Um microamperímetro analógico foi projetado originalmente para medir correntes muito pequenas. Mas, acrescentando o resistor correto ao circuito, podemos transformar esse instrumento em um voltímetro analógico e criar a escala de tensão mais adequada ao nosso projeto.
Esse é um princípio muito utilizado nos instrumentos analógicos: o mesmo movimento de ponteiro pode ser adaptado para diferentes faixas de medição.
No vídeo deste artigo mostro como podemos calibrar um microamperímetro para utilizá-lo na medição de tensão.
O que é um microamperímetro?
O microamperímetro é um instrumento bastante sensível destinado a indicar correntes da ordem de microampères (µA).
Em um movimento analógico típico de bobina móvel, a corrente que atravessa a bobina produz um campo magnético que interage com o campo de um ímã permanente.
O resultado é o deslocamento do ponteiro.
De forma simplificada:
corrente → campo magnético → movimento da bobina → deslocamento do ponteiro
Existe uma determinada corrente capaz de levar o ponteiro até o final da escala. Ela é chamada de corrente de fundo de escala, ou full-scale deflection (FSD).
Como um instrumento que mede corrente pode medir tensão?
Aqui entra uma aplicação muito interessante da Lei de Ohm.
Sabemos que:
V = R × I
Se conhecemos a corrente necessária para levar o ponteiro ao fundo da escala, podemos colocar uma resistência em série de maneira que determinada tensão produza exatamente aquela corrente.
Assim:
tensão a medir → resistor em série → microamperímetro
O resistor limita a corrente que atravessa o delicado movimento do instrumento. Esse resistor é tradicionalmente chamado de resistor multiplicador.
Um exemplo deixa isso muito mais fácil
Imagine um microamperímetro de:
100 µA de fundo de escala
e queremos transformar o instrumento em um voltímetro de:
0 a 10 V
Precisamos fazer com que:
10 V → 100 µA → ponteiro no final da escala
Pela Lei de Ohm:
R = V / I
Portanto:
R = 10 / 0,0001
R = 100.000 Ω
ou:
R = 100 kΩ
Esse seria o valor total aproximado necessário para que 10 V produzissem 100 µA. Um exemplo técnico clássico chega justamente a 100 kΩ para um movimento de 100 µA utilizado em uma escala de 10 V.
Mas existe a resistência interna do instrumento
O cálculo anterior é uma aproximação.
A própria bobina do microamperímetro possui resistência.
Se quisermos fazer um cálculo mais preciso:
Rs = (V / Ifs) − Rm
onde:
Rs = resistor que adicionaremos em série
V = tensão desejada para o fundo da escala
Ifs = corrente de fundo de escala do instrumento
Rm = resistência interna do microamperímetro
Essa é a relação utilizada no projeto de voltímetros analógicos.
Podemos escolher praticamente qualquer escala?
Dentro dos limites do instrumento e do projeto, podemos criar diferentes faixas.
Por exemplo, o mesmo microamperímetro poderia ser utilizado para construir indicadores de:
0–5 V
0–10 V
0–15 V
0–20 V
0–30 V
O que muda principalmente é o valor do resistor multiplicador.
Isso é muito interessante quando queremos construir um instrumento dedicado para determinado equipamento.
Imagine uma fonte ajustável de 0 a 15 V.
Em vez de colocar um instrumento com escala genérica, podemos adaptar um microamperímetro para que:
0 no ponteiro = 0 V
e
final da escala = 15 V
Temos então um voltímetro especificamente calibrado para aquela fonte.
Como fazer a calibração na prática?
Podemos utilizar uma fonte DC ajustável e um multímetro digital como referência.
A ideia é aplicar tensões conhecidas e observar a posição do ponteiro.
Por exemplo:
| Tensão | Posição esperada numa escala de 0–10 V |
|---|---|
| 0 V | 0% |
| 2,5 V | 25% |
| 5 V | 50% |
| 7,5 V | 75% |
| 10 V | 100% |
Se o comportamento do instrumento for suficientemente linear, podemos construir uma nova escala sobre o mostrador.
Um procedimento de caracterização também pode começar determinando experimentalmente a corrente necessária para produzir a deflexão de fundo de escala, sempre usando uma resistência suficientemente alta para proteger o movimento.
Comece sempre com resistência alta
Esse cuidado é fundamental.
Um microamperímetro é um instrumento sensível.
Se o movimento foi projetado para atingir o fundo da escala com 100 µA e aplicarmos uma corrente muito maior diretamente na bobina, podemos danificá-lo.
Por isso, em uma calibração experimental:
comece com resistência elevada → aplique tensão baixa → observe o ponteiro → reduza/ajuste cuidadosamente
Nunca comece aplicando uma tensão diretamente nos terminais do microamperímetro.
Podemos utilizar um potenciômetro para encontrar o valor?
Sim. Esse é um método interessante para experimentação.
Podemos utilizar uma resistência fixa de proteção combinada com um potenciômetro adequado e ajustar gradualmente até obter a indicação desejada.
Depois:
ajustamos → medimos a resistência encontrada → substituímos por resistor(es) apropriado(s)
A resistência fixa de proteção é particularmente importante para impedir que um ajuste acidental do potenciômetro leve corrente excessiva ao instrumento. Procedimentos experimentais de calibração de movimentos analógicos recomendam começar sempre com resistência elevada justamente devido à sensibilidade desses mecanismos.
E se eu quiser várias escalas?
A ideia fica ainda mais interessante.
Podemos utilizar uma chave seletora e diferentes resistores:
posição 1 → 5 V
posição 2 → 10 V
posição 3 → 20 V
posição 4 → 50 V
Cada posição coloca um resistor multiplicador diferente em série com o mesmo movimento.
Esse é, essencialmente, um dos princípios utilizados nos multímetros analógicos tradicionais, nos quais diferentes resistores são selecionados para criar diferentes faixas de tensão.
E para medir corrente maior?
A solução é diferente.
Para transformar o movimento em voltímetro utilizamos:
resistor em série → multiplicador
Para aumentar sua faixa como amperímetro, utilizamos:
resistor em paralelo → shunt
O shunt desvia a maior parte da corrente para que apenas uma pequena parcela atravesse o sensível movimento do instrumento.
Essa diferença é muito importante:
medir tensão → resistor em série
medir corrente maior → resistor em paralelo
O voltímetro interfere no circuito?
Sim. Nenhum instrumento real é completamente invisível para o circuito que está medindo.
O voltímetro apresenta determinada resistência de entrada e, consequentemente, retira uma pequena corrente do circuito.
Quanto menor for a corrente de fundo de escala do movimento, maior pode ser a resistência utilizada para determinada faixa de tensão e menor tende a ser o efeito de carga sobre o circuito.
É uma das razões pelas quais movimentos muito sensíveis eram desejáveis nos bons voltímetros analógicos.
Atenção à polaridade
Em um movimento DC convencional também precisamos respeitar a polaridade.
Se conectarmos a tensão invertida, o ponteiro tentará deslocar-se no sentido contrário.
Portanto, identifique corretamente:
+ do instrumento
e
− do instrumento
antes de fazer a instalação definitiva.
Veja como calibrei o microamperímetro
No vídeo abaixo mostro na prática como calibrar um microamperímetro para utilizá-lo na medição de tensão em projetos eletrônicos.
Um ótimo exemplo de eletrônica fundamental
Esse pequeno projeto ensina muito mais do que simplesmente modificar um instrumento.
Partimos de:
microamperímetro
e aplicamos:
Lei de Ohm + resistor multiplicador + calibração
para chegar a:
voltímetro
É também uma ótima maneira de compreender como funcionam internamente muitos instrumentos analógicos.
Em vez de enxergarmos o mostrador apenas como uma caixa que “mede volts”, percebemos que por trás da escala existe um movimento sensível à corrente, acompanhado por componentes que condicionam essa corrente para representar a grandeza que queremos medir.