INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS ELÉTRICAS

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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS

ELÉTRICAS

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Classificação

Quanto ao princípio de funcionamento:

• Instrumentos eletromagnéticos; • Instrumentos eletrodinâmicos; • Instrumentos eletroquímicos; • Instrumentos eletrostáticos.

Quanto à corrente elétrica:

• Instrumentos de corrente contínua - CC; • Instrumentos de corrente alternada - CA.

Quanto à grandeza a ser medida

• Amperímetros; • Voltímetros; • Ohmímetros; • Wattímetros; • Fasímetros;

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Quanto à apresentação da medida

• Instrumentos Indicadores - apresentam o valor da medida no instante em que está sendo feita, perdendo-se esse valor no instante seguinte;

• Instrumentos Registradores - apresentam o valor da medida no instante em que está sendo feita e registra-o de modo que não o perdemos;

• Instrumentos Integradores - apresentam o valor acumulado das medidas efetuadas num determinado intervalo de tempo.

Quanto ao uso

• Instrumentos industriais; • Instrumentos de laboratório.

Quanto à tecnologia

• Instrumentos analógicos • Instrumentos digitais

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INSTRUMENTOS ANALÓGICOS

Instrumento de Ferro Móvel

:

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INSTRUMENTOS ANALÓGICOS

Instrumento de Ferro Móvel

:

Neste instrumento, uma das barras é fixa e a outra é móvel.

Adaptando-se um ponteiro à barra móvel, consegue-se através de uma escala previamente calibrada, ler o valor da corrente circulante na bobina.

Esse tipo de instrumento pode ser usado para voltagens e correntes, tanto contínuas como alternadas.

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INSTRUMENTOS ANALÓGICOS

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INSTRUMENTOS ANALÓGICOS

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• Instrumento de

Bobina Móvel

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Instrumento de Bobina Móvel

Vantagens:

• Baixo consumo próprio. • Alta sensibilidade.

• Uniformidade da escala e possibilidade de escalas bastante amplas.

• A possibilidade de um simples instrumento ser utilizado com “Shunts” e resistores série apropriados, para cobrir uma ampla gama de correntes e tensões.

• Livre de erros devido à histerese e campos magnéticos externos.

• Amortecimento perfeito, simplesmente obtido por correntes parasitas no metal (carretel de alumínio), que suporta e forma a bobina móvel.

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Instrumento de Bobina Móvel

Desvantagens:

• Só são usados em corrente contínua.

• São instrumentos polarizados.

• Construção complexa e sensível.

• Devido a sua alta sensibilidade, danifica-se

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Trabalho 1

Equipes de 4 pessoas:

Instrumento Bobina móvel: 50% das equipes Instrumento Ferro Móvel: 50% das equipes Duas partes: pratica e teórica.

Pratica: montar o instrumento, trazer para a aula e fazer uma demonstração. O experimento deve destacar o princípio de funcionamento. Apresentação dia 03/04.

Teórica: As equipes devem apresentar o trabalho escrito em formato científico com pelo menos quatro paginas de conteúdo (sem contar as capas) evidenciando o funcionamento do instrumento, suas aplicações, etc. Entregar dia 10/04.

Forma de avaliação:

Nota da apresentação pratica será dada pelas equipes: Melhor média:10, segundo melhor: 9,5

Teórica será avaliada pelo professor. Média da nota: Teórica + Pratica

O melhor trabalho (média da pratica + teórica) os integrantes recebem nota 10,0. O segundo melhor trabalho recebem nota 9,5, e assim por diante.

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http://www.feiradeciencias.com.br/sala13/13_11.asp

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Instrumento Eletrodinâmico

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Instrumento de Indução

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Instrumento de Bobinas Cruzadas

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Sistema de Medição com Fio Térmico

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Instrumento Eletrostático

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CC e CA Corrente

Fio Térmico

CC e CA Diferenças de tensões

Bobinas Cruzadas

CC e CA Tensão

Eletrostático

CA Corrente

Indução

CC e CA Potência

Eletrodinâmico

CC Corrente e Tensão

Bobina Móvel

CC e CA Corrente e Tensão

Ferro Móvel

Tipo Grandeza

Instrumento

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Medição de Corrente:

Todos os instrumentos analógicos destinados a medir

correntes, baseiam o seu funcionamento na ação

magnética da corrente.

Medidores de corrente ou amperímetros são ligados em

série com o circuito de corrente, apresentando uma

pequena resistência interna.

Instrumentos de ferro móvel são fabricados para correntes

de até 250A, enquanto os de bobina móvel são executados

para medir correntes de apenas alguns ampéres.

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Medição de corrente mais elevadas:

Caso o amperímetro deva ser utilizado para uma faixa de medição n vezes superior a existente (fator de amplificação n), então uma parte da corrente passará pelo amperímetro e (n-1) parte vai passar pelo derivador.

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Exemplo:

A faixa de medição de amperímetro deve ser

ampliada de 100mA para 1A. A resistência interna é de 2

ohms. Qual o valor do derivador Rn?

Fator de amplificação:

Para a medição de correntes alternadas elevadas, são

usados transformadores de corrente.

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Medição de tensão

Medidores de tensão ou voltímetros são

medidores de corrente com elevada resistência

interna.

Quando da aplicação de uma tensão, circula nos

aparelhos uma determinada corrente, que provoca

a deflexão do ponteiro.

Voltímetros são ligados em paralelo com o

consumidor ou rede.

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Medição de tensão mais elevadas

É utilizado um resistor de pré-ligação.

Se a tensão a ser medida é n vezes superior a faixa de medição existente, então o valor de tensão a ser consumido pelo resistor é de (n - 1) volts.

RP = Resistor de pré-ligação

Ri = Resistência interna do instrumento

Rp = Ri x (n - 1)

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Exemplo:

A faixa de medição de um voltímetro de

12 volts deve ser ampliada para 60 volts.

A resistência interna do instrumento é de 2000

ohms. Qual o valor de Rp?

Para a medição de tensões alternadas elevadas,

empregam-se transformadores de potencial.

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81 Medição da Resistência

Resistência obtida pela medição da tensão e da corrente.

A determinação da resistência de uma carga pode ser feita por medição indireta. Para tanto, o elemento resistivo é ligado a uma tensão, medindo-se a sua queda de tensão e a absorção da corrente.

O valor da resistência é obtido segundo a Lei de Ohm: R = E/I.

Nas medições de grande precisão, devem ser levadas em consideração a resistência interna e a corrente absorvida pelo instrumento de medição.

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Medição por meio de Ohmímetro

Ligando-se diversos resistores de valores diferentes a uma mesma tensão, então em cada um aparecerá uma corrente de valor diferente. As grandezas das correntes são inversamente proporcionais aos valores dos resistores.

Quando da interrupção de um circuito de corrente, isto é, quando a resistência tem um valor infinitamente elevado, a corrente terá valor nulo. Por estas razões, a escala de um amperímetro pode ser calibrada em ohms e o instrumento utilizado como um ohmímetro.

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Escala do Ohmímetro analógico

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Os instrumentos digitais são inteiramente eletrônicos, possuindo poucas partes móveis (seletores de escalas e teclas), sendo mais robustos, preciosos, estáveis e duráveis.

Utilizam conversores analógicos digitais (A/D) e permitem adaptações e leituras automatizadas. Costumam ser mais baratos que os instrumentos analógicos.

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85 Voltímetro Digital

No voltímetro digital os circuitos de entrada utilizam transistores MOSFET, garantindo características como altíssima impedância e por conseqüência baixíssima corrente na entrada.

Pelo fato da impedância de transistores tipo MOSFET chegarem a 1012

_Ω

_{, é comum o uso de um resistor de alto valor (10 ou 100 M}

_Ω

_{) em}

paralelo, com a finalidade de evitar cargas estáticas e ruídos eletromagnéticos, que poderiam interferir nas leituras.

Amperímetro Digital

Os amperímetros digitais nada mais são que medidores de tensão sobre uma resistência conhecida.

Características principais: baixa impedância interna (idealmente 0) e conseqüentemente baixa queda de tensão interna (idealmente 0).

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Amperímetro Tipo Alicate

Quando desejamos a medir uma corrente, muitas vezes não é possível interromper o circuito (linhas de alta tensão, circuitos em operação, etc.).

Nestes casos, podemos utilizar uma medida indireta da corrente através da medição do campo magnético existente no condutor.

A medida é tomada fechando-se um circuito magnético em torno do condutor e medido-se o campo magnético (bobina, sonda de efeito Hall, magnetoresistor).

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Erro Limite

O erro limite é uma forma de indicação da margem de erro baseada nos valores extremos (máximo e mínimo) possíveis. Em geral, é definido como uma porcentagem do valor padrão ou fundo de escala. Supõe uma probabilidade teórica de 100% de que o valor verdadeiro (yv) esteja no intervalo y +/- L.

Apesar de menos rigorosa, esta medida de erro é mais popular que o erro padrão, pois indica o erro de forma mais direta e facilmente compreensível por um leigo. Numa avaliação rigorosa de dados, sempre que possível deve-se usar a definição de erro padrão.

Exemplo:

a. R = 10k

_Ω

+/- 5%;

b. C = 10uF + 20% - 10%;

c. Em um instrumento: “precisão"= 5% (“precisão" deve ser encarada como “erro").

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89 CATEGORIA DE MEDIÇÃO

Definido pelos padrões internacionais, a categoria de medição define categorias de I a IV, onde os sistemas são divididos de acordo com a distribuição de energia.

Esta divisão é baseada no fato de que um transiente perigoso de alta energia, como um raio, será atenuado ou amortecido à medida que passa pela impedância (resistência CA) do sistema.

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Exercício:

Para cada um dos instrumentos a seguir, apresente a lista de características: