Medidor de Força Física (MA086)

Aparelhos para medir a força física de uma pessoa podem ser encontrados em parques de diversões com as mais diversas configurações. Um tipo simples é o que faz uso de uma mola, e sua contração ou distensão é proporcional à força que a pessoa faz sobre algum tipo de objeto. O circuito que propomos pode usar dois tipos de sensores, dependendo do modo como o leitor pretenda usá-lo.

Na configuração básica o sensor consiste em duas pilhas ou dois cilindros de metais que devem ser apertados com a maior força possível pela pessoa que está sendo testada.

Como a resistência elétrica da pele da pessoa depende da pressão feita sobre os eletrodos (entre outros fatores), esta resistência pode ser medida e servir para indicar a força. Assim, quanto menor for a resistência indicada ou maior a corrente que circular pelo circuito, maior será a força sobre os eletrodos.

Este sistema tem um inconveniente que é o fato da umidade da pele e sua espessura afetarem a precisão da indicação. Assim, pessoas com a pele molhada de suor ou ainda que tenham a pele mais fina podem facilmente levar o aparelho a indicar valores de força artificialmente maiores.

Uma maneira de se obter uma indicação em que esses fatores não entrem em jogo é utilizado em lugar dos eletrodos cilíndricos um sensor de esponja condutora, conforme mostra a figura 1.

 

Figura 1 – O sensor
Figura 1 – O sensor

 

A esponja condutora tem sua resistência diminuída quando apertada.

Podemos montá-la num sistema mecânico com duas barras flexíveis e uma mola forte que a pessoa deve pressionar. O grau de pressão e, portanto, de deformação da esponja condutora serve para avaliar a força exercida sobre o sensor.

 

Como Funciona

Na figura 2 temos o diagrama completo do medidor de força física em sua versão com eletrodos cilíndricos.

 

Figura 2 – Diagrama da versão com cilindros sensores
Figura 2 – Diagrama da versão com cilindros sensores

 

O circuito que descrevemos opera, com pequenas modificações, com os dois tipos de sensores. Com sensores cilíndricos mantemos R1 e R2 com 10 k Ω e P1 com 1 M Ω. Para a esponja condutora reduzimos R1 e R2 para 1 k Ω e reduzimos P1 para 10 k Ω.

O aparelho pode ser alimentado com tensão de 6 ou 9 V e tem um consumo muito baixo.

O circuito consiste simplesmente num sensível indicador de corrente. Como a corrente que circula pelos eletrodos na condição de alguém segurando é muito pequena para acionar um instrumento indicador comum, usamos um transistor amplificador.

Este transistor tem no seu coletor um microamperímetro comum e na sua base tem ligado os sensores de pressão.

Quando alguém segura nos sensores ao mesmo tempo e os aperta firmemente, a corrente que circula por eles também é a corrente de base do transistor.

Esta corrente pode ser parcialmente derivada de modo a se evitar a deflexão total do instrumento pelo ajuste de P1.

Assim, a corrente de base determina a intensidade da corrente de coletor que vai ser indicada pelo instrumento.

No sistema com esponja condutora o funcionamento é o mesmo, apenas mudando os valores dos componentes usados: a resistência da esponja determina a corrente de base do transistor, que é proporcional à corrente de coletor que vai ser acusada pelo instrumento indicador ligado nesse terminal.

 

Montagem

A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 3.

 

Figura 3 – Montagem em placa de circuito impresso
Figura 3 – Montagem em placa de circuito impresso

 

O transistor pode ser de qualquer tipo NPN de uso geral como, por exemplo, os equivalentes BC237, BC238 e BC547 e que até podem ser encontrados em muitos aparelhos fora de uso.

Os resistores são de 1/8 W e o capacitor C1 pode ter valores entre 10 µF e 100 µF, com uma tensão de trabalho de pelo menos 9 V.

P1 é um potenciômetro ou trimpot comum e seu valor depende da versão.

O instrumento é um microamperímetro comum com correntes de fundo de escala entre 100 e 500 µA.

Qualquer tipo serve para esta aplicação.

Na versão básica os eletrodos são duas pilhas gastas das quais tenha sido raspada a tinta externa, de modo a expor sua capa condutora.

Podem também ser usados dois tubos de cobre ou alumínio que possam ser apertados com facilidade mas que sejam resistentes o suficiente para não se deformarem. Na versão com esponja condutora os valores dos são alterados conforme indicamos.

A esponja pode ser obtida na embalagem de certos circuitos integrados sensíveis, que têm seus terminais apoiados neste material de modo a evitar a influência da eletricidade estática.

 

Prova e Uso

Para provar o aparelho ligue sua alimentação acionando S1. Em seguida, segure firmemente os eletrodos, um em cada mão, e ajuste P1 para obter uma indicação no início da escala.

A seguir aperte com o máximo de força para ver quanto o medidor indica. Peça a um amigo para que faça o mesmo e veja se ele consegue maior indicação do instrumento. Para usar o procedimento é o mesmo.

 

Semicondutor:

Q1 - BC548 ou equivalente - transistor NPN de uso geral

 

Resistores (1/4 W, 5%)

R1, R2 - 10 k Ω ou 1 k Ω - ver texto

R3 - 2,2 k Ω -vermelho, vermelho, vermelho

P1 - 1 M Ω – potenciômetro ou trimpot

 

Capacitores:

C1 - 10 µF/12 V - eletrolítico

 

Diversos:

X1, X2 - eletrodos - ver texto

S1 - interruptor simples

M1 - microamperímetro de 100 µA ou próximo disso

B1 - 6 ou 9 V - 4 pilhas ou bateria

Placa de circuito impresso, caixa para montagem, radiador de calor

para o transistor, suporte de pilhas, eletrodos e fios, solda, etc.

 


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