Expansor de Escala para Multímetro (INS281)

Aumente a sensibilidade de seu multímetro e expanda sua escala, possibilitando a medida de tensões muito baixas, tornando este instrumento muito mais útil sem a necessidade de um Investimento elevado. Descrevemos neste artigo um expansor de escala que também aumenta a sensibilidade dos multímetros comuns com instrumentos com bobina móvel.

Um dos problemas dos multímetros de baixo custo, do tipo analógico com instrumento de bobina móvel é a sua pequena sensibilidade, devida à corrente necessária ao acionamento do mecanismo de deflexão da agulha.

Tanto maior a corrente de fundo de escala do instrumento usado, menor será a sensibilidade e, portanto, maior a influência que o instrumento terá nas medidas realizadas.

Multímetros comuns possuem sensibilidade na faixa de 1 0 000 a 50 000 Ω por volt, o que atende as necessidades do técnico comum (na maioria dos casos, mas certamente existem ocasiões em que precisamos de uma sensibilidade maior.

Estas ocasiões ocorrem quando realizamos medidas de tensões em circuitos de muito alta resistência (com correntes pouco intensas) conforme sugere a figura 1.

Figura 1 – Medidas em divisores são problemáticas

Num circuito como o indicado, um multímetro de 10 000 Ω por volt, na escala de 0-1 volt (menor escala), sofre uma influência tal, de sua própria resistência interna que a medida se faz com um erro mais de 30%.

Para termos precisão em medidas deste tipo, a resistência deve ser mais elevada possível para o instrumento, (figura 2).

Figura 2 – Alta resistência indica maior precisão

Multímetro digitais e outros dotados de recursos eletrônicos oferecem sensibilidade de muitos megΩ em todas as escalas. Estes circuitos fazem uso dos transistores de efeito de campo, e evidentemente quando incorporados a um multímetro, elevam bastante seu custo.

O que propomos neste artigo é um circuito que o próprio leitor pode montar e usá-lo em conjunto com seu multímetro, quando precisamos realizar uma medida de maior sensibilidade.

O circuito é intercalado entre o multímetro e o aparelho analisado e eleva a sensibilidade do instrumento para 11 megΩ em todas as escalas.

Isso quer dizer que na escala menor, de 10 mV a sensibilidade será na realidade de 100 megΩ por volt! (figura 3).

Fig. 3 - Usando o expansor.

O circuito é também dotado de uma chave comutadora para três escalas, todas de baixas tensões, já que os problemas de escala e sensibilidade ocorrem normalmente com baixas tensões.

O circuito é alimentado com 9 V de uma bateria comum, e como seu consumo de corrente é muito baixo, esta bateria deve durar muitos meses, mesmo em uso freqüente.

CARACTERÍSTICAS:

Sensibilidade: 11 megΩ (em todas as escalas)

Tensão de alimentação: 9 V

Faixas de tensão: 100 mv, 1 V, 10 V

Escala usada do multímetro: 0-1 Volt

Número de integrados: 1

COMO FUNCIONA

A base do circuito é um amplificador operacional com transistores de efeito

de campo na entrada (J-FET) do tipo CA3140.

Este componente apresenta uma elevadíssima resistência de entrada, o que o torna ideal para este tipo ,de aplicação.

No nosso circuito, o amplificador operacional CA314O é ligado como um amplificador de tensões contínuas, onde o ganho é ligado como um mplificador pela relação entre R6 e R5.

A tensão a ser medida é aplicada a entrada não inversora a partir de uma rede resistiva que determina a escala

Esta rede deve ter resistores de precisão, para maior confiabilidade do aparelho.

Sugerimos que estes resistores (R1, R2 e R3) assim como R6 e R5 sejam de 1% ou 2% de tolerância para termos um instrumento com a mesma precisão.

Se houver dificuldade na obtenção, podem ser usados resistores de tolerâncias maiores selecionados ou associados de modo a se obter o efeito desejado com base na referência de um instrumento comercial.

O resistor R3 de 110 k Ω pode ser obtido com a ligação em série de um

resistor de 100 k Ω: e um de 10 k Ω.

O trimpot P1 faz o ajuste de nulo, de modo a levar a saída do operacional a 0 volt na ausência de tensão na entrada. Os diodos D1 e D2 limitam a excursão máxima da tensão de saída a 1,6 V. A

Se a escala do multímetro usada for de 1,5 V podemos ligar 3 diodos em série e assim as novas escalas do instrumento passam a ter fundos de 150,

1,5 e 15 V, sem outras alterações no circuito.

A resistência de saída do operacional é muito baixa, o que significa que qualquer multímetro comum, com sensibilidade entre 1 000 e 50 000

Ω por volt, pode ser usado sem problemas.

Para os de menor sensibilidade (1 000 a 5 000 Ω por volt), pode ser

necessário reduzir o valor de R7 para até 1 k Ω).

MONTAGEM

Na figura 4 temos o diagrama completo do expansor de escala.

Figura 4 – Diagrama do expansor de escala

Na figura 5 temos a nossa sugestão de disposição dos principais componentes numa placa de circuito impresso.

Figura 5 – Placa de circuito impresso para a montagem

Para o circuito integrado sugerimos a utilização de soquete.

A chave S2 deve ser boa qualidade para que resistências de contato não afetem a precisão de funcionamento do aparelho.

Uma possibilidade para eliminação da chave é mostrada na figura 6 e consiste no uso de bornes que serão escolhidos para conexão das pontas de prova de acordo com as tensões a serem medidas.

Figura 6 – Usando bornes em lugar de S2

Os resistores são de 1/8 ou 1/4 W, com precisão de acordo com a posição

e os diodos são de uso geral.

C1 é um capacitor eletrolítico de 12, ou mais, volts de tensão de trabalho.

O expansor pode ser montado facilmente numa pequena caixa de plástico conforme mostra a figura 7.

Figura 7 – Sugestão de caixa para montagem

Esta caixa tem bornes para conexão ao multímetro por meio de cabos com pinos banana.

A chave seletora de escalas e a chave liga-desliga ficam na parte superior da caixa.

PROVA E USO

Ligue as pontas de prova em J1 e J2 e o multímetro em J3 e J4. O multímetro deve ser colocado na escala de 0-1 Volts DC. Observe a polaridade do multímetro nesta ligação.

Acione S1 e ajuste P1 para obter zero volt de leitura.

Feito isso é só usar o instrumento. Um divisor conforme mostrado na figura 8 permite a obtenção de 50 mV para verificação de escala menor.

Figura 8 - Circuito de teste

Comprovado o funcionamento do expansor é só usá-lo. Se tiver dúvidas quanto a ordem de grandeza de tensão medida, comece sempre pela escala mais alta (10 V).