Danos em mult metros anal ogicos utilizados em aulas de laborat

Revista Brasileira de Ensino de Fsica, vol. 17, no. 3, setembro, 1995
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Danos em multmetros analogicos utilizados em aulas
de laboratorio de Fsica e sua protec~ao
(Damages in Analogic Multimeters Used in Physics Laboratory Class and its Protection)
W. Sano, A. F. Souza e C. H. Furukawa
Instituto de F
sica, Universidade de S~
ao Paulo
Caixa Postal 66318, 05389-970, S~
ao Paulo, Brasil
Trabalho recebido em 15 de abril de 1994
Resumo
Danos em multmetros analogicos, utilizados nas experi^encias sobre eletricidade, por alunos de engenharia s~ao discutidos. Para evitar o alto custo de manutenc~ao, dispositivos
de protec~ao baseados em fusvel e circuitos auxiliares de baixo custo foram instalados com
sucesso sem alterar as qualidades originais do aparelho.
Abstract
Damages in analogic multimeters, used in experiments about electricity, by engineering
students are discussed. To avoid the high cost of maintenance, devices for damage protection
based in fuse and low cost electronic circuits were installed with success without altering
the original quality of the instrument.
1. Introduca~o
Multmetros s~ao instrumentos basicos de medida de
tens~ao, corrente e resist^encia. Os do tipo analogico
(de ponteiro), apesar da crescente popularidade dos
multmetros digitais, apresentam qualidades proprias
que justicam o seu uso. Por exemplo, no aparelho que
vamos considerar, a resist^encia interna do voltmetro
na escala de 300V e de 30 M
(sendo proporcionalmente maior para fundos de escala superiores), bem
maior que os 10 M
(constantes para todas as escalas)
dos multmetros digitais de 3,5 dgitos de boa qualidade. Alem disso, ao efetuar uma medida, pela posic~ao
do ponteiro e mais facil avaliar que frac~ao do valor de
fundo de escala resulta a grandeza medida. A possibilidade de acompanhar o deslocamento do ponteiro no
instante da medida permite, tambem, uma avaliac~ao
mais rapida da medida.
No curso de Laboratorio de Fsica 3 para a Es-
cola Politecnica da USP, os multmetros s~ao objetos
de estudo da primeira aula, porque durante todo o semestre que dura o curso, sua utilizac~ao e muito necessaria para abordar diversos temas de eletricidade. O
numero de alunos e cerca de 700 e s~ao divididos em turmas de 20 a 30 alunos. S~ao utilizados um total de 40
multmetros analogicos da marca ICEL, mod^elo SK100.
Pela sua sensibilidade e robustez mec^anica este tipo de
multmetro tem suportado uso constante ha 8 anos. Entretanto, ao contrario dos multmetros digitais, devido
a falta de uma melhor protec~ao no circuito eletrico, a
taxa de danos e extremamente alta, chegando a 90% em
algumas classes. A unica protec~ao que vem de fabrica e
a do galvan^ometro com dois diodos opostos ligados em
paralelo.
II. Danos mais comuns
Durante a aula os alunos realizam medidas basicas
de tens~ao, corrente e resist^encia. Erros mais frequen-
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tes cometidos pelos alunos s~ao: 1) medir tens~ao, por
descuido, na escala de corrente ou resist^encia, resultando na danicac~ao de resistores e ate mesmo na carbonizac~ao parcial do circuito impresso do multmetro
quando a tens~ao em quest~ao e a da tomada; 2) mudanca da chave seletora de func~oes com o multmetro ligado em circuito ativo (com corrente eletrica) passando
indevidamente por escalas de corrente ou resist^encia,
geralmente resultando na danicac~ao de resistores de
precis~ao do aparelho. Ocasionalmente, vericaram-se
danos nos diodos de reticac~ao de corrente alternada
e ate mesmo nos proprios diodos de protec~ao do galvan^ometro.
III. Descric~ao dos circuitos de protec~ao
Inicialmente adotamos como protec~ao do
multmetro um fusvel colocado em serie ao terminal
+ de entrada, mas, n~ao foi eciente para protec~ao de
algumas escalas mais sensveis do miliampermetro e
Ohmmetro. Introduzimos protec~oes em quatro lugares
que est~ao indicados no esquema eletrico do multmetro
(Figura 1), descritos a seguir.
W. Sano, A. F. Souza e C. H. Furukawa
qualquer um dos diodos pode conduzir e o efeito protetor e obtido da mesma forma. Protege basicamente os
resistores \shunts" de precis~ao de 149k
e 985
das escalas acima. Os demais \shunts" das outras escalas de
corrente (6, 60 e 600 mA) s~ao protegidos diretamente
pelo fusvel.
c) CIRCUITO DE PROTECA~ O DO OHMIMETRO - para evitar danos nos resistores de precis~ao do
circuito das escalas x1, x10 e x100. Para tens~oes de sobrecarga inversa a da polaridade dos terminais da ponta
de prova o diodo lN5406 (vide indicac~ao c) na Fig. 1)
conduz e determina a ruptura do fusvel. Se a tens~ao
for direta o SCR (Silicon Controlled Rectier) TIC126D
(que suporta tens~ao maxima de 400V e corrente de ate
12 A) conduz a partir de cerca de 7 V, determinado
pelo diodo Zener 1N4736 (tens~ao de Zener de 6,8V e
pot^encia de 1W) que em consequ^encia rompe, tambem,
o fusvel. Este circuito foi assim concebido porque as
escalas de Ohmmetro operam com uma tens~ao de bateria de 3V o que implica na necessidade de uma proteca~o
que seja ativada acima deste valor para n~ao interferir no
seu funcionamento. Para sobrecargas em corrente alternada tanto o diodo quanto o SCR atuam na protec~ao.
A escala x10k do Ohmmetro e protegida diretamente
pelo fusvel.
a) FUSIVEL - para protec~ao contra sobrecargas nas
func~oes de voltmetro, miliampermetro e Ohmmetro
com leituras feitas pelos terminais de entrada + e - que
s~ao as mais utilizadas (vide indicac~ao a) na Fig. 1).
O valor do fusvel escolhido foi de 1 A, do tipo tubular encapsulado em vidro (diametro de 5 mm e comprimento de 20 mm), facilmente encontrado a venda.
Sua resist^encia e sucientemente baixa ( 0; 05
) para
nao alterar as caractersticas de funcionamento do aparelho. Ele e colocado num porta-fusvel instalado com
sua tampa do lado externo da caixa do multmetro para
facilitar a sua troca.
d) SUBSTITUICA~ O DOS DIODOS RETIFICADORES - os dois diodos reticadores originais, para
medidas de corrente alternada, por serem de baixa
pot^encia (do tipo lN4148) foram substituidos por diodos lN5406 de maior pot^encia. Isto porque alguns
multmetros apresentavam duplo contato na chave seletora de escala que provocava um curto-circuito e destruic~ao destes diodos (vide indicac~ao d) na Fig. 1).
Esta substituic~ao seria necessaria apenas nos aparelhos
que acusassem tal defeito, mas, na duvida de que o
mesmo pudesse surgir ao longo do tempo, em funca~o
do desgaste normal da chave, a substituic~ao foi efetuada em todos os multmetros.
b) DIODOS DE PROTECA~ O DAS ESCALAS DE
12 A E 0,3 mA - s~ao dois diodos (tipo 1N5406, que
podem suportar tens~ao maxima de 600V e corrente
maxima de 3A) em paralelo e ligados em oposic~ao, instalados conforme indicac~ao b) da Fig. 1. Advindo uma
sobrecarga de corrente contnua, dependendo da sua
polaridade, um dos diodos conduz e rompe o fusvel
e, consequentemente, desconecta o aparelho para a sua
protec~ao. Se a sobrecarga for de corrente alternada
Mais informac~oes sobre os dispositivos semicondutores utilizados podem ser encontrados, por exemplo,
na refer^encia [1] e as demais caractersticas tecnicas na
[2,3].
IV. Conclus~oes
A colocac~ao dos dispositivos acima descritos, realizada pelos proprios tecnicos do Laboratorio Didatico,
Revista Brasileira de Ensino de Fsica, vol. 17, no. 3, setembro, 1995
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Figura 1. Esquema eletrico do multmetro ICEL, mod^elo SK-100. As partes em destaque, enquadradas por linhas tracejadas,
de a) ate d) s~ao alteraco~es introduzidas no circuito original para protec~ao do aparelho contra sobrecargas de tens~ao entre os
terminais + e -.
apos decorridos dois anos, mostrou que os danos dos tipos descritos foram totalmente eliminados. Os reparos
se limitam, agora, a troca do fusvel. O numero de trocas deste tipo correponde aproximadamente ao numero
de manutenc~oes exigidas anteriormente. A diferenca
esta na economia de tempo e das pecas de reposic~ao
que s~ao de custo elevado. O custo de implantac~ao deste
sistema de protec~ao e baixo, pois, o numero de componentes e pequeno e os valores n~ao s~ao crticos. Outra
vantagem e a preservac~ao do circuito impresso, porque
a troca frequente de componentes soldados no mesmo
tende a afeta-lo irremediavelmente. Finalmente, vericamos que os circuitos acima descritos n~ao alteraram
nenhuma das qualidades originais do aparelho nem implicou na necessidade de recalibra-lo.
Agradecimentos
Pelos apoios nanceiros do BID, FINEP e CNPq.
Refer^encias
1. J. Millman e C. C. Halkias, Eletr^onica - Dispositivos e Circuitos vol. 1, Mc Graw Hill do Brasil,
S. Paulo (1981).
2. DATA Book - Electronic Information Series - Diode, edic~ao 51, vol. 28, No. . 36, A Cordura Co,
San Diego, EUA (1983).
3. DATA Book - Electronic Information Series - Thyristor, edic~ao 19, vol. 28, No. . 4, A Cordura Co,
San Diego, EUA (1983).