Design do ohmímetro

Embora os projetos de ohmímetro mecânico (medidor de resistência) sejam raramente usados ​​hoje, tendo sido amplamente substituídos por instrumentos digitais, sua operação é intrigante e digna de estudo.

Objetivo do ohmímetro

O propósito de um ohmímetro, é claro, é medir a resistência colocada entre seus terminais. Esta leitura de resistência é indicada por meio de um movimento mecânico do medidor que opera com corrente elétrica. O ohmímetro deve então ter uma fonte interna de voltagem para criar a corrente necessária para operar o movimento, e também ter resistores de variação apropriados para permitir a quantidade certa de corrente através do movimento em qualquer resistência.

Como funciona um ohmímetro?

Começando com um movimento simples e circuito de bateria, vamos ver como funcionaria como um ohmímetro:



Quando há resistência infinita (sem continuidade entre os cabos de teste), há corrente zero no movimento do medidor e a agulha aponta para a extremidade esquerda da escala. Nesse sentido, a indicação do ohmímetro está “para trás” porque a indicação máxima (infinito) está à esquerda da escala, enquanto os medidores de tensão e corrente têm zero à esquerda de suas escalas.

Se os cabos de teste deste ohmímetro estiverem diretamente em curto (medindo zero Ω), o movimento do medidor terá uma quantidade máxima de corrente através dele, limitada apenas pela tensão da bateria e a resistência interna do movimento:



Com 9 volts de potencial de bateria e apenas 500 Ω de resistência de movimento, a corrente do nosso circuito será de 18 mA, o que está muito além da classificação em escala real do movimento. Esse excesso de corrente provavelmente danificará o medidor.

Não só isso, mas ter tal condição limita a utilidade do dispositivo. Se totalmente à direita da escala na face do medidor representar uma quantidade infinita de resistência, então totalmente à direita da escala deve representar zero. Atualmente, nosso projeto “fixa” o movimento do medidor para a direita quando a resistência zero é fixada entre os terminais. Precisamos de uma maneira de fazer com que o movimento registre apenas em escala real quando os fios de teste estiverem em curto. Isso é feito adicionando uma resistência em série ao circuito do medidor:



Para determinar o valor adequado para R, calculamos a resistência total do circuito necessária para limitar a corrente a 1 mA (deflexão de escala total no movimento) com 9 volts de potencial da bateria e, em seguida, subtraímos a resistência interna do movimento dessa figura:



Agora que o valor correto para R foi calculado, ainda temos um problema de alcance do medidor. No lado esquerdo da escala temos “infinito” e no lado direito zero. Além de estar “atrasada” nas escalas de voltímetros e amperímetros, essa escala é estranha porque vai do nada para tudo, e não do nada para um valor finito (como 10 volts, 1 ampere etc.).

Alguém pode fazer uma pausa para se perguntar:“o que o meio de escala representa? Qual número está exatamente entre zero e infinito? ” O infinito é mais do que apenas um muito grande quantidade:é uma quantidade incalculável, maior do que qualquer número definido jamais poderia ser. Se a indicação de meia escala em qualquer outro tipo de medidor representa 1/2 do valor da faixa de escala completa, então o que é a metade do infinito em uma escala de ohmímetro?

Escala logarítmica do ohmímetro

A resposta para este paradoxo é uma escala não linear . Simplificando, a escala de um ohmímetro não progride suavemente de zero ao infinito conforme a agulha se move da direita para a esquerda. Em vez disso, a escala começa "expandida" no lado direito, com os valores de resistência sucessivos crescendo cada vez mais perto uns dos outros em direção ao lado esquerdo da escala:



O infinito não pode ser abordado de forma linear (uniforme), porque a escala nunca chegar lá! Com uma escala não linear, a quantidade de resistência expandida para qualquer distância na escala aumenta à medida que a escala avança em direção ao infinito, tornando o infinito uma meta atingível.

No entanto, ainda temos uma questão de alcance para nosso ohmímetro. Qual valor de resistência entre os cabos de teste causará exatamente ½ escala de deflexão da agulha? Se sabemos que o movimento tem uma classificação de escala total de 1 mA, então 0,5 mA (500 µA) deve ser o valor necessário para a deflexão de meia escala. Seguindo nosso projeto com a bateria de 9 volts como fonte, obtemos:



Com uma resistência de movimento interno de 500 Ω e um resistor de faixa em série de 8,5 kΩ, isso deixa 9 kΩ para uma resistência de teste externa (condutor a condutor) na escala 1/2. Em outras palavras, a resistência de teste dando 1/2 escala de deflexão em um ohmímetro é igual em valor à resistência total em série (interna) do circuito do medidor.

Usando a Lei de Ohm mais algumas vezes, podemos determinar o valor da resistência de teste para a deflexão da escala de 1/4 e 3/4 também:

Deflexão da escala de 1/4 (0,25 mA de corrente do medidor):



Deflexão da escala de 3/4 (0,75 mA de corrente do medidor):



Portanto, a escala para este ohmímetro se parece com isto:



Um grande problema com este projeto é sua dependência de uma voltagem de bateria estável para uma leitura de resistência precisa. Se a tensão da bateria diminuir (como acontece com todas as baterias químicas com o tempo e o uso), a escala do ohmímetro perderá a precisão. Com o resistor de faixa em série em um valor constante de 8,5 kΩ e a tensão da bateria diminuindo, o medidor não desviará mais a escala completa para a direita quando os cabos de teste estiverem em curto (0 Ω). Da mesma forma, um teste de resistência de 9 kΩ não desviará a agulha para exatamente 1/2 escala com uma tensão de bateria menor.

Existem técnicas de design usadas para compensar a tensão variável da bateria, mas elas não cuidam completamente do problema e devem ser consideradas, na melhor das hipóteses, aproximações. Por esse motivo, e pelo fato da escala não linear, este tipo de ohmímetro nunca é considerado um instrumento de precisão.

Uma advertência final precisa ser mencionada em relação aos ohmímetros:eles só funcionam corretamente quando medem uma resistência que não está sendo alimentada por uma fonte de tensão ou corrente. Em outras palavras, você não pode medir a resistência com um ohmímetro em um circuito “vivo”! A razão para isso é simples:a indicação precisa do ohmímetro depende da única fonte de tensão sendo sua bateria interna. A presença de qualquer tensão no componente a ser medido interferirá na operação do ohmímetro. Se a tensão for grande o suficiente, pode até danificar o ohmímetro.

REVER:

• Os ohmímetros contêm fontes internas de tensão para fornecer energia ao fazer medições de resistência.
• Uma escala de ohmímetro analógico está "ao contrário" de um voltímetro ou amperímetro, a agulha de movimento lendo resistência zero em escala real e resistência infinita em repouso.
• Ohmímetros analógicos também têm escalas não lineares, "expandidas" na extremidade inferior da escala e "compactadas" na extremidade superior para poder abranger de zero a resistência infinita.
• Ohmímetros analógicos não são instrumentos de precisão.
• Ohmetros nunca devem ser conectado a um circuito energizado (ou seja, um circuito com sua própria fonte de tensão). Qualquer tensão aplicada às pontas de teste de um ohmímetro invalidará sua leitura.

PLANILHAS RELACIONADAS:

• Amperímetro para planilha de ohmímetro
• Planilha de uso do ohmímetro básico