Ohmímetro Analógico (500 Ω meio de escala)

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Revisão Bibliográfica

Ohmímetros são instrumentos utilizados para medição de resistência elétrica. O mecanismo sensor mais utilizado em ohmímetros é um dispositivo sensor de corrente ou galvanômetro, chamado também de mecanismo medidor de D’Arsonval.

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Galvanômetro ou medidor de D’Arsonval

A corrente, ao circular por um condutor, produz dois efeitos principais: calor e magnetismo. A intensidade desses efeitos depende da intensidade da corrente. Estes efeitos podem ser utilizados em instrumentos de medição.

Um galvanômetro é um dispositivo eletromecânico no qual se produz um torque como resultado da interação entre uma corrente elétrica, que passa pela bobina do instrumento e o campo magnético existente no entorno da bobina.

Em 1881, D’Arsonval patenteou um mecanismo que utiliza o efeito eletromagnético da corrente, por essa razão, a maioria dos mecanismos compostos por bobina móvel e ímã permanente recebe o nome de instrumento de D’Arsonval.

O mecanismo D’Arsonval é constituído de uma basicamente de uma bobina de fio muito fino, imersa em um campo magnético uniforme de um imã permanente e montada em um sistema de suspensão que a permite girar em torno de um eixo que passa através de seu diâmetro, quando percorrida por corrente elétrica. Duas molas-cabelo enroladas em sentidos opostos se opõem ao movimento da armadura (contratorque); são amagnéticas. As molas espirais farão com que o ponteiro do medidor retorne a zero, quando não houver fluxo de corrente pela bobina móvel.

Quando a corrente a ser media percorre a bobina ela produz um campo magnético que interage com o campo magnético gerado pelo imã permanente, provocando uma deflexão angular proporcional a intensidade da corrente. Esta ação é limitada pela ação restauradora das molas espirais. Este limite ocorre quando o torque provocado pela força de interação magnética se iguala ao torque restaurador da mola. O valor deste deslocamento é indicado em uma escala graduada através de um ponteiro fixo à bobina móvel, indicando, deste modo, a intensidade da corrente.

Através de circuitos apropriados, o galvanômetro pode ler outras grandezas elétricas como tensão contínua, resistência, entre outras.

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Charles Wheatstone

Cientista inglês do século XIX, que fez várias contribuições para o estudo de circuitos elétricos e também inventou, entre outros dispositivos, o estereoscópio (um dispositivo para mostrar imagens tridimensionais) e uma técnica de encriptação (Playfair cipher, utilizada na primeira e segunda Guerra Mundial).

Publicou diversos artigos científicos e a maioria de seus papers é relevante até os dias atuais. Os circuitos desenvolvidos por Wheatstone com resistências em paralelo e em ponte, em série ou em paralelo com equipamentos, são a base dos medidores-testadores multirange modernos. Atualmente os multímetros, amperímetros e ohmímetros digitais possuem formas diferentes de medição, mas os conceitos apresentados e desenvolvidos por Wheatstone foram base dos princípios de medição de precisão de circuitos elétricos por um século e meio. Além disso, podemos utilizar o circuito de ponte de Wheatstone para se medir Temperatura, Pressão, Medição de Peso.

A ponte de Wheatstone é uma montagem que serve para descobrirmos o valor, com boa precisão de uma resistência elétrica desconhecida.

A ponte consiste em dois ramos de circuito contendo dois resistores cada um e interligados por um galvanômetro. Todo conjunto deve ser ligado a uma fonte de tensão elétrica.

[pic 3]

Variando-se a resistência do reostato, pode-se obter um ponto em que a indicação no galvanômetro fica nula, aí a ponte está equilibrada.

[pic 4]

Dos resistores R1, R2, R3, um deles é o desconhecido, cujo valor desejamos determinar e os outros dois são resistores conhecidos.

Com a ponte equilibrada:

[pic 5]

Como UCD = 0

Temos:

[pic 6]

Dividindo uma equação pela outra temos:

[pic 7]

Numa ponte equilibrada, há uma igualdade em cruz do produto das resistências elétricas.

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Metodologia

Para o desenvolvimento do protótipo em questão utilizou-se um galvanômetro de escala de 0 á 1KΩ (meio de escala 500Ω).

[pic 8]

Figura 1- Escala do galvanômetro

O galvanômetro é um instrumento muito sensível utilizado para medir correntes de baixa intensidade, como por exemplo, correntes da ordem miliampére. O galvanômetro nada mais é do que um amperímetro muito sensível, com o ponteiro no meio da escala, podendo assim medir correntes nos dois sentidos do circuito elétrico.

Partindo do principio de que quando o circuito está aberto, o ponteiro deve tender ao infinito, foi utilizada uma década resistiva (figura abaixo) para alterar os valores das resistências medidas e assim verificar a posição do ponteiro para cada valor medido.

[pic 9]

Figura 2- Década Resistiva

Há diversos métodos para se construir um ohmímetro, o método adotado neste projeto foi o circuito da Ponte de Wheatstone, que foi melhor explicado anteriormente e é ilustrado na imagem abaixo:

[pic 10]

Figura 3- Circuito da Ponte de Wheatstone

A ponte estará em equilíbrio somente quando o valor de RV (fundo de escala) for igual ao RX (valor medido), quando isto acontecer a corrente que passará pelo