O documento descreve diferentes tipos de medidores de deslocamento, incluindo medidores mecânicos, pneumáticos e elétricos. Detalha o funcionamento de medidores mecânicos baseados em molas torcionais e relógios comparadores, assim como medidores pneumáticos que transformam deslocamentos em variações de pressão de ar. A medição diferencial é destacada como importante técnica para controle dimensional automatizado.

1. 1
Capítulo 5Capítulo 5
MEDIDORES DE DESLOCAMENTOMEDIDORES DE DESLOCAMENTO
5.1 INTRODUÇÃO5.1 INTRODUÇÃO
5.1.1 Importância5.1.1 Importância
A medição de deslocamentos lineares e angulares é de fundamental importância
no campo da engenharia moderna. Cita-se como exemplos de aplicação:
- Movimentos em máquinas ferramentas, máquinas de medir, robôs industriais, etc.;
- Conversão mecânica/elétrica em transdutores para grandezas como: força,
pressão, torque, aceleração, etc.;
- Controle dimensional através da medição diferencial (pequenos deslocamentos)
como mais importante técnica de controle de qualidade automatizado;
Neste capítulo serão focalizados os medidores de aplicação mais corrente, e que
operam segundo princípios de transdução:
- Mecânico;
- Pneumático;
- Elétrico analógico;
- Elétrico digital.
5.1.2 Medição Diferencial5.1.2 Medição Diferencial
A produção em massa e de elevada qualidade na indústria mecânica exige
medição rápida, confiável e, se possível, com a mínima influência do operador. Estes
requisitos são preenchidos pela medição diferencial.
Os medidores de deslocamento, nesta aplicação, transformam um pequeno
deslocamento captado por um sensor de medição em um deslocamento amplificado de
um ponteiro, que possa ser lido num mostrador digital. O mensurando é portanto um
deslocamento linear, em geral, bastante pequeno.
Se o sistema de amplificação é de boa qualidade, pode-se obter facilmente
indicações da ordem de até décimos de micrometros (os medidores elétricos de
deslocamento podem oferecer resolução de até centésimos de micrometros).
A indicação representará sempre a diferença entre a dimensão da peça e a de um
padrão para o qual o sistema é ajustado.
A comparação se faz da seguinte maneira:
- Fixa-se o medidor de deslocamento em um dispositivo apropriado ( figura 5.1a );

2. 2
- Coloca-se o padrão sob o sensor do medidor de deslocamento ( figura 5.1b ) e
"zera-se" a indicação, por exemplo, através do giro do mostrador até a
coincidência do ponteiro com o zero da escala ( figura 5.1c ), ou através do ajuste
da altura da fixação do apalpador utilizando dispositivo apropriado;
- Retira-se o padrão, coloca-se a peça e procede-se a leitura da diferença ( figura
5.1d ).
Figura 5.1: Medição diferencial.Figura 5.1: Medição diferencial.
Figura 5.2: Aplicações dos comparadores.Figura 5.2: Aplicações dos comparadores.
Especiais vantagens do método de medição são o seu pequeno erro e sua força de
medição quase constante. Como visto na descrição do paquímetro, pode-se cometer
erros consideráveis, devidos, por exemplo, a uma força de contato excessiva sobre a
peça. A medição diferencial permite eliminar alguns destes erros, pois o operador não

3. 3
interfere na operação de medição, a não ser na ajustagem final do instrumento e na
colocação da peça a ser medida.
Modernamente a medição diferencial adquire crescente importância em função de
adequar-se amplamente à automatização com emprego de medidores elétricos de
deslocamento.
A medição diferencial tem também larga aplicação no trabalho de ajuste de
máquinas, como exemplificado a figura 5.2.
5.2 MEDIDORES MECÂNICOS5.2 MEDIDORES MECÂNICOS
5.2.1 Sistema de Mola Torcional5.2.1 Sistema de Mola Torcional
Talvez o mais simples, mas o mais engenhoso dos medidores de deslocamento é o
instrumento projetado por Abramson. Na figura 5.3 é mostrado esquematicamente este
instrumento. É um sistema de alavanca associada a uma mola torcional tipo fita.
Uma fita muito fina (1) tem fixo no seu centro (0), um ponteiro muito leve (2). A fita
é torcida em forma de hélice em todo o seu comprimento. Uma extremidade da fita é
fixada em uma alavanca AOB angular tipo mola, um braço da qual é ligado
diretamente à haste do apalpador (4).
Quando a haste do apalpador se desloca, a alavanca angular gira em torno de 0
e provoca um aumento de comprimento na fita. Isto provocará um giro na fita e o
ponteiro girará de um ângulo proporcional ao alongamento da fita. Pode ser mostrado
que o fator de amplificação da fita é dado por:
d
d W n
0
1
9 1 1
2
=
− , .
.
onde: 1 - comprimento da fita medido ao longo do seu eixo;
W - largura da fita;
n - número de voltas da fita;
0 - giro no ponto médio da fita em relação às extremidades.
Para que o instrumento apresente elevada sensibilidade, as dimensões da seção
transversal da fita devem ser bem reduzidas. Estas dimensões são da ordem de 6 x 2,5 µ
m e as tensões devidas à tração na fita, são normalmente aliviadas por pequenas
perfurações executadas ao longo do seu comprimento. Estes comparadores podem
atingir uma ampliação de 5.000 vezes.
A função da barra ajustável (3) é possibilitar o ajuste da amplificação. Isto é uma
grande vantagem do ponto de vista construtivo do instrumento, já que permite um último
ajuste em fábrica, ou na operação de manutenção.
As forças de medição, em geral, são de 2 a 3 N, podendo em alguns casos serem
reduzidas até 0,5 N.

4. 4
Figura 5.3: Comparador com alavanca e mola tipo fita.Figura 5.3: Comparador com alavanca e mola tipo fita.
5.2.2 Relógios comparadores5.2.2 Relógios comparadores
São medidores de deslocamentos constituídos de um apalpador (que toca na
peça), de um mecanismo de amplificação baseado num sistema cremalheira/trem de
engrenagens e um mostrador circular onde desloca-se um ou dois ponteiros, à
semelhança de relógios.
Na figura 5.4 tem-se o mecanismo de um relógio comparador. Além dos
elementos básicos, estes medidores em geral possuem ainda:
- Mostrador giratório;
- Indicação de voltas completas do ponteiro;
- Eliminação de folgas nas engrenagens;
- Dispositivo "anti-choque";
- Compensação da força de medição.
Com respeito ao relógio comparador, faz-se ainda destaque aos seguintes
aspectos:
a) O mostrador giratório ( EP ) permite que o " zero " da escala principal, quando do
ajuste inicial do relógio comparador, seja levado a coincidir com o ponteiro,
qualquer que seja a posição do mesmo; desta maneira, a indicação inicial é zero,
facilitando em muito a operação de medição.

5. 5
b) Além da escala principal ( EP ), os relógios comparadores costumam ser equipados
com uma escala auxiliar ( EA ), sobre a qual um ponteiro pequeno ( PP ) indica as
voltas completas do ponteiro principal ( P ), facilitando assim a leitura.
c) Para a eliminação de folgas do engrenamento, introduz-se uma protensão por
intermédio da mola espiral ( ME ). Pela ação desta mola que atua sobre a
engrenagem auxiliar ( EAX ), consegue-se que em todo o trem de engrenagens o
contato ocorra sempre no mesmo flanco dos dentes, qualquer que seja a direção do
movimento da haste ( H ). Assim elimina-se, em grande parte, o curso morto na
inversão do movimento do ponteiro ( histerese ).
d) A proteção do mecanismo contra o choque funciona da seguinte maneira: a
cremalheira (CR) não é usinada diretamente sobre a haste (H), mas sim sobre uma
bucha (BU) que, envolvendo a haste (H), pode deslizar sobre a mesma. Na situação
normal, bucha (BU) está pressionada pela força de protensão das engrenagens contra
o batente (BA) (pino transversal na haste H). Ocorrendo um impacto no apalpador, a
haste (H) se desloca livremente para cima e o batente (BA) se desprende do contato
com a bucha (BU), que permanece inicialmente sem movimentar-se; em seguida, sob
a atuação da força de protensão, a bucha (BU) começa a se deslocar lentamente
para cima até que o contato com o batente (BA) seja reestabelecido.
e) Compensação da força de medição: A mola de retorno (M) não atua diretamente
sobre a haste mas sim, por intermédio de uma alavanca (AL) (encostada
convenientemente, por exemplo, sobre o batente BA). Deste modo, graças à forma da
alavanca (AL) rotulada (em RO) o aumento da força da mola (M), devido ao
alongamento crescente da mesma quando a haste (H) sobe, é compensado pelo
decréscimo do braço B para b (sendo b < B) sobre o qual a força da mola atua.
Figura 5.4: Mecanismo de um relógio comparador.Figura 5.4: Mecanismo de um relógio comparador.

6. 6
Figura 5.5: Relógio comparador digital eletrônico.Figura 5.5: Relógio comparador digital eletrônico.
5.3 MEDIDORES PNEUMÁTICOS5.3 MEDIDORES PNEUMÁTICOS
Os medidores pneumáticos de deslocamento prestam-se com particulares
vantagens para aplicações especiais em meios sob radiação nuclear ou campos
magnéticos, no controle de qualidade dimensional e outras. Na figura 5.6 apresenta-se
o princípio de funcionamento e um exemplo da realização prática do mesmo.
O método de medição pneumático consiste essencialmente em transformar um
deslocamento em variações de pressão de ar. O princípio é baseado no comportamento
do fluxo de ar em uma câmara com dois orifícios ( figura 5.6 ).
Figura 5.6: Princípio de funcionamento do medidor de deslocamentoFigura 5.6: Princípio de funcionamento do medidor de deslocamento
pneumático.pneumático.
O ar chega a uma pressão constante H. Passa através do orifício de controle G e
chega a câmara A. O tamanho do orifício G é constante, mas o tamanho efetivo do
orifício S pode ser variado através de um deslocamento d. Se d varia, varia também a

7. 7
pressão h, o que nos fornece uma avaliação de d. Por dimensionamento dos diâmetros
de G e S e do rígido controle da pressão H, a pressão h poderá variar linearmente com
o tamanho efetivo do orifício S. Para valores h/H entre aproximadamente 0,6 e 0,8 a
relação entre a pressão h e a área do orifício S é linear. Estes valores são usados no
dimensionamento de todo o sistema. A lei linear entre a área do orifício S e a pressão h
é expressa na seguinte forma:
h a H
b H
A
A= −.
.
.
1
2
onde: h -pressão na câmara A;
H -pressão de entrada;
A1 -área do orifício G;
A2 -área efetiva do orifício S;
a e b -são constantes
Como nos outros medidores, a sensibilidade é a relação entre a variação do sinal de
saída em relação a variação do mensurando. No caso, o sinal de saída é dh e a
variação do mensurando corresponde à variação de A2. Logo a sensibilidade é:
dh / dA2 = - bH / A1
Então a amplificação pneumática é proporcional a pressão de entrada e
inversamente proporcional a área (ou inversamente proporcional ao quadrado do
diâmetro) do orifício de controle (G).
É claro que um requisito necessário para este tipo de sistema de medição é a
pressão de entrada H ser rigorosamente constante. Para isto, deve-se ter um regulador
de pressão que controle a pressão de alimentação.
A figura 5.7 mostra um esquema do instrumento produzido pela Solex. O ar
comprimido provém de um compressor e passa inicialmente por um filtro. A seguir passa
por uma válvula de fluxo e onde a pressão é reduzida e mantida constante através de
um tubo mergulhado em uma câmara de água, sendo a pressão do tubo equivalente a
altura da coluna d'água. O excesso de ar escapa para a atmosfera em uma forma de
borbulhos.
O ar já com pressão reduzida para o valor H, passa através do orifício de controle
(3) e sai pelo orifício de medição (5). A resposta de pressão no circuito (h) é indicada
pela altura da coluna d'água no tubo manométrico. O tubo é graduado para indicar as
variações de pressão resultantes da variação do deslocamento d.
Amplificações de 50.000 vezes são possíveis neste sistema. A pressão H é
normalmente 500 mm H2O. Na prática, a variação da área efetiva de (5) pode ser feita
de três formas (figura 5.7 ):

8. 8
- Por aproximação direta: a pressão varia conforme a posição do orifício de saída
em relação à peça a ser medida. É o caso dos bocais para a medição de
diâmetros internos.
- Por aproximação indireta: o furo de saída é substituído por um obturador em
forma de válvula e a saída de ar se efetua através do espaço entre o obturador e
seu encosto. Neste caso, o obturador é acionado mecanicamente através de um
apalpador e existe contato entre a peça e instrumento de medida.
- Por estrangulamento: a seção de saída é a própria peça a medir como por
exemplo o gigleur de um carburador.
Figura 5.7: Medição de deslocamento pelo princípio pneumático.Figura 5.7: Medição de deslocamento pelo princípio pneumático.
Figura 5.8: Forma construtiva dos tampões.Figura 5.8: Forma construtiva dos tampões.
Uma das aplicações mais importantes dos medidores pneumáticos é sem dúvida a
medição diferencial de diâmetros internos de peças. Através de técnicas especiais de
construção dos sensores, denominados tampões ( figura 5.8 ), consegue-se um
instrumento bastante simples de operar, de elevada confiabilidade e pequena incerteza
de medição .

9. 9
Uma outra forma construtiva é mostrada na figura 5.9. Neste sistema opera-se de
modo diferencial, isto é, o sinal proporcional é gerado em função da diferença de
pressão entre a câmara padrão (canal de referência) e a câmara do medidor (canal de
medição).
A medição de pressão é feita com manômetros diferencial que pode operar
mecanicamente ( figura 5.9 ) ou eletricamente com as consequentes vantagens.
Figura 5.9: Medidor pneumático (segundo Federal).Figura 5.9: Medidor pneumático (segundo Federal).
5.4 ELÉTRICOS ANALÓGICOS5.4 ELÉTRICOS ANALÓGICOS
Os medidores elétricos de deslocamento estão sendo cada vez mais utilizados em
substituição aos sistemas mecânicos e pneumáticos, principalmente pela sua
simplicidade de construção e facilidade de automatização.
Os transdutores eletro analógicos, segundo seu princípio de funcionamento se
dividem em:
- Resistivos;
- Indutivos;
- Capacitivos;
- Fotoelétricos.
A crescente evolução na área eletrônica permite que sejam construídos sistemas de
medição com erros mínimos e alta imunidade a fatores ambientais.
5.4.1 Resistivos5.4.1 Resistivos
Os transdutores à base da variação da resistência, por alteração dimensional do
resistor efetivo, também conhecido por potenciômetros ( figura 5.10 ), encontram

10. 10
frequente aplicação em função do seu baixo custo, sendo apropriados para
deslocamentos lineares e angulares. Apresentam como desvantagem a alteração de suas
características com o uso acentuado em função do desgaste. Não apresentam interesse
no campo de controle geométrico.
Figura 5.10: Transdutores resistivos de deslocamento.Figura 5.10: Transdutores resistivos de deslocamento.
5.4.2 Indutivo5.4.2 Indutivo
Os medidores eletroindutivos de deslocamentos são os mais usados atualmente
dentre os medidores analógicos. Suas principais vantagens são:
- construção compacta;
- elevada resposta dinâmica;
- alta sensibilidade;
- boa linearidade;
- pouco desgaste;
- boa imunidade às influências de fatores ambientais.
Basicamente distingue-se dois métodos de variação da indutância de um
transdutor:
- variação da indutância própria;
- variação da indutância mútua entre dois indutores.
Na sequência são analisados alguns aspectos construtivos e operacionais dos
medidores do tipo indutivo:
a) Indutância própria (auto-indutância)

11. 11
Ao tomar-se uma bobina de resistência elétrica desprezível e injetarmos nela uma
corrente elétrica variável no tempo, será criada uma diferença de potencial sobre esta
bobina (figura 5.11a), dada por:
v L
d i
d t
= − .
.
.
A constante de proporcionalidade L entre a tensão e o oposto da derivada da
corrente em relação ao tempo é chamada indutância (unidade no SI=Henry). O
elemento físico que apresenta uma indutância predominante é chamado indutor ( figura
5.11d).
Figura 5.11: Indutância própria e indutância mútua.Figura 5.11: Indutância própria e indutância mútua.
b) Indutância mútua
Uma característica importante dos indutores é a indutância mútua. A indutância
mútua é a propriedade de um indutor percorrido por uma corrente elétrica com
amplitude variável, induzir uma tensão elétrica em um outro indutor próximo (figura
5.11b).
Um transformador de tensão é um conjunto formado por dois indutores acoplados
magneticamente de forma eficaz, ou seja, através de um núcleo de alta permeabilidade
magnética (figura 5.11c).
c) Características de um indutor
A forma fisica característica de um indutor é uma bobina enrolada sobre um núcleo
de alta permeabilidade magnética.

12. 12
A indutância de um indutor ideal pode ser dada em função das características
geométricas da bobina, da permeabilidade magnética do meio, e do número total de
espiras ( figura 5.11d), ou seja:
L n A= 2
1. . . µ
onde: n - número de espiras da bobina por unidade de comprimento;
1 - comprimento da bobina;
A - área da seção transversal da bobina;
µ - permeabilidade magnética do meio.
Cosiderando que N = n.l, onde N é o número total de espiras tem-se:
L N
A
= 2
1
. . µ
A princípio qualquer um dos parâmetros da equação acima pode ser usado para
variar a indutância do indutor. O parâmetro mais usado, pela facilidade de construção
do transdutor e dos ótimos resultados metrológicos e operacionais alcançados é a
permeabilidade magnética "µ".
d) Transdutor Diferencial pela Auto-indutância
Na figura 5.12a pode-se ver um transdutor indutivo de variação da indutância
própria constituído de um só indutor. Este tipo de transdutor possui uma característica
altamente não linear. Como forma de compensar esta característica, usa-se o artifício da
ligação diferencial ( figura 5.12b), conseguindo-se uma resposta de maior sensibilidade
e linearidade.
Na figura 5.12b está mostrada a configuração normalmente encontrada em
medidores de deslocamento indutivo com contato, pela variação da indutância própria
de forma diferencial, ou seja, variação da indutância de dois indutores, uma
aumentando e outra diminuindo de valor, simultaneamente.
Pela variação da indutância de um indutor conforme visto na figura 5.12, foram
desenvolvidos diferentes tipos de transdutores de deslocamento indutivos. O transdutor
mais difundido é o deslocamento linear com cursor (contato). Na figura 5.13, tem-se a
forma construtiva de um tipo comercial. A faixa de medição é função das dimensões dos
componentes, atingindo a faixa de até ± 0,5 m.
Suas principais vantagens são robustez, erros mínimos, estabilidade e resolução,
que pode, dependendo da unidade de tratamento do sinal, ser até da ordem de 0,01 µ
m.
As principais características metrológicas e operacionais deste tipo de transdutor
podem ser vistas no quadro da figura 5.14.

13. 13
Figura 5.12: Transdutor indutivo.Figura 5.12: Transdutor indutivo.
Figura 5.13: Transdutor indutivo com contato.Figura 5.13: Transdutor indutivo com contato.
e) Transdutor Diferencial de Indutância Mútua
Este tipo de transdutor baseia-se no princípio de variação da indutância mútua
entre dois indutores. O tipo mais comum está mostrado na figura 5.15. É formado por
três indutores, sendo que um (primário) é excitado com uma tensão de amplitude e

14. 14
frequência fixas e os outros dois ligados de forma diferencial (secundário). A tensão
nestes dois enrolamentos é proporcional ao fator de acoplamento entre o enrolamento
primário e secundário o qual varia de acordo com a posição do núcleo.
Característica Valor Típico Observações
Classe de 0,5% do V.F.E. Para a faixa de operação nominal.
Precisão
Linearidade 0,05% a 5% Dependendo da faixa de operação.
Incerteza de + 0,01 µm ± 2S (S= desvio padrão para
Medição n medidas) para uma faixa de ± 2 mm.
Histerese 0,003% mm Dados de calibração feita em um transdutor.
Resolução 0,01 µm Dada aproximadamente pela tensão
residual do circuito ponte.
Sensibilidade 100 mv / mm Por unidade volt de excitação do
transdutor.
Figura 5.14: Características metrológicas e operacionaisFigura 5.14: Características metrológicas e operacionais
(valores limite típicos do transdutor de deslocamento de indutância(valores limite típicos do transdutor de deslocamento de indutância
própria).própria).
Figura 5.15: Transdutores indutivos ; Transformador diferencial.Figura 5.15: Transdutores indutivos ; Transformador diferencial.
f) Transdutor Indutivo sem Contato
Os transdutores indutivos sem contato permitem a medição de deslocamentos com
a vantagem de não provocarem retroação sobre o processo devido a inexistência de
força de medição. Existe no entanto a desvantagem de necessitar uma calibração para
cada montagem específica, já que o comportamento depende do posicionamento
espacial dos elementos envolvidos, bem como das características geométricas e do
material da peça da qual se está medindo o deslocamento ( figura 5.16).

15. 15
Figura 5.16: Transdutores indutivos sem contato.Figura 5.16: Transdutores indutivos sem contato.
Os transdutores de deslocamento indutivos sem contato são utilizados aos pares,
podendo-se proceder a montagem com dois elementos ativos (1/2 ponte), na forma
diferencial, ou com um elemento ativo e um de compensação (1/4 de ponte).
g) Diagrama de Blocos do Sistema de Medição Eletro Indutivo
Na figura 5.17 pode-se ver o diagrama de blocos básico de um sistema de
medição de deslocamento utilizado com um transdutor indutivo do tipo com contato e
variação da indutância própria. Nesta figura pode-se ver inclusive os sinais obtidos nas
diversas etapas do sistema desde a grandeza a medir (GM) até a indicação do sinal
medido.
h) Transdutor Indutivo sem Contato, por Correntes Parasitas
Estes transdutores aproveitam o efeito de correntes parasitas (correntes de Foucauld)
que surgem em um material condutor de eletricidade quando este é submetido a um
campo magnético. O sensor é constituído de uma bobina ativa, que gera tal campo, e
outra que permite compensar variações de temperatura ( figura 5.18). Uma parte do
campo magnético de alta frequência (1 MHz) é dissipado no interior da peça, e esta
perda depende, entre outros fatores, da distância entre ela e a bobina. Um circuito em
ponte detecta esta perda, fornecendo um sinal elétrico que deve ser adequadamente
tratado. Os principais fatores que influenciam a sensibilidade são:
- Condutividade elétrica do material: obtém-se maior sensibilidade quanto maior a
condutividade, podendo-se ter materiais de baixa condutividade magnética (p. ex.:
alumínio);
- Distância entre a bobina e a peça: consequência da não linearidade do princípio
físico de transdução;

16. 16
- Geometria da peça - a superfície sobre a qual incidem as linhas de campo
magnético, existindo restrições quanto à mínima espessura da peça (1 mm).
Estes sistemas devem ser calibrados para as específicas condições de utilização. No
sentido de compensar a não linearidade, estes sistemas contam com circuitos analógicos
de compensação, ou até mesmo, microprocessadores que permitem uma calibração e
ajustagem para cada aplicação.
Figura 5.17: Medidor indutivo de deslocamento ; Módulos do sistemaFigura 5.17: Medidor indutivo de deslocamento ; Módulos do sistema
de medição.de medição.
5.4.3 Capacitativo5.4.3 Capacitativo
Conforme mostrado na figura 5.19, a capacitância de um capacitador pode ser
alterada em função da variação do afastamento das placas, da área superposta de
placas e do dielétrico. Todos os três recursos podem ser utilizados para a medição de
deslocamentos, conforme esquematizado na figura 5.19.
A montagem diferencial de dois capacitadores é utilizada para obter-se
linearidade e alta sensibilidade na medição de pequenos deslocamentos ( figura 5.19).
Uma das vantagens do sistema capacitativo é permitir medições de deslocamentos
em meios sujeitos a grandes variações de temperatura.

17. 17
Figura 5.18: Medidor indutivo de deslocamento ;Figura 5.18: Medidor indutivo de deslocamento ;
Tipo sem contato, por correntes parasitas.Tipo sem contato, por correntes parasitas.
Figura 5.19: Transdutores capacitivos ; Métodos de variação daFigura 5.19: Transdutores capacitivos ; Métodos de variação da
capacitância.capacitância.

18. 18
5.4.4 Fotoelétrico5.4.4 Fotoelétrico
Os medidores fotoelétricos analógicos são formados por um substrato
semicondutor e um circuito elétrico complementar ( figura 5.20 ). Eles fornecem um sinal
de tensão "V", proporcional à posição do feixe luminoso (∆d) incidente no substrato.
Possuem boa linearidade, boa sensibilidade e velocidade de operação entre 0 e 10 kHz.
Sua principal desvantagem é a de não poderem trabalhar em meios expostos à poeira,
óleo e outras impurezas.
Figura 5.20: Transdutor analógico fotoelétrico.Figura 5.20: Transdutor analógico fotoelétrico.
5.5 MEDIDORES ELÉTRICOS DIGITAIS5.5 MEDIDORES ELÉTRICOS DIGITAIS
Os principais medidores elétricos digitais utilizam transdutores de deslocamento
que operam com escalas eletro-ópticas.
As escalas eletro-ópticas baseiam-se na codificação de uma barra ou disco por
marcações que interferem na transmissão de luz de uma fonte até um fotodetector. A
figura 5.21 mostra os dois princípios distintos de medição com as escalas eletro-ópticas:
o incremental e o absoluto.
Figura 5.21: Escalas eletroópticas incrementais.Figura 5.21: Escalas eletroópticas incrementais.

19. 19
5.5.1 Medidores com Escalas Eletroópticas Incrementais5.5.1 Medidores com Escalas Eletroópticas Incrementais
As escalas incrementais devido ao seu custo inferior e características metrológicas
superiores, têm uso predominante em aplicações práticas.
Opticamente elas podem ser de dois tipos:
- Reflexiva: um feixe luminoso incide sobre uma escala polida com gravações de
traços opacos, refletindo sobre ela em direção a um fotodetector. Com o
movimento da escala, este fotodetector libera um sinal elétrico proporcional à
intensidade luminosa incidente;
- Transparente: enquanto se desloca, uma escala de vidro gravada com traços
escuros interrompe de modo alternado um feixe luminoso entre a fonte e um
fotodetector (figura 5.21).
Em ambos os casos, o fotodetector fornece um sinal senoidal cujo período
corresponde ao espaçamento entre os traços da escala e que, após um tratamento, é
injetado em um contador. Com o número de pulsos contados e o espaçamento entre
franjas, é possivel calcular o deslocamento relativo da escala.
Figura 5.22: Medição opto-eletrônica de posição linear.Figura 5.22: Medição opto-eletrônica de posição linear.
Uma maior resolução é obtida com um segundo conjunto de fotodetectores, cuja
posição em relação ao primeiro resulta na emissão de um sinal eletricamente defasado
em 90° (figura 5.22). Por uma combinação lógica dos níveis dos dois sinais, é possivel
interpolar deslocamentos menores do que o espaçamento entre franjas e identificar o
sentido do movimento. Traços adicionais, separados da escala principal, podem ser
previstos para definir uma posição de referência localizável quando se deseja inicializar
os contadores com um valor pré-estabelecido.

20. 20
Algumas escalas têm gravados códigos correspondentes à posição absoluta da
escala, permitindo rapidamente recuperar a indicação no mostrador, após, por
exemplo, ter sido desligado o contador.
De maneira análoga às escalas lineares, configura-se escalas angulares com discos
ópticos e fotodetectores orientados radialmente.
Como principais vantagens destas escalas, apresentam-se a sua estabilidade com
o tempo e frente a variaçoes de temperatura, bem como a grande faixa de operação
que se pode obter pela justaposição de segmentos de escala. A principal fonte de erros
reside no espaçamento entre os traços e, com menor significado, erros de interpolação
entre duas franjas adjacentes.
Os sistemas de medição comerciais, baseados em escalas eletro-ópticas, têm sido
colocados à disposição com incremento digital de até 0,1 µm. A associação de
princípios interferométricos na detecção de franjas, estas agora gravadas em uma
camada de ouro depositada sobre uma fita de aço, permite alcançar uma incremento
digital de 0,02 µm.
5.5.2 Medidores com Escalas Eletroópticas Absolutas5.5.2 Medidores com Escalas Eletroópticas Absolutas
Nas escalas absolutas existe uma codificação de posição gravada na sua
superfície, baseada em regiões que transmitem ou não o feixe luminoso de uma fonte
até um fotodetector ( figura 5.23 ). Um conjunto de fotodetectores capta, a cada
posição da escala, os sinais de passagem ou não do feixe nas diversas regiões
codificadas determinando-se a posição da escala pela combinação lógica destes sinais.
A principal desvantagem deste tipo de escala é a menor resolução que se pode
alcançar, muito embora já sejam disponíveis com sistemas com incremento digital de
1 µm.
Figura 5.23: Codificação absoluta de posição.Figura 5.23: Codificação absoluta de posição.

21. 21
5.5.3 O Laser Interferométrico5.5.3 O Laser Interferométrico
O laser interferométrico é um instrumento de grande versatilidade e qualidade
para a medição de deslocamentos lineares que vão de décimos de µm a dezenas de
metros. A seguir é descrito o seu princípio de funcionamento.
Um laser a gás He-Ne, tipo Zeemann, é o elemento central do Laser
Interferométrico modular. Ele pode alimentar simultaneamente até 6 módulos de
medição nos quais se mede, independentemente, uma grandeza por módulo.
Baseado na figura 5.24, pode-se expor resumidamente o princípio de
funcionamento. O laser emite um raio com duas frequências f1 e f2 bastante próximas e
estáveis. Pela deflexão de parte do raio sobre um fotodetetor, é gerado por interferência,
um sinal elétrico com uma frequência (f1 - f2). O restante da energia do raio é colocado
à disposição dos módulos. Na figura 5.24 está esquematizado um módulo genérico.
Figura 5.24: Componentes básicos do laser interferométrico modular.Figura 5.24: Componentes básicos do laser interferométrico modular.
O raio proveniente do laser é, num interferômetro, dividido em suas componentes f1 e
f2. Estes raios são, por sua vez, reencaminhados ao interferômetro pelos retro-refletores,
de onde seguem, conjuntamente, até o fotodetetor localizado no captador. Ali, gera-se
por interferência no estado estático dos componentes ópticos, um sinal de frequência (f1
- f2). Este sinal e o sinal de referência gerado no cabeçote, são encaminhados a
contadores eletrônicos dos quais é, ciclicamente, realizada a diferença, e esta transferida
a um acumulador. Havendo um movimento dos retrorefletores, ocorre uma alteração na
frequência (± ∆f1 e ou ± ∆f2) em função do efeito Doppler. O sinal gerado terá, então,
durante o deslocamento, uma frequência (f1 ± ∆f1) - (f2 ± ∆f2), sendo em função disto
registrada uma diferença nos contadores. O valor acumulado corresponde à diferença
do caminho óptico de f1 e f2.
No interferômetro linear (figura 5.25), um dos retrorefletores é fixo com relação ao
interferômetro (∆f2 = 0). Havendo um deslocamento dx do outro retrorefletor, a
diferença do caminho óptico entre f1 e f2 será proporcional ao deslocamento dx, que

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pode ser medido com uma resolução da ordem de 0,16 µm ao longo de 60 m com
uma incerteza de ± 1 µm/m sob condições ideais. O valor de f1 não é alterado por
pequenos deslocamentos transversais e inclinações do retrorefletor.
Alguns sistemas mais modernos alcançam uma resolução de 0,01 µm.
Na figura 5.25 está esquematizado o interferômetro linear de espelho plano. Aqui
também um dos raios não altera o caminho óptico em relação ao interferômetro (f2),
ficando o sinal resultante dependente da variação sofrida pelo outro (f1). Com o duplo
percurso do raio entre interferômetro e refletor (espelho plano) a diferença do caminho
óptico com um deslocamento dx será dupla em relação ao interferômetro linear,
duplicando consequentemente a sensibilidade. O refletor, sendo um espelho plano,
poderá ser deslocado, transversalmente, sem influenciar o valor medido.
Figura 5.25: Interferômetros para medição de deslocamentos lineares.Figura 5.25: Interferômetros para medição de deslocamentos lineares.
Figura 5.26: Interferômetro angular.Figura 5.26: Interferômetro angular.

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Na figura 5.26 mostra-se a viabilidade da medição de pequenos deslocamentos
angulares, fazendo-se um arranjo especial de componentes ópticos.
5.6 NORMAS RELATIVAS AOS MEDIDORES DE DESLOCAMENTO5.6 NORMAS RELATIVAS AOS MEDIDORES DE DESLOCAMENTO
NBR 6388 "Relógios Comparadores com leitura de 0,01 mm".
NBR 10125 "Relógios Comparadores com leitura de 0,001 mm".
DIN 878 "Messuhren"
DIN 879, Teil 1 "Fõnzeiger mit mechanischer Anzeige"
JIS B7536 "Eletrical Comparators"
ISO/R463 "Metric dial gauges for linear measurement"
ASME/ANSI B89.1.10M "Dial Indicators ( For Linear Measurements )"
JIS B 7503 "Dial Gauges Reading in 0,01 mm"