Medindo rotação de motores com osciloscópio

Osciloscópios são instrumentos de medição de sinais elétricos cujos resultados são apresentados como gráficos em dois eixos. Os eixos mais comuns são o de diferença de potencial (eixo vertical) e o eixo da frequência (eixo horizontal). Com o objetivo de medir a rotação de um motor, pode-se fazer o uso de diversos instrumentos de medição, entre eles o osciloscópio. Como comparação, o instrumento de medição mais comum usado em trabalho de instalações elétricas prediais, o multímetro, tem excelente aplicação quando os sinais analisados na medição tem alteração gradual. Todavia, caso a alteração seja dinâmica, ou a variável de interesse seja a própria alteração (crescimento da curva de tensão em um capacitor por exemplo) o osciloscópio se torna um equipamento bem mais interessante que o multímetro.

O osciloscópio

Os osciloscópios são capazes de fornecer valores de amplitude, frequência, largura do impulso, além da forma e do padrão do sinal que está sendo medido. A medida é obtida através de um processo semelhante ao que ocorre no caso dos multímetros, ou seja, são utilizados apenas dois cabos no local onde desejamos obter uma resposta. A vantagem sobre o multímetro é que o tempo de amostragem do osciloscópio é muito superior.

Neste tutorial, apresento uma forma de utilizar o osciloscópio para medir a rotação de um motor elétrico, utilizando da ideia da taxa de amostragem e frequência de impulsos. Para esse uso é necessário introduzir o conceito de um componente que será utilizado, o sensor hall.

O sensor hall

Um sensor Hall ou sensor de efeito hall é um transdutor, isto é, um dispositivo utilizado em sistemas de medição que recebe um estímulo e responde com um sinal de tensão. No caso do sensor hall, esse estímulo é a presença de um campo magnético. Sensores Hall podem ser tanto analógicos, sendo capazes de enviar diferentes sinais de tensão para diferentes intensidades de campos magnéticos, quanto digitais, que enviam sinal lógico (alto ou baixo) na presença ou não do campo magnético. Por exemplo, um sensor hall digital alimentado com 5 Volts envia constantemente sinal lógico baixo 0 Volts em sua saída, na presença de um campo magnético que  ative o transdutor o sinal passa a ser alto até que o campo não seja mais sentido pelo dispositivo.

Mãos à obra – Medido a rotação com um osciloscópio

A fim de medir a rotação de um motor elétrico, um ímã é fixado em seu rotor. Um sensor hall digital é posicionado de modo que quando o ímã gira, seja possível captar o campo magnético através do sensor. Ademais, o sinal de saída do sensor de efeito hall é  ligado à ponta de prova do osciloscópio. O motor em funcionamento faz com que o ímã fixo no eixo do rotor acompanhe o movimento de rotação do motor e passe a girar também. O movimento do imã provoca uma reação no sensor com certa frequência e esse valor de frequência nos permite calcular a velocidade do motor.

Componentes necessários

• Osciloscópio
• Imã (o imã deve ser de tamanho e força de atração que não impossibilite a medição)
• Sensor hall digital (olhar no datasheet do sensor a necessidade de um resistor entre os terminais do sensor)

Procedimento

Fixe o imã no eixo do motor que deseja medir a rotação. A nossa recomendação é que você utilize uma resina de base epóxi ou fita de alumínio. Uma vez que a alta velocidade do motor  pode forçar o ímã a ser arremessado, a fixação incorreta pode oferecer certo perigo.

 

 

Com o datasheet do sensor hall digital em mão, verifique a necessidade de um resistor entre os terminais dele. Depois alimente o sensor segundo as especificações do fabricante, através de uma fonte de bancada, baterias ou outros métodos.

 

 

A ponta de prova do osciloscópio deve ser ligada na saída do sensor hall, e o outro terminal deve ser aterrado junto do GND (ground)  do sensor. Posicione o sensor de efeito hall próximo ao ímã, de modo que quando o motor girar o sensor seja capaz de sentir a presença do campo magnético. Esse procedimento é através de tentativa e erro, pois depende da intensidade do ímã utilizado e de quão sensível é o sensor escolhido.

 

 

Para exemplificar, um sensor hall KY_003 é capaz de sentir o campo proveniente de um ímã de neodímio a uma distância média de 1 cm entre eles.

 

 

Ligue o motor, o osciloscópio e certifique que a medida está sendo realizada. Possíveis erros nessa etapa estão relacionados com mal contato dos componentes ou da ponta de prova do osciloscópio. Portanto, certifique que erros não estejam ocorrendo e prossiga . Outro erro possível está nas configurações do osciloscópio, que pode estar exibindo valores de tensão em uma faixa maior ou menor que a necessária. Verifique o manual dos equipamentos  faça os ajustes necessários.

 

Resultados obtidos

Com base em todo o procedimento, observe o valor de frequência com que o pulso do sensor acontece. O valor informado diz quantas vezes o pulso acontece em um segundo, ou seja o número de voltas do motor em um segundo. Utilizando matemática simples é possível determinar o número de voltas por minutos, efetuando a seguinte regra de 3:

 

pulsos em um segundo — 1 segundo

velocidade em rpm — 60 segundos

 

O resultado desse cálculo fornece a velocidade do motor medida em rpm. É possível, conforme aplicação do motor, utilizar do mesmo sistema para medir a rotação e com alguns cálculos obter valores em m/s ou km/h.

Considerações finais

A possibilidade de adaptação do método existe, com a utilização de um Arduíno por exemplo. Os pulsos do sensor podem ser contados, e transformados em velocidade da mesma maneira. Um exemplo de utilização no Arduíno está relacionada ao acionamento e controle do motor utilizado o Arduíno. É possível utilizar o valor da velocidade tanto como feedback para o controlador, quanto para variável de saída.

Saber a velocidade do motor é útil em vários aspectos. Testes de bancadas para melhoria em plantas de controle por exemplo. Com base nos valores de velocidade oferecido pelo método e tensão/corrente pela fonte é possível modificar algum parâmetro da planta de controle. Seguindo esse raciocínio, a utilização do método é útil em um serie de aplicações e seu baixo custo o torna atrativo.