Acelerômetro (MEC045)

Escrito por Newton C Braga

Este interessante medidor de aceleração pode ser usado em projetos de robótica e mecatrônica em testes de laboratório e em experiências de física. Instalado num objeto que se move ou num veiculo ele detecta variações da velocidade (aceleração). Ele utiliza um peso que se movimenta de modo proporcional à aceleração dando uma indicação remota num instrumento eletrônico. O circuito pode ser alimentado por tensão de 6 a 12 V de bateria, fonte ou mesmo por pilhas comuns.

Num robô ou veículo radio-controlado, este aparelho serve para medir a intensidade da aceleração ou frenagem ou ainda, numa curva, a força que aparece em sua decorrência e que eventualmente pode alertar para o perigo de um tombamento.

Outra aplicação possível para o aparelho é em experimentos de física, onde podemos medir o grau de aceleração ou frenagem de objetos em movimento ou ainda devido a ação de molas e outros mecanismos.

O aparelho também pode ser usado no carro para dar indicações de “arrancadas” ou mesmo de frenagem.

O sistema empregado no aparelho é muito simples: um peso que se movimenta com a aceleração, saindo da posição normal de equilíbrio aciona um potenciômetro, que é o transdutor.

O consumo de corrente deste circuito é extremamente baixo e ele pode ser facilmente instalado numa pequena caixa plástica.

Para o carro, o instrumento indicador pode ser fixado no painel.

 

COMO FUNCIONA

A força que atua sobre um corpo retirando-o de uma posição vertical de repouso depende da aceleração a que ele esteja sujeito, conforme mostra a figura 1.

 

Surge uma força sobre a massa M quando o veículo acelera.
Surge uma força sobre a massa M quando o veículo acelera.

 

 

Assim, prendendo uma certa massa ao eixo de um potenciômetro comum do tipo rotativo, ele tende a ficar numa posição de equilíbrio quando em velocidade constante ou parado.

No entanto, para qualquer aceleração (positiva ou negativa) ele tende a sair do equilíbrio e acionar o eixo do potenciômetro de modo proporcional a aceleração existente.

Ora, estando o potenciômetro acoplado a um circuito indicador, este circuito se encarregará de mostrar o valor desta aceleração num instrumento, de forma bastante precisa se convenientemente calibrado.

No nosso caso, o circuito indicador é uma ponte de Wheatstone em que um dos ramos é justamente o potenciômetro usado sensor e o indicador é um microamperímetro comum.

Assim, zerando o instrumento, com a ponte em equilíbrio na falta de aceleração (aceleração = 0), colocamos o aparelho em condições de medir acelerações.

O instrumento usado no nosso caso é um microamperímetro com zero no centro da escala, mas até mesmo outros tipos podem ser usados desde que cuidemos para que na posição de equilíbrio o ponteiro fique no centro da escala, conforme mostra a figura 2.

 

A escala do instrumento indicador.
A escala do instrumento indicador.

 

 

Na versão final usamos um regulador de tensão 7806 para reduzir os 12 V ou mais de uma bateria de carro para 6 V estabilizados de alimentação do circuito.

No entanto, para a alimentação por pilhas basta retirar este regulador de tensão do circuito.

 

MONTAGEM

Na figura 3 temos o diagrama completo do acelerômetro.

 

Diagrama completo do acelerômetro.
Diagrama completo do acelerômetro.

 

 

A disposição dos componentes numa ponte de terminais, que é a forma mais simples de se fazer a montagem, é mostrada na figura 4.

 

Montagem em ponte de terminais.
Montagem em ponte de terminais.

 

 

Optamos pelo uso de uma ponte de terminais dada a simplicidade do circuito, mas nada impede que os leitores mais habilidosos utilizem uma placa de circuito impresso.

O estabilizador de tensão 7806 não precisa de radiador de calor e o potenciômetro P1 deve ser linear.

Este potenciômetro deve ter adaptado o mecanismo de acionamento com o peso.

O sistema de acionamento é mostrado na figura 5.

 

Montagem do sensor.
Montagem do sensor.

 

 

O peso deve ser suficientemente grande para poder facilmente movimentar o eixo do potenciômetro.

Se possível, o leitor habilidoso pode abrir o potenciômetro e diminuir a força que a mola pressora faz no elemento resistivo de modo que ele fique mais mole e assim seja acionado com mais facilidade pelo peso.

Os resistores são de 1/8W e os capacitores C2 e C3 não são críticos tendo por função apenas evitar movimentos muito bruscos da agulha indicadora.

O instrumento indicador é um microamperímetro de 50 uA com zero no centro, mas microamperímetros de até 500 uA podem ser usados.

P2 é um trimpot comum.

 

AJUSTE E USO

Para ajustar ligue a unidade e coloque o eixo de P1 de modo que o peso na posição de repouso leve o instrumento a indicação de meia escala.

Depois, movimentando levemente o peso ajuste P2 de modo que os movimentos da agulha não sejam muito bruscos.

Se precisar aumente o valor de P2 para até 1 M ohms de modo a se obter a melhor faixa de comportamento do aparelho em função das características do instrumento usado.

Dependendo do fundo de escala e da resistência podem ser necessárias alterações dos valores de alguns componentes para se obter um acionamento suave e preciso.

Comprovado o funcionamento e feito o ajuste é só fazer sua instalação definitiva onde se deseja monitorar a aceleração.

O peso deve ficar orientado de tal forma a se movimentar com a força que atue sobre ele devida à aceleração que se deseja medir.

O positivo de entrada é ligado a qualquer ponto positivo da fiação do carro, se este for seu uso, e o ponto de zero volt a qualquer ponto do chassi ou do negativo da fonte.

Para uso em robôs e outros mecanismos a alimentação pode ser retirada do circuito.

Uma alimentação independente pode ser feita com o uso de 4 pilhas comuns.

Neste caso, o regulador de tensão (7806) pode ser retirado do circuito.

 

Observação:

O mesmo projeto também pode ser usado como um detector de inclinação, caso em que a escala do instrumento será calibrada em graus.

 

 

Semicondutores:

CI-1 - 7806 - circuito integrado regulador de tensão

 

Resistores: (1/8W, 5%)

R1 - 2,2 k ohms - vermelho, vermelho, vermelho

R2, R3 - 10 k ohms - marrom, preto, laranja

P1 - 10 k ohms - potenciômetro linear

P2 - 10k ohms a 1 M ohms - trimpot

 

Capacitores:

C1, C2, C3 - 10 uF/6V - eletrolíticos

 

Diversos:

F1 - 500 mA - fusível

M1 - 50-0-50 uA - microamperímetro com zero no centro da escala

Ponte de terminais, peso e sistema mecânico sensor, caixa para montagem, fios, solda, etc.