Como funciona o Paquímetro Digital. (MEC085)

A medida precisa das dimensões de pequenos objetos, peças de um projeto mecânico ou mecatrônico é fundamental. Para essa finalidade um dos instrumentos mais usados é o paquímetro. Na versão tradicional ele consiste apenas numa régua de precisão totalmente mecânica, mas hoje já podemos contar com esse instrumento na versão eletrônica. Veja nesse artigo como funciona o paquímetro eletrônico e quais são suas vantagens e desvantagens em relação aos tipos tradicionais mecânicos.

Um dos problemas dos projetistas de qualquier dispositivo mecânico ou mecatrônico encontram é a medida precisa de pequenas peças.

A precisão é fundamental, por exemplo, no projeto de um sistema de redução, onde uma diferença de fração de milímetro pode significar folgas que se traduzem em vibrações ou mesmo fazer com que o sistema fique dure e trave, desperdiçando energia ou forçando um motor.

Por esse motivo, todos que trabalham com esse tipo de projeto devem contar com um paquímetro.

Na versão tradicional, totalmente mecânica, que já analisamos em outros artigos dessa revista, o paquímetro é formado por uma régua onde corre uma garra com uma segunda escala graduada, conforme mostra a figura 1.

 

Paquímetro comum.
Paquímetro comum.

 

Os paquímetros digitais possuem uma segunda régua graduada que permite fazer uma aproximação para a leitura das dimensões de um objeto com maior precisão, denominada "nônio".

A utilização de um paquímetro desse tipo não é tão simples, exigindo um certo preparo do operador na aproximação dos resultados através do nônio.

No entanto, com os recursos modernos da eletrônica, a aproximação dos resultados para se obter uma leitura precisa das dimensões de um objeto pode ser feita com um paquímetro que contenha um nônio digital, fornecendo já um resultado da medida num mostrador de cristal líquido conforme mostra a figura 2.

Veja que ainda temos a vantagem de que a leitura das dimensões não deixa margem à dúvidas, pois os números são grandes, o que é especialmente bom para quem tenha problemas de visão, não conseguindo ler as divisões muito pequenas de um paquímetro mecânico convencional.

 

Paquímetro digital Mitutoyo
Paquímetro digital Mitutoyo

 

Mas, como funciona um paquímetro digital? De que modo ele pode medir com precisão pequenas distâncias, da ordem de fração de milímetros.

 

Como Funciona

Existem basicamente dois sistemas usados nos paquímetros digitais eletrônicos.

No sistema optoeletrônico, ilustrado na figura 3, temos uma régua de vidro transparente graduada, cujas divisões podem ser lidas por elementos foto-sensíveis quando ela se desloca. O princípio de funcionamento é o mesmo dos encoders incrementais usados na determinação da posição de máquinas industriais. Por esse motivo, esse paquímetro também é chamado de digital incremental.

 

Sistema óptico do paquímetro digital.
Sistema óptico do paquímetro digital.

 

A codificação lida pelos sensores determina a posição em que a régua se encontra, fornecendo no mostrador digital o valor das dimensões do objeto que está entre as garras.

Um sistema desse tipo permite a construção de um paquímetro que tenha uma precisão de 1/1000 (um milésimo) de milímetro.

O outro sistema, usado por algumas empresas por ser menos crítico (a presença de uma régua de vidro no interior do instrumento, torna-o limitado sob diversos aspectos, principalmente os que estão ligados à fragilidade), é o que faz uso de um capacitor diferencial, mostrado na figura 4.

 

O sistema que utiliza o capacitor diferencial.
O sistema que utiliza o capacitor diferencial.

 

Nesse sistema temos um conjunto de armaduras fixas maior, separadas por pequenos intervalos e sobre elas correm, acionadas pela parte móvel do paquímetro, armaduras menores, conforme mostra a mesma figura. A distância entre as armaduras é mantida constante, mas a capacitância muda com o movimento.

O circuito eletrônico mede então as variações da capacitância, quando as armaduras se movimentam. Pela disposição das armaduras, obtém-se uma variação linear da capacitância com o movimento e portanto, pode-se realizar uma medida do deslocamento dessas armaduras móveis, com grande precisão.

Veja que essa técnica mede a variação da distância entre as armaduras fixas e móveis. Assim, o que o circuito mede é o número de armaduras pequenas que se desloca sobre as grandes, quando faz a medida de uma distância.

Veja que a utilização de diversos conjuntos de armaduras que se deslocam possibilita uma leitura simultânea do circuito e com isso a precisão é aumentada, com a redução de erros possíveis.

A vantagem em relação ao paquímetro óptico é que os capacitores podem ser feitos de armaduras de cobre num material flexível, o que o torna mais robusto.

A construção final de um paquímetro desse tipo é mostrada na figura 5.

 

 

Circuito acoplado na armadura móvel.
Circuito acoplado na armadura móvel.

 

Observe que as armaduras maiores são fixas, enquanto que as armaduras menores são móveis, presa a garra do instrumento que se desloca.

O circuito eletrônico que processa o sinal fica logo acima, juntamente com sua fonte de alimentação, normalmente uma pequena pilha tipo botão, e finalmente temos a escala digital com os controles externos.

Esses controles podem ser um interruptor geral, uma chave que permite comutar as indicações de polegadas para milímetros e um ajuste de nulo.

É muito importante que toda a parte eletrônica esteja próxima das armaduras, para se evitar qualquer tipo de influência de campos elétricos externos.

Nos tipos comerciais, como o da figura 2, obtém-se uma precisão de 0,01 milímetro para as indicações, o que é mais do que suficiente para as aplicações de robótica, mecatrônica e mecânica.

Na figura 6 temos um diagrama de blocos que corresponde ao circuito típico de paquímetro digital.

 

Diagrama do circuito do paquímetro digital.
Diagrama do circuito do paquímetro digital.

 

As variações das tensões nos capacitores são integradas e convertidas numa tensão que é aplicada a um conversor analógico para digital (ADC). Esse circuito converte essas tensões, passando-as para o display de cristal líquido.

Evidentemente, para as aplicações que exigem muito maior precisão, o instrumento usado deve ser o micrômetro.

Na utilização de um instrumento desse tipo é preciso levar em conta que a precisão da indicação numérica é semelhante à precisão de qualquer outro instrumento digital como, por exemplo, os multímetros.

Assim, pelo processo de amostragem do circuito, temos de considerar que o último dígito não é exatamente preciso, podendo em alguns ficar "oscilando" pelo processo de amostragem.

Numa medida típica, é possível que a indicação seja de 10,45 ou oscile em torno desse valor, o que significa que o valor real deve estar entre esses entre 10,44 e 10,46.

 

Conclusão

Uma grande quantidade de instrumentos de medida tradicionais como trenas, termômetros, fio de prumo, medidores de torque e força, na forma digital.

Sem dúvida, eles trazem uma comodidade muito maior tanto na leitura como no uso. Até mesmo, pelas dimensões e forma como os resultados são apresentados eles significam uma menor possibilidade de erro.

No entanto, como qualquer instrumento digital eles possuem suas limitações e exigem cuidados especiais no uso, como é o caso dos paquímetros digitais.

Manter sempre a bateria em boas condições, zerar antes de usar e principalmente tomar cuidado com quedas e batidas, pois tanto a parte eletrônica como o mostrador de cristal líquido são bastante delicados.

 


Opinião

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