Sabemos que osciloscópio é uma das mais poderosas ferramentas de ensino nas escolas técnicas e mesmo nas escolas de nível médio dentro do programa de ensino de tecnologia (STEM). Com sua ajuda podemos programar diversos experimentos de física, eletricidade, e mesmo de outras ciências e agora de uma forma mais completa se acrescentarmos a isso tudo aplicativos disponíveis para celulares. Neste artigo damos um exemplo, de experimento que pode ser realizado com a ajuda de um osciloscópio, em especial, os modelos InfiniiVision série 2000X e 3000X da Keysight.
Com este experimento verificaremos como funciona um transdutor capacitivo de construção improvisada.
Vamos montar uma pequena balança que nada mais é do que um capacitor com uma das placas móvel, de modo que a colocação de um pequeno peso sobre ela altere a capacitância e isso possa ser verificado pelo osciloscópio.
Para que a placa possa se movimentar ela é apoiada sobre dois pedaços de espuma, mas podem ser criados outros arranjos, por exemplo, usando molas.
Um bom desafio para estudantes seria fazer com que eles criassem o sistema móvel de pesagem, usando molas, alavancas e outros recursos mecânicos acoplados ao sensor capacitivo.
Para este experimento precisaremos do seguinte material:
- Um osciloscópio conforme indicado na introdução.
- Um sensor de pressão (pode ser construído com duas tiras de alumínio ou mesmo placa de circuito impresso de 5 x 20 cm e esponjas ou ainda com molas, dependendo da imaginação do experimentador). A separação entre as placas é da ordem de 1 cm.
- Um resistor de 10 k ohms x 1/8 W.
- Um gerador de funções de 10 kHz senoidal.
Na figura 1 temos o arranjo dos componentes para a realização deste experimento.
Procedimento:
- Ajuste a amplitude do sinal de saída senoidal do gerador para aproximadamente 10 V. A frequência deve ser de 10 kHz.
- Coloque o osciloscópio em EXT para o canal X e ajuste os controles para que na tela apareça um traço vertical, conforme mostra a figura 1.
- Meça o comprimento do traço e anote seu valor.
- Coloque então sobre o sensor vários pesos anotando os valores obtidos com cada um na tela no traço do oscilograma.
Faça um gráfico de correspondência entre o comprimento do traço (amplitude da tensão vertical) com o peso no sensor. Com isso pode ser obtida a curva de calibração do sensor.
Análise:
O que o experimento proposto faz, na realidade, é transformar a capacitância do sensor (a qual é função do peso ou pressão) em uma tensão vertical que pode ser medida pelo osciloscópio.
Com isso, podemos demonstrar o princípio de funcionamento de um sensor capacitivo.
Evidentemente, a sensibilidade dependerá do arranjo e os alunos podem ser convidados a criar arranjos de maior sensibilidade.
Uma boa competição entre os alunos seria de justamente premiar o grupo que conseguir um sensor de maior sensibilidade.
