Experiência com Galvanômetro

[daviddatal]

Olá,

Eu fiz um teste com 2 galvanômetros ( 2 VUs de som antigo) com o objetivo de deixar a agulha no meio da escala.

Pra isso eu usei também um multímetro digital na escala mais baixa (200), um potenciômetro de 1 M Ohms e 2 cabos.

Girando o potenciômetro consegui estabilizar a agulha no meio da escala, depois conectei o multímetro direto no Pot e vi que a resistência estava em 14.720 Ohms.

Bom, eu fiz essa experiência de madrugada, tenho que clarear as ideias e tirar algumas dúvidas:

1 A experiência prejudica o multímetro?

2 Como saber a corrente de fundo de escala desses galvanômetros e a resistência se não tenho o valor da sensibilidade?

3 O fusível do desenho é um fusível mesmo ou algum componente emissor de luz? Porque dentro do galvanômetro existe um material parecido com aquele de uma lanterna, que esquenta e aumenta a luz. Cada galvanômetro tem 4 contatos, 2 para medição e 2 para o fusível.

4 Que mais experiências eu poderia fazer com esse circuito? Posso acrescentar mais componentes se for o caso.

5 Tenho um multímetro analógico que tem sensibilidade de 20 K ohms/V, isso dar uma corrente de fundo de escala de 50 uA. Posso concluir que a resistência interna do galvanômetro é 20 K ohms?

Aqui o vídeo:

Galvanômetro 01 - YouTube

Aqui o desenho:

[Jambao]

Bem... Como tu estás a ler o livro de Eletrônica do Gabriel, tens a informação necessária para saber as respostas. Mas tentarei não responder diretamente e sim acrescentando perguntas para aguçar o seu raciocínio.

Respostas

1 - Óbvio que não. Pense um pouco... A experiência mostrada no vídeo usa uma fonte de tensão. Nesse instante eu pergunto... Onde está essa fonte de tensão?

2 - É verdade... Nos galvanômetros mostrados no vídeo, pelo menos não há indicação mas com esse tipo de experiência, pode-se saber a resistência interna do galvanômetro e também a corrente de fundo de escala. Para isso, é preciso usar uma fonte de tensão.

Esses galvanômetros usados em aparelhos de áudio, comumente chamados de VU's, são ou eram fabricados por empresas que tinham que projetar ou criar tal instrumento para ser calibrado corretamente na escala de unidades de volume.É isso o que significa VU: Volume Unit. Mas pesquisar sobre tal fabricante que nem deve mais existir, vai dar um trabalho enorme de pesquisa, mesmo com o mundo interligado. Porém... Pra quem é safo e já tem um razoável conhecimento da Lei de Ohm, essas informações podem ser conseguidas com um pé nas costas.

3 - Um instrumento desse, o VU, tem em seu interior uma pequna lâmpada incandescente que serve para iluminar o instrumento internamente e ver em ambientes pouco luminosos, a escala propriamente dita. Ou seja, o que vistes é uma pequena lâmpada que serve para iluminar a escala do instrumento. Nada de fusível. Não sei de onde tirastes essa ideia do fusível! Ou já não lembras mais de lâmpadas incandescentes? Elas ainda existem, apesar da proliferação de LED's de alto brilho. Esses instrumentos, os VU's, existem muito antes das lampadas econômicas fluorescentes e até das lâmpadas fluorescentes comuns, as grandes. É essa a razão de existir essa pequena lâmpada incandescente no interior do galvanômetro. Ou seja, se alimentares essa pequna lâmpada com uma tensão inadequada, ela pode queimar e encontrar uma semelhante vai ser muito difícil porque elas não sao mais fabricadas. Então, se por uma infeliz experiência, ela vir a queimar, tu estarás em maus lençóis para encontrar uma original.

O instrumento tem 4 terminais ou contactos como tu os denominou. Dois são para o galvanõmetro e os dois restantes são para a lâmpada. Geralmente, os terminais da lâmpada eram ligados a um enrolamento do transformador de alimentação que se usava no aparelho onde esse VU era usado. Claro que a alimentação era CA. Não precisava retificar a tensão para alimentar a(s) lâmpada(s) usadas no galvanômetro(s). Em suma, não existe fusível. Isso é uma pequna lâmpada incandescente. Saber o valor da alimentação dela, só tem duas maneiras. A primeira é desmontando cuidadosamente o galvanômetro e verificar se tem alguma inscrição na lâmpada. Se não tiver nenhuma informação, então o jeito é fazer experiências com voltagens baixas, a partir de 1,5 volt para saber a tensão de alimentação de trabalho dela. Não tenho certeza mas pode ser que essa lâmpada trabalhe com 6,3 volts. Corrente não sei. Cada fabricante tinha uma especificação diferente mas podia-se fabricar lâmpadas de menor tensão de trabalho, portanto, uma corrente menor e portanto, uma vida mais longa. O motivo de eu ter chutado 6,3 volts? Bem... Porque os VU's são da mesma época que as válvulas e os filamentos das válvulas, uma grande parte delas trabalhava com 6,3 volts. Se tivesse o esquema do aparelho onde foi retirado esses VU's, poderíamos talvez, sabermos mais detalhes sobre essa pequena lâmpada. Bem... O principal é o galvanômetro.

4 - Aí fica por conta da sua imaginação.

5 - A resposta direta é não. A sensibilidade do seu instrumento, no caso, esse multímetro seu, é de 20.000 ohms por volt (20 kohm / V). Isso siginifica que dependendo da escala de tensão que usares, ele terá uma sensibilidade maior ou menor a partir dessa característica. O seu galvanômetro (do multimetro analógico)tem uma interna específica e ela é aumentada pelo resistor multiplicador de acordo com cada escala que usas.

Exemplo... Se teu multímetro tem uma sensibilidade de 2 kohms/v e se a escla mais baixa de tensão dele for 10 volts, então essa escala tem uma sensibilidade de 2.000 x 10 = 20 kohms. Cada escala tem uma sensibilidade diferente e quanto mais alta a escala, menos o instrumento vai "carregar" no circuito. Quanto mais alta a sensibilidade, menos o instrumento falseia a leitura na hora de medir uma tensão, principalmente nas escalas baixas. Então, um instrumento de 50.000 ohms por volt tem leituras mais precisas que um de 20.000 ohms por volt. E veja bem... No instrumento, tem duas sensibilidades, uma para CC e outra para CA. A sensibilidade desse teu instrumento, 20.000 ohms por volt é para as escalas de tensão CC. Perceba que além dessa informação, tem outra referente à CA e ela é bem menor e é referente a menor esclade tensão.

Faça uma relida sobre divisores resistivos e a Lei de ohm que tu vais matar a charada. Reveja o assunto sensibilidade dos multímetros analógicos e tente entender o porquê que quanto mais alta a sensibilidade, mais precisa é uma leitura num instrumento analógico e com isso, saber qual a escala mais apropriada para medir tensão, seja CC ou CA.

O grande lance de um instrumento digital é que ele carrega muito pouco porque a impedância de entrada ou digamos assim, a sensibilidade dele é altíssima. É na faixa dos megaohms por volt em qualquer escala. Portanto, ele não "carrega" o circuito e com isso, a medição é muito mais precisa.

O lance de carregar é o seguinte. Toda vez que vamos medir algo, uma parte da corrente do circuito que vai ser medido é desviado para o instrumento medidor. Isso falseia a leitura porque se a corrente é desviada do circuito principal para fazer parte do medidor, o circuito medidor acaba fazendo parte do circuito principal. Isso não é desejável. Em alguns casos, o circuito principal pode até deixar de funcionar. Depende do circuito. Então, quanto menos o circuito medidor carregar ou subtrair energia do circuito principal, mais certas serão as medidas, mais precisas e se afetarem o circuito serão minimas as essas alterações. Quando não existia multimetro digital, não por ser digital mas por causa da alta sensibilidade, os multímetros analógicos caros eram aqueles que tinham as maiores sensibilidades. Havia um tipo de multimetro que era ou ainda é, chamado de VTVM que siginifica: Vacum Tube Volt Meter que significa voltímetro à valvula. E por que isso? Porque se tinha um circuito na entrada de um voltimetro comum, um circuito à valvula que por ter uma impedância muito alta, se tinha uma sensibilidade estupenda. Mais tarde, tal circuito foi viabilizado com transistores FET e hoje em dia, esse tipo de circuito trasferiu-se para os multímetros digitais. É essa a razão do multimetro digital ter essa popularidade. Não por ele mostrar a informação em dígitos mas por ter sua entrada com alta impedância e com isso, o carregamento da medida é ínfimo, ou seja, ele absorve pouquíssima energia do circuito principal para fazer a medida.

O lance da medição da resistencia interna do galvanômetro usado no video é que quando a agulha está no meio da escala, o valor dessa resistência corresponde ao centro geométrico da escala. Esse valor coincidirá com o valor medido no potenciômetro. Poderia até explicar isso mas levaria tempo. Como a escala do VU não se tem valores em ohms, esse valor é medido no pot. No vídeo não há audio explicando o porquê disso o que é uma pena mas tu podes se informar sobre isso com pesquisas sobre um ohmmímetro, como ele funciona, etc. Eu até poderia fazer isso mas teria que escrever bastante e usar imagens para poder explicar sobre isso e no momento to bastante atarefado com outros trabalhos. O principal é... Quando se alinha a agulha do VU no meio da escala, o valor da resistência interna do VU será lido diretamente no pot usando um multimetro na função de ohmmímetro. Pesquise sobre isso e te dou uma dica. A fonte usada para fazer isso é a fonte interna do multimetro usado para fazer a medida. É essa fonte que vai estabelecer uma determinada corrente que vai passar pelo VU e pelo pot. tem a ver com divisores resistivos e tem a ver com o funcionamento básico de um ohmmímetro. Pesquisas sobre isso e vais matar a charada.

[daviddatal]

Eu tinha medido o galvanômetro diretamente com o multímetro digital, mas quando coloquei na escala mais baixa a agulha disparou pra direita, pensei que seria melhor fazer de outro jeito pra não danificar.

Só que eu não tinha reparado na medida no multímetro, estava concentrado apenas no visor do galvanômetro, refazendo o teste direto eu verifiquei que, apesar de a agulha mudar de posição para cada escala do ohmímetro, a resistência no display era a mesma, colocando na escala 2000 teve maior precisão, indicando 426 ohms de resistência. A escala logo abaixo, e também a menor, com o nome 200 (deve ser = suporta até 200 ohms) a agulha dispara, acredito que isso ocorre porque a resistência do galvanômetro é 426, e colocando na escala 200 do multímetro vai mandar mais corrente que o suportado, já que o limite máximo dessa escala é 200 ohms, o que está abaixo da resistência do galvanômetro.

Ou talvez não seja exatamente isso, mas vou meditar bastante até obter certeza.

Próximo passo é encontrar a corrente de fundo de escala.

A sim..

Os galvanômetros possuem mesmo lâmpadas e estão funcionando, apesar de que a aparência é igual à de um fusível, com aqueles encaixes e o tubo é do mesmo jeito. Eu juntei 3 pilhas de 1.5 V e deu para ver bem a escala.

Na verdade eu não desmontei nenhum aparelho aqui para tirar os galvanômetros, comprei-os numa pequena oficina de eletrônica por 5 reais os dois, eu estava à procura de um voltímetro analógico, mas o cara só tinha os galvanômetros com escala dB, o que não é problema, pois isso possibilita realizar uma experiência futura, vou abrir o instrumento e colocar outro papel com novas medidas, de voltímetro, amperímetro e ohmímetro ou os 3 quem sabe, apesar de que será bem limitado. Para isso eu devo arbitrar valores para a escala, utilizando os resistores apropriados. Vou aproveitar que tenho um multímetro digital reserva e usar alguns resistores dele, além dos outros que já tenho.

[Jambao]

Eu tinha medido o galvanômetro diretamente com o multímetro digital, mas quando coloquei na escala mais baixa a agulha disparou pra direita, pensei que seria melhor fazer de outro jeito pra não danificar.

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Agiu corretamente. Na verdade, deverias começar com a escala alta e ir descendo de escala até encontrar a mais apropriada. Da p´roxima vez, começe com uma alta. A de 2000 nesse caso, é a mais apropriada.

Só que eu não tinha reparado na medida no multímetro, estava concentrado apenas no visor do galvanômetro, refazendo o teste direto eu verifiquei que, apesar de a agulha mudar de posição para cada escala do ohmímetro, a resistência no display era a mesma, colocando na escala 2000 teve maior precisão, indicando 426 ohms de resistência. A escala logo abaixo, e também a menor, com o nome 200 (deve ser = suporta até 200 ohms) a agulha dispara, acredito que isso ocorre porque a resistência do galvanômetro é 426, e colocando na escala 200 do multímetro vai mandar mais corrente que o suportado, já que o limite máximo dessa escala é 200 ohms, o que está abaixo da resistência do galvanômetro.

A variação no galvanômetro ocorre a cada mudança de escala porque há correntes diferentes para cada escala. No entanto, quando colocas a agulha no centro do galvanômetro, passará uma corrente que é a metade do centro da escala e logicamente, a medida feita no multímetro corresponderá ao valor da resistencia interna do galvanômetro, independente da escala usada. Mas é óbvio que tu tens que usar uma escala aprorpriada para não passar uma corrente acima do permitido. Dependendo da corrente, poderia danificar a bobina do galvanômetro. raciocinastes corretamente.

Outra coisa... Quando tu colocas a escala em 200 na função ohmmímetro, o certo não é dizer que ela suporta e sim que ela mede até 200 ohms e não suportar 200 ohms.

Óbvio que a agulha do galvanômetro dispara nessa escala de 200 porque "passa" uma corrente maior do que a que o galvanômetro suporta.

Lembre-se que essa corrente existe porque há uma fonte de tensão destinada a fazer a medição na função ohmmímetro. Como eu disse antes, reveja como funciona os ohmmímetros.

Ou talvez não seja exatamente isso, mas vou meditar bastante até obter certeza.

É isso sim. Estás no caminho certo. Deguste bastante esse raciocínio. Eletricidade não é decorar e sim entender como a "coisa" funciona.

Próximo passo é encontrar a corrente de fundo de escala.

Pense bem e vais ver que tu vais conseguir fazer isso com um pé nas costas. Há várias maneiras.

A sim..

Os galvanômetros possuem mesmo lâmpadas e estão funcionando, apesar de que a aparência é igual à de um fusível, com aqueles encaixes e o tubo é do mesmo jeito. Eu juntei 3 pilhas de 1.5 V e deu para ver bem a escala.

Na verdade eu não desmontei nenhum aparelho aqui para tirar os galvanômetros, comprei-os numa pequena oficina de eletrônica por 5 reais os dois, eu estava à procura de um voltímetro analógico, mas o cara só tinha os galvanômetros com escala dB, o que não é problema, pois isso possibilita realizar uma experiência futura, vou abrir o instrumento e colocar outro papel com novas medidas, de voltímetro, amperímetro e ohmímetro ou os 3 quem sabe, apesar de que será bem limitado. Para isso eu devo arbitrar valores para a escala, utilizando os resistores apropriados. Vou aproveitar que tenho um multímetro digital reserva e usar alguns resistores dele, além dos outros que já tenho.

Pela descrição das lâmpadas, sei como elas são e te digo que nelas tem informação da tensão de trabalho e corrente de trabalho.

Quando eu falei em desmontar, não me referi a desmontá-lo completamente e sim retirar a caixa plástica que protege o instrumento. A tampa plástica é por encaixe. Veja como desencaixá-la e acesse o lugar das lâmpadas. Afinal, se uma lâmpada dessas queima-se, como substituí-la? Somente com a remoção da tampa é que se tem acesso ao lugar onde está a lãmpada e seu respectivo soquete. E só com a abertura da tampa é que a lâmpada pode ser trocada se ela queima-se. Afinal, lâmpada incadescente não dura pra sempre. A sua duração é limitada. Concordas comigo ou não?

Quanto ao preço, fizeste uma boa aquisição. Um instrumento desse tipo não é fácil de ser encontrado. Quem te vendeu, achou que isso não valia um tostão furado. Achando que era antigo, que não é mais fabricado, etc. Foi barata a aquisição.

Quanto a fazer algum instrumento com eles, é uma boa ideia mas não penses que vais ter um galvanômetro de grande sensibilidade mas podes realizar muitas experiências com ele. E das boas.

No entanto, para fazer isso, tens que ir mais a fundo, para ficar bem sdimentado e não ter nenhuma dúvida.

Gostei da aquisição. E gostei mais ainda porque estás botando prá quebrar. Tá estudando meesmo essa parte que é fundamental. Entender Eletricidade. Tal assunto é o que vai te guiar mais na frente quando tu se deparares com assuntos mais complexos. É a Eletricidade que vai te dar o apoio.

[daviddatal]

Para encontrar a corrente de fundo de escala eu fiz o seguinte:

Usei uma fonte de 3V, um potenciômetro e alguns fios.

Rg = 426 ohms

Ig = ?

V = 3V

R = ?

Eu girei o potenciômetro até a agulha atingir a última medida na direita. Depois eu coloquei o pot direto no multímetro e deu 5960 ohms. Agora posso jogar esse valor na fórmula:

I = V / (Rg + R)

I = 3 / (426 + 5960)

I = 0.00047 A ou 470 uA

Refazendo o circuito eu introduzi as pontas de prova do multímetro de forma que ele ficou em série, assim eu medi corrente e o valor estava certo.

Nesse ponto eu pude calcular a tensão máxima que o galvanômetro suporta:

V = R x I

V = 426 x 0.00047

V = 0.2 V

Isso significa que se eu ligasse uma fonte direto no galvanômetro, sem resistor, ela deveria ser exatamente e no máximo 0.2V para a agulha atingir o fundo de escala, como a fonte usada foi 3V, tive de acrescentar um resistor para não danificar a bobina.

E a sensibilidade?

Sensibilidade = 1 / corrente de fundo de escala

Sensibilidade = 1 / 0.00047

Sensibilidade = 2130 ohms/V

Com isso eu concluí que a sensibilidade utiliza valores inteiros para a tensão, e não o valor de tensão real suportado pelo galvanômetro. Além disso ela é proporcional ao valor da resistência e tensão que o galvanômetro suporta:

Sensibilidade = 2130 ohms/V = 426 ohms/0.2V

Eu reparei que a agulha vai um pouco além do último traço de medida na escala. Porque os fabricantes não colocaram mais traços de medida até o ponto em que a agulha não se move mais? Seria uma segurança contra possíveis movimentos bruscos e medições que deveriam ser em uma escala maior ou menor?

O multímetro analógico que tenho tem sensibilidade de 20 Kohms/V. Essa informação não diz qual a resistência interna do galvanômetro nem sua tensão máxima suportada, é apenas uma proporção. Nesse caso devo abrir o multímetro e medir a resistência diretamente nos terminais do galvanômetro sem passar pela resistência das escalas?

[Jambao]

Não precisa abrir seu multímetro analógico.

Alguns analógicos, exibem na escala mais baixa de tensão, a informação de medida de tensão. Se o seu tem essa informação, basta apenas fazer um cálculo. Tens o valor da tensão dessa escala mais baixa e tens o valor dessa escala de corrente. Dái é só fazer um cálculo baseado na equação de Ohm: E = I x R . Isso tu já sabes.

Não recomendo abrir o seu multímetro pois sem conhecimento de como desmontá-lo, podes danificá-lo por imperícia. Imperícia é não ter habilidade para uma determinada tarefa, ou seja, não ser perito no assunto.

Se puder, adquira, compre, pegue emprestado, um livro muito interessante e bom do Newton Braga sobre multímetros. Chama-se: "Tudo sobre multímetros". Vais gostar pois ele entra a fundo sobre esse instrumento.

Visite esse link ---> http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/instrumentacao/108-artigos-diversos/1899-ins069

O que está nesse link é o capítulo inicial do livro.

Acho que vi em algum tópico seu, informação sobre o seu multímetro analógico. Informe o modelo e fabricante dele.

E peço numa boa, não abra seu multímetro para fazer isso. Podes danificá-lo se não souber desmontá-lo.

Quanto ao lance da agulha, acho que não observastes que a escala tem 90 graus e o vértice inicial do ângulo é justamente o centro do galvanômetro. Não se coloca mais traços além justamente por isso. O traço inicial com o traço final forma um ângulo de 90 graus.

Quanto ao lance de segurança para possíveis movimentos bruscos, alguns multímetros analógicos tem uma posição de desligado(OFF). Nessa posição, a bobina é curto-circuitada e com isso, o movimento dela é bem menor quando o multímetro é deslocado. Consulte o manual do seu para saber se tem esse tipo de recurso. DE qualquer forma, sempre é bom não fazer movimentos bruscos com o instrumento. Afinal, ele não é um brinquedo. Trate-o bem.

[daviddatal]

O meu multímetro tem uma chave que mede tanto a tensão mais baixa quanto a corrente mais baixa, que por sinal é 50 uA (a corrente de fundo de escala que eu já tinha encontrado), e a tensão é 0.1V.

Eu já desmontei multímetros digitais várias vezes, troquei fusíveis e até retirei a chave seletora de escalas, tem 2 bolinhas com molas, são elas que fazem aquele barulho ao mudar de escala.

Já no analógico eu dei só uma espiada debaixo da chave, mas eu fiz o dito teste direto.

Não precisei abrir o galvanômetro, tem 2 fios que saem de dentro do compartimento dele e estão soldados na placa. Eu apenas retirei os fios da placa e montei o circuito fonte-potenciômetro-galvanômetro, a resistência dele é 1996 ohms. Ou seja, aquela escala que mede a menor tensão e a menor corrente realmente informa o valor da tensão máxima suportada pelo galvanômetro e sua corrente de fundo de escala, confirmei isso com o teste que fiz:

V = R X I

0.1 = R X 0.00005

R = 2000 ohms

de 1996 ohms pra 2000 é quase nada, então só pode ser isso mesmo.

O meu multímetro analógico tem essa chave OFF. Isso significa que posso deixar a bateria de 9V e as 2 pilhas de 1.5V dentro do instrumento que não serão consumidas, certo?

Com relação ao ângulo de 90º graus da escala eu não tinha reparado, e não pensei que isso influenciaria na elaboração da mesma. Vou procurar esse livro do Newton Braga.

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O meu multímetro analógico é da marca MINIPA, modelo ET-2022B.

[Jambao]

Estás cada vez mais esperto!

Confie mais na informação do seu multímetro analógico. Como vistes, a resistência interna dele é de 2kohms. Claro que a curiosidade aumentou e você foi verificar com a sua experiência. Chegou perto. Agora já sabes o valor correto da resistência do galvanômetro do seu multímetro. Essa diferença é muito pequena. Mesmo assim, o valor correto é de 2 kOhms. Por que? Porque o multímetro foi projetado por profissionais da área. Essa difernça que você encontrou é devido a varios fatores:

1 - posição do multimetro

2 - Em relação a posição, a agulha tem que estar exatamente na posição central do primeiro traço.

3 - A posição da agulha no meio da escala. Ou seja, ela tem que ficar num ângulo de 45 graus certeiro.

4 - O potenciômetro. Na posição onde ele dá o valor exato, qualquer movimento, por menor que seja, já dá uma diferença. Fora a temperatura que também influi.

5 - O multímetro que usou para medir e os fios das ponteiras.

Resumindo, isso tudo influi nas medidas.

Agora vamos à chave OFF. Essa chave não é para desligar pilhas ou bateria. Ela serve para por em curto a bobina. Se ela estiver fora da posição, não quer dizer que as pilhas ou a bateria irão ser usadas.

Pilhas e baterias são usadas para o ohmmímetro. As pilhas são para as escalas mais baixas e a bateria é para as escalas mais altas e mais alguma função do seu multimetro.

O ohmmímetro só usa as pilhas ou a bateria quando você encosta as ponteiras para o ajuste de zero e quando vai medir resistores. A única maneira de descarregar as pilhas é deixando as ponteiras encostadas por um longo tempo. Fora isso, o único desgaste que as pilhas ou bateria irão sofrer será devido ao tempo. Afinal, pilhas e baterias não são para sempre. Mesmo que não as use.

Entendeu? A chave OFF não é para desligar pilhas ou bateria. É para curto-circuitar a bobina do galvanômetro.