INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA
DEPARTAMENTO EDUCACIONAL DE ELETROTÉCNICA
INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS ELÉTRICAS
Autores:
Anésio José Macari José Carlos Pontes Rogério Mello
APRESENTAÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS ELÉTRICAS Objetivo geral:
Habilitar o educando a identificar, descrever, analisar e qualificar os fenômenos e grandezas elétricas que fundamentam a eletrotécnica.
Objetivos específicos:
• Utilizar instrumentos de medidas de grandezas elétricas de corrente alternada e de corrente contínua;
• Escolher os instrumentos adequados a sua utilização; • Executar medições de resistências elétricas;
• Executar medições de resistência de isolamento de máquinas e equipamentos elétricos;
• Executar a medição de rigidez dielétrica de óleos isolantes;
• Ligar e medir grandezas através de transformadores de corrente e de potencial;
• Fazer medição de resistência de aterramento; • Elaborar relatórios técnicos.
INTRODUÇÃO
A grande maioria das pessoas tem contato direto com medidas elétricas no seu dia-a-dia e não percebe que isto está acontecendo. As medidas elétricas estão presentes no dia-a-dia da grande maioria das pessoas sem que as mesmas observem quanto.
Os medidores de consumo de energia elétrica que todas as pessoas têm em suas casas são medidores elétricos. Estes instrumentos precisam ser muito confiáveis, não somente na visão da empresa distribuidora de energia elétrica, como também na perspectiva dos consumidores. As empresas distribuidoras de energia precisam ter os seus investimentos e custos recuperados pelo pagamento das faturas em valores corretos. Os consumidores, também têm interesse em pagar valores corretos. Desta forma, a medição do consumo de energia elétrica deve ser feita em milhões de lares, sempre com qualidade e confiabilidade. Mas existem outros instrumentos elétricos no dia-a-dia da maioria das pessoas, senão vejamos:
Os relógios eletrônicos que as pessoas carregam nos braços são medidores elétricos. O registro da jornada de trabalho no cartão-ponto dos empregados, também. O velocímetro e o odômetro dos automóveis mais modernos também são medidores de grandezas elétricas. Os televisores e aparelhos de som incorporam medidores para ajuste de volume de som, graves, agudos, brilho, balanço, etc. Os microcomputadores pessoais possuem medidores de temperatura, de capacidade de memória, de tempo, de capacidade de carga das baterias, de intensidade de som, etc. Os sistemas micro-processados estão invadindo nossas vidas, nos automóveis, nos sistemas de segurança de nossas residências, nos controles de acesso nos estabelecimentos bancários e nas lojas de departamentos, até mesmo numa simples máquina de lavar roupas, num forno de micro-ondas, ou num sistema de controle de luminosidade de um quarto.
É fácil verificar a importância que a temática desta disciplina pode representar não somente para o técnico em Medidas Elétricas, como para todas as pessoas direta ou indiretamente vinculadas às atividades mencionadas. Para o Técnico, mais relevante, pois o mesmo será chamado para atuar no projeto, construção, instalação, manutenção, especificação, destes equipamentos e, logicamente deverá ter profundo conhecimento da área em que pretende prestar seus serviços profissionais.
SUMÁRIO
Capítulo I - REQUISITOS INICIAIS... 1
1.1 – Introdução ... 1
1.2 – Simbologia ... 1
1.3 – Relatório... 4
Capítulo II - ESCALAS E GRÁFICOS ... 7
2.1 – Definição de escala ... 7
2.2 – Gráficos... 8
2.2.1 – Tipos de funções... 8
2.3 – Orientações para construção de gráficos ... 10
2.4 – Atividade proposta... 11
Capítulo III - INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO ... 14
3.1 – Introdução ... 14
3.2 – Classificação dos instrumentos ... 14
3.2.1 – Classificação quanto ao tipo ... 14
3.2.2 – Classificação quanto à construção... 15
3.2.3 – Classificação quanto à grandeza a medir... 16
3.3 – Instrumentos de deflexão ... 17
3.3.1 – Dispositivo de medição... 17
3.3.2 – Dispositivo restaurador e antagônico ... 17
3.3.3 – Dispositivo amortecedor... 17
3.3.4 – Mancais ... 18
3.3.5 – Tipos de escalas. ... 18
3.3.6 – Tipos de ponteiros ... 19
3.4 – Erros nos Instrumentos de Medidas ... 20
3.4.1 – Introdução... 20
3.4.2 – Erros do grupo A... 20
3.4.3 – Erros do grupo B... 21
3.4.4 – Classe de precisão ... 21
3.4.5 – Erro absoluto (∆) ... 22
3.4.6 – Erro relativo (ε%) ... 22
3.4.7 – Exemplo... 23
3.4.8 – Leitura nos instrumentos de medidas... 23
3.5 – Atividade Proposta: ... 24
Capítulo IV - INSTRUMENTOS DE BOBINA MÓVEL E IMÃ PERMANENTE ... 26
4.1 – Introdução ... 26
4.2 – Princípio de funcionamento ... 26
4.2.1 - Sensibilidade do instrumento (S)... 29
4.3 – Utilização do BMIP ... 29
4.4 – Vantagens da utilização do BMIP... 30
4.5 – Desvantagens da utilização do BMIP ... 30
Capítulo V - AMPERÍMETRO DE BOBINA MÓVEL E IMÃ
PERMANENTE ... 31
5.1 – Ligação do amperímetro BMIP ... 31
5.2 – Amperímetro com várias escalas... 32
5.3 - Atividade Proposta ... 33
Capítulo VI - VOLTÍMETRO DE BOBINA MÓVEL E IMÃ PERMANENTE ... 34
6.1 – Ligação do voltímetro BMIP... 34
6.2 – Voltímetro com várias escalas... 35
6.3 – Atividade Proposta. ... 36
Capítulo VII - RESISTORES ... 37
7.1 – Tipos de resistores ... 37
7.2 – Resistor de filme... 38
7.3 – Resistor de fio ... 39
7.4 – Símbolo de resistor... 39
7.5 – Código de cores dos resistores ... 39
7.6 – Exercícios resolvidos... 40
7.7 – Resistência específica de alguns materiais ... 41
7.8 – Atividade Proposta ... 42
Capítulo VIII - MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE RESISTÊNCIA... 44
8.1 – Ohmímetro ... 44
8.2 – Multímetro ... 44
8.3 – Método Volt-Amper... 45
8.4 – Ponte de Wheatstone ... 46
8.5 – Atividade Proposta ... 50
Capítulo IX - MEDIÇÃO DO NÍVEL DE ILUMINAMENTO (ILUMINÂNCIA) DO AMBIENTE ... 51
9.1 – Introdução ... 51
9.2 – Levantamento luminotécnico ... 53
9.3 – Métodos de levantamento luminotécnico... 53
9.3.1 – Levantamento geral ... 53
9.4 – Atividade Proposta. ... 55
Capítulo X - MEDIÇÂO DE RESISTÊNCIA ISOLAMENTO... 56
10.1 – Materiais Isolantes... 56
10.2 – Comportamento dos dielétricos ... 58
10.3 – Medição de Resistência de isolamento com megôhmetro ... 60
10.4 – Esquema de ligação do megôhmetro ... 62
10.5 – Atividade Proposta ... 64
Capítulo XI - INSTRUMENTO DE FERRO MOVEL ... 66
11.1 – Introdução ... 66
11.2 – Princípio de funcionamento do ferro móvel... 66
11.3 – Escalas dos instrumentos... 68
11.4 – Erros e exatidão nos instrumentos ... 68
11.5 – Circuito de ligação do voltímetro... 69
11.7 – Esquema de ligação de voltímetro e amperímetro... 69
11.8 – Atividade Proposta: ... 70
Capítulo XII - INSTRUMENTO ELETRODINÂMICO... 71
12.1 – Introdução ... 71
12.2 – Princípio de funcionamento do instrumento eletrodinâmico ... 72
12.3 – Medida de potência com instrumento eletrodinâmico ... 72
12.4 – Wattímetro eletrodinâmico... 73
12.5 – Varímetro eletrodinâmico... 75
12.6 – Leitura no wattímetro e varímetro eletrodinâmico ... 76
12.7 – Cosfímetro eletrodinâmico... 76
12.8 – Ligação dos instrumentos nos circuitos ... 77
12.9 – Atividade Proposta ... 77
Capítulo XIII - TRANSFORMADORES PARA INSTRUMENTOS DE MEDIÇÕES ELÉTRICAS ... 79
13.1 – Introdução ... 79
13.2 – Transformador de potencial (TP) ... 79
13.2.1 – Exatidão do Transformador de potencial... 80
13.2.2 – Relação de transformação do Transformador de potencial (RTP)... 80
13.2.3 – Esquema de ligação do Transformador de potencial... 80
13.2.4 – Cuidados na utilização do Transformador de potencial ... 81
13.3 – Transformador de corrente (TC) ... 81
13.3.1 – Tipos de transformadores de corrente... 82
13.3.2 – Princípio de funcionamento do transformador de corrente ... 82
13.3.3 – Esquema de ligação do transformador de corrente... 83
13.3.4 – Características do transformador de corrente ... 83
13.3.5 – Diferenças entre TC de medição e TC de proteção... 83
13.4 – Atividade Proposta: ... 84
Capítulo XIV - ATERRAMENTO ... 85
14.1 – Introdução ... 85
14.2 – Objetivos do Sistema de Aterramento ... 86
14.3 – Características do Aterramento ... 86
14.4 – Eletrodo de aterramento... 86
14.4.1 – Hastes verticais ou inclinadas ... 86
14.4.2 – Malha de Aterramento... 87
14.4.3 – Aterramento natural pelas fundações, (as armaduras de aço da fundação)... 88
14.5 – Tratamento Químico do Solo... 89
14.5.1 – Características do tratamento químico... 89
14.5.2 – Produtos utilizados no tratamento químico... 89
14.5.3 – Aplicação do tratamento químico do solo... 91
14.6 - Medição do Aterramento ... 92
14.6.1 - Medição com voltímetro e Amperímetro... 92
14.6.2 – Medição com Megger... 93
14.7 – Caixa de Inspeção... 93
14.8 – Cobertura da Conexão ... 94
Capítulo XV - RIGIDEZ DIELÉTRICA DE ÓLEOS ISOLANTES ... 95
15.1 – Introdução ... 95
15.2 – Características dos óleos isolantes ... 95
15.3 – Rigidez dielétrica de óleos isolantes... 97
15.4 – Métodos de tratamento do óleo isolante ... 97
15.4.1 – Métodos de recondicionamento do óleo isolante... 98
15.4.2 – Métodos de recuperação do óleo isolante... 98
15.5 – Amostragem do óleo isolante ... 98
15.5.1 – Amostragem em garrafa ... 99
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Capítulo I
REQUISITOS INICIAIS
Objetivos:
• Identificar os símbolos utilizados nos
instrumentos de medidas. • Elaborar relatórios
1.1 – Introdução
O desenvolvimento de equipamentos de medição e controle dos sistemas elétrico-eletrônicos tem sido possível em função da ampliação dos conhecimentos tecnológicos, relativamente a materiais e procedimentos. A evolução dos equipamentos permite avaliar as grandezas envolvidas nos processos de medição e controle cada vez com mais precisão.
As técnicas utilizadas na realização das medidas, o conhecimento dos princípios e dos resultados obtidos são fundamentais para análise dos resultados.
A confiabilidade de uma medida está diretamente ligada à utilização do equipamento adequado e a precisão dos instrumentos.
O profissional de instrumentação e medidas deve saber selecionar os tipos de instrumentos de acordo com suas características de funcionamento.
Para se realizar uma medição, três pontos devem ser considerados, que são:
- Qual a grandeza a ser medida. - Como medir.
- Como avaliar o resultado.
1.2 – Simbologia
A simbologia utilizada nos instrumentos de medidas serve para identificar características básicas dos mesmos, indicando forma de utilização, precisão, tipo, etc.
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As demais características dos instrumentos devem ser buscadas nos manuais.
As tabelas seguintes não representam a totalidade dos símbolos existentes, mas apresentam uma amostra dos principais, que o técnico de medidas elétricas vai identificar com facilidade, pois estão presentes nos equipamentos mais comuns.
SÍMBOLO DESCRIÇÃO
CORRENTE CONTÍNUA
CORRENTE ALTERNADA MONOFÁSICA CORRENTE CONTÍNUA E ALTERNADA
CORRENTE ALTERNADA TRIFÁSICA (SIMBOLO GERAL)
INSTRUMENTO PARA MEDIÇÃO DE SISTEMAS TRIFÁSICOS COM UM ELEMENTO DE MEDIDA (PARA CIRCUITO A 3 CONDUTORES, EQUILIBRADO)
INSTRUMENTO PARA MEDIÇÃO DE SISTEMAS TRIFÁSICOS COM DOIS ELEMENTOS DE MEDIDA (PARA CIRCUITOS A 3 CONDUTORES, EQUILIBRADO OU DESEQUILIBRADO)
INSTRUMENTO COM TRES ELEMENTOS DE MEDIÇÃO .(PARA CIRCUITOS A 4 CONDUTORES)
TENSÃO DE ENSAIO – 500 V NA FREQÜÊNCIA INDUSTRIAL. TENSÃO DE ENSAIO – 2kV NA FREQÜÊNCIA INDUSTRIAL.
POSIÇÃO DE TRABALHO – MOSTRADOR NA POSIÇÃO VERTICAL
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SÍMBOLO DESCRIÇÃO
POSIÇÃO DE TRABALHO – MOSTRADOR NA POSIÇÃO HORIZONTAL POSIÇÃO DE TRABALHO – MOSTRADOR NA POSIÇÃO INCLINADA RETIFICADOR
TRANSDUTOR TÉRMICO (PAR TÉRMICO SEM ISOLAÇÃO) TRANSDUTOR TÉRMICO (PAR TÉRMICO COM ISOLAÇÃO) INSTRUMENTOS DE LÂMINAS VIBRÁVEIS.
PROTEÇÃO ELETROSTÁTICA OU BLINDAGEM ELETROSTÁTICA. PROTEÇÃO MAGNÉTICA, OU BLINDAGEM MAGNÉTICA.
TERMINAL DE ATERRAMENTO. AMPERÍMETRO VOLTÍMETRO WATTÍMETRO COSFÍMETRO VARÍMETRO
INSTRUMENTO DE BOBINA MÓVEL E IMÃ PERMANENTE (BMIP)
INSTRUMENTO DE BOBINA MÓVEL E IMÃ PERMANENTE COM RETIFICADOR
INSTRUMENTO DE BOBINA MÓVEL COM TRANSDUTOR. INSTRUMENTO DE IMÃ MÓVEL.
INSTRUMENTO DE IMÃ MÓVEL CRUZADA. INSTRUMENTO DE FERRO MÓVEL.
INSTRUMENTO ELETRODINÂMICO SEM FERRO.
30 A V W cos var
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INSTRUMENTO ELETRODINÂMICO COM FERRO. INSTRUMENTO ELETRODINÂMICO DE RELAÇÃO.
INSTRUMENTO ELETRODINÂMICO DE RELAÇÃO COM FERRO. INSTRUMENTO DE INDUÇÃO.
INSTRUMENTO DE RELAÇÃO DE INDUÇÃO. INSTRUMENTO ELETROSTÁTICO.
INSTRUMENTO DE FIO AQUECIDO. REGISTRADOR DE POTÊNCIA. INTEGRADOR (SIMBOLO GERAL) INTEGRADOR DE ENERGIA
1.3 – Relatório
O relatório é uma forma didática de apresentar os resultados obtidos em todas as áreas de trabalho, ensino, pesquisa, ensaio, etc.
A apresentação de relatórios deve ser feita de forma tecnicamente padronizada, sendo que o mesmo deve mostrar todos os procedimentos utilizados, resultados obtidos, esquemas de ligação e equipamentos utilizados.
A organização e estruturação do relatório devem seguir uma padronização, desde a folha de apresentação até a conclusão, conforme mostrado a seguir.
Folha de rosto
A folha de rosto, ou a capa de apresentação deve conter:
a) Nome da instituição e local onde está sendo desenvolvido o experimento;
b) Departamento a que está vinculado;
c) Laboratório onde está sendo realizado o experimento; d) Disciplina ou Unidade Curricular;
W
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e) Título do experimento;
f) Identificação do relator (ou equipe) - Nome, Turma, Ano/Semestre.
Índice
O índice deve mostrar quais os pontos indicados no relatório, como também a página onde está localizado.
Objetivo da experiência
O objetivo é a parte do relatório que define o que se pretende trabalhar durante o experimento, ou seja, o que se pretende atingir na atividade prática.
Exemplos:
-Determinar o comportamento da resistência elétrica com a variação de corrente.
-Comprovar a lei de Ohm. - etc.
Introdução
A introdução do relatório deve descrever a razão pela qual está sendo feito o experimento, justificar sua utilidade, que servirá como meio de estudo e servir de fonte de conhecimento para outros. A introdução deve dar uma idéia de como será feito o experimento e o que se deseja obter com o experimento.
Desenvolvimento do experimento
O desenvolvimento é o ponto central do relatório, pois nesta parte devem ser abordados todos os procedimentos adotados para realização do experimento, desde a montagem até a obtenção dos resultados.
No desenvolvimento devem ser abordados conteúdos dentro ou fora do assunto, desde que possa ser utilizado como meio auxiliar para o desenvolvimento do assunto, podendo colocar equações, métodos ou modelos que possam ser utilizados para o estudo do conteúdo.
Nesse ponto do relatório podem ser utilizados conteúdos teóricos já conhecidos para formular a comprovação do experimento.
Ainda no desenvolvimento devem constar os seguintes pontos: a) Equipamentos e instrumentos utilizados.
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Descrever, quantificar e especificar todos os materiais e equipamentos utilizados no experimento.
Exemplo:
- Instrumento de Medidas - Tipo de instrumento, escala, tipo de construção, classe de precisão, posição de trabalho, etc.
- Equipamentos - Nos equipamentos devem ser observados os dados de placa para fazer a especificação.
b) Esquemas de ligação (desenhos).
O esquema de ligação e desenhos que sejam necessários para mostrar as ligações utilizadas, ou a configuração de levantamentos ou plantas para o desenvolvimento dos trabalhos.
c) Dados e medidas.
As medidas e os dados obtidos durante a realização do experimento devem ser indicados, sendo que esses dados podem ser obtidos durante o experimento ou com os dados de catálogos de fabricante.
d) Gráficos.
Através do gráfico podem-se visualizar os fenômenos e descreve-los de forma simplificada o que ocorreu na execução dos trabalhos.
Conclusão
A conclusão é a parte do relatório onde devem ser feitas as considerações se os resultados obtidos estão de acordo com valores de referência (estabelecidos por norma), ou bibliografias reconhecidas.
A conclusão é a análise final dos resultados obtidos, e comparados com o que teoricamente está estabelecido.
Bibliografia
Relação de livros, apostilas e materiais utilizados como pesquisa para realização do experimento e elaboração do relatório.
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Capítulo II
ESCALAS E GRÁFICOS
Objetivos:
• Identificar os símbolos utilizados na elaboração de gráficos.
• Elaborar gráficos.
Os gráficos são utilizados para facilitar a visualização da variação das grandezas elétricas em relação a parâmetros previamente definidos.
2.1 – Definição de escala
Escala é a relação que existe entre duas grandezas, sendo uma realizada sobre a peça real, e outra proporcional ao tamanho real da peça.
a) Escala Natural
A escala natural representa a peça em seu tamanho real, nesse caso a escala aplicada é 1:1
b) Escala de redução
A escala de redução ocorre quando a peça é desenhada com dimensões menores do que as dimensões reais.
As escalas mais utilizadas são:
1:2,5 – 1:5 – 1: 10 – 1: 20 – 1: 25 – 1: 50 – 1: 100 – 1: 200, etc.
c) Escala de ampliação
A escala de ampliação ocorre quando a peça é desenhada com dimensões maiores do que as dimensões reais.
Y
X
Y/2
X/2
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As escalas mais utilizadas são: 2:1 – 5:1 – 10: 1 – 20: 1 – 25: 1, etc.
2.2 – Gráficos
O gráfico é a representação da relação entre duas grandezas, onde se podem visualizar rapidamente as modificações que ocorrem. A representação do gráfico deve ser feita através de coordenadas ortogonais, sendo que Y= f(x)
Uma determinada função f(x) = Y, define um conjunto de pontos em um determinado intervalo, definem um gráfico que representa o comportamento de uma grandeza.
2.2.1 – Tipos de funções
a) Função linear.
Uma função linear é toda função do tipo Y= a X + b, sendo: b – Coeficiente linear da função.
a – Coeficiente angular da função.
2Y
2X Y
X
TAMANHO REAL TAMANHO EM ESCALA 2:1
P (Xi, Yi)
Xi, Yi
X Y
X – Variável independente (eixo horizontal) Y – Variável dependente (eixo vertical)
Xi, Yi – Par ordenado de coordenadas que definem o ponto.
X Y
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b) Função inversa.
Uma função linear é toda função do tipo Y= a/x, sendo :
c) Função de potência.
Uma função de potência é toda função do tipo Y= a . Xn , sendo:
d) Função senoidal e cosenoidal.
1 X X Y X Y > n >1 Exemplo: Y = a X2 X Y 1 > n > 0 Exemplo: Y = a X½
f(x) = a sen x ( função senoidal ) e f(x) = a . cos x
a -a a . cos x a . sen x X Y 900 1800 2700 3600 4500 X Y ∆Y ∆X α b a= tg α a= ∆Y ∆X
_____________________________IFSC____________________________________ 2.3 – Orientações para construção de gráficos
a) Traçar o sistema de eixos cartesianos (X,Y).
b) Colocar nas extremidades dos eixos, o nome ou símbolo das grandezas e suas respectivas unidades entre parênteses.
c) Escolher a escala mais adequada para representar os valores da grandeza.
Para escolher a escala adequada, inicialmente identifica-se o maior valor experimental pela dimensão dos eixos representados, podendo-se utilizar escala natural, de redução ou de ampliação. Caso seja escala natural, marque os pontos sobre os eixos e trace o gráfico.
Se for escala de redução o maior valor experimental obtido deve ser dividido pelo comprimento do eixo, sendo que o número encontrado deve ser aproximado para um número inteiro superior.
Se for escala de ampliação o comprimento do eixo deve ser dividido pelo maior valor experimental obtido, sendo que o número encontrado deve ser aproximado para um número inteiro inferior.
d) Escolher a escala mais adequada para representar os valores da grandeza.
e) Marcar os pontos nos eixos horizontal e vertical referentes aos valores de intervalos regulares das variáveis, e não os valores das medidas efetuadas.
f) Marcar os pontos obtidos durante o experimento, colocando o ponto e circundando o mesmo com uma circunferência de diâmetro de aproximadamente 2 mm, a fim de melhor identifica-lo e indicar a região de maior probabilidade de ocorrência da medida.
g) Fazer a interpolação dos pontos indicados no sistema de eixo cartesiano, seguindo a tendência da curva obtida.
Y(V) X(A) X1 X2 X3 X4 Y1 Y2 Y3 Y4
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h) Finalmente, deve ser colocado no alto da folha (sobre o gráfico), o que representa a curva desenhada (título do trabalho). É recomendável colocar os dados do ensaio da curva representada.
2.4 – Atividade proposta
1 – Aplicando a Lei de Ohm, determine graficamente se o resistor é ôhmico ou não ôhmico, partindo dos valores obtidos e constantes na tabela abaixo.
Mostre também as escalas usadas na construção do gráfico,
completando a tabela com os valores de Resistência(R) e Potência(P). Construa os gráficos de U = f(I) ; R = f(I) ; P = f(I).
Os gráficos deverão ser traçados em folha de papel milimetrado tamanho A4. Obs: Para obter estes dados, o experimento foi realizado conforme esquema abaixo.
U(V) 0 30 60 90 120 130 150 200 250 260 300 350 380
I(A) 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 4,8 6,0 8,0 10,0 10,7 12,0 14,0 15,0 R(Ω)
P(W)
2 – Os dados constantes na tabela abaixo foram extraídos do ensaio de um motor de indução trifásico.
Observando os valores das grandezas, construa os gráficos abaixo relacionados:
P = f(Ia) ; S = f(Ia) ; Pa = f(Ia). (no mesmo sistema de eixo) Cos φ = f(Pf); η% = f(Pf) ; T = f(Pf). (no mesmo sistema de eixo)
+ A V + R V + _ I
_____________________________IFSC____________________________________ Pa(W) S(%) T(N.m) Pf(W)
η
(%) cos ϕ Ia(A) 360 2,2 1,15 206 57 0,27 3,45 480 2,7 1,70 308 64 0,35 3,60 640 3,3 2,85 521 81 0,45 3,76 800 3,5 3,52 655 82 0,56 4,00 1072 4,4 5,10 940 87 0,63 4,51 1300 5,3 6,18 1140 88 0,69 4,97 1520 5,5 7,43 1368 90 0,71 5,61 1740 5,7 8,55 1590 91 0,75 6,09 1912 5,8 9,47 1760 92 0,77 6,53 2140 6,1 10,70 1980 92 0,81 6,94 2272 6,2 11,70 2150 94 0,84 7,40 Pa – Potência absorvida. S – Escorregamento. T – Torque. Pf – Potência fornecida.η -
Rendimentocos ϕϕϕϕ - Fator de potência.
Ia - corrente absorvida.
Observações:
a – Os gráficos devem ser construídos em papel milimetrado, em formato A4;
b – As anotações deverão se feitas dentro da área milimetrada;
c – No caso de gráfico múltiplo (com mais de uma curva), cada curva deve ser identificada, com linhas de formato ou de cores diferentes.
3 – Quais os tamanhos de papel milimetrado que poderão ser usados para construção de gráficos? Justifique sua resposta.
4. O que deve ser feito com os pontos do gráfico que estiverem fora do traçado da curva?
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5. Por que os eixos devem ser anotados com valores da escala aplicada e não com os valores do experimento?
6. Qual a vantagem de se construir gráficos múltiplos (com várias curvas no mesmo eixo cartesiano), referentes a várias grandezas?
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Capítulo III
INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO
Objetivos:
• Identificar os instrumentos de medidas.
• Identificar as características, vantagens e
desvantagens dos instrumentos de medidas. • Identificar erros nos instrumentos de medidas.
A identificação das características dos instrumentos de medidas elétricas possibilita a utilização com mais eficiência e rentabilidade.
3.1 – Introdução
Os instrumentos de medidas possuem aplicações muito variadas, portanto, neste conteúdo faremos a análise dos instrumentos de medidas elétricas. Para cada tipo de grandeza, existe um tipo de instrumento adequado para realizar a medição desejada.
Em função do tipo de medição a ser realizada existe um instrumento que deve ser utilizado e, portanto, deve ser classificado adequadamente.
3.2 – Classificação dos instrumentos 3.2.1 – Classificação quanto ao tipo
a – Instrumento indicador
O instrumento indicador é aquele que indica valores instantâneos das grandezas elétricas. Os instrumentos indicadores podem ser dos tipos de deflexão ou instrumentos eletrônicos.
b – Instrumento Registrador
O instrumento registrador é aquele em que todos os valores medidos são registrados de forma gráfica, por meio de tabela de valores ou de maneira eletrônica (memória eletrônica).
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O instrumento integrador é aquele cujo valor indicado é sempre a somatória das medidas realizadas. (Ex. Medidor de energia).
3.2.2 – Classificação quanto à construção
A classificação dos instrumentos quanto à construção é fundamental para se fazer a escolha do instrumento em função de sua utilização, por exemplo, o instrumento de bobina móvel deve ser utilizado para medir o valor médio e o instrumento de ferro móvel é utilizado para medição do valor eficaz.
1 – Instrumento de bobina móvel e imã permanente (BMIP)
O instrumento BMIP é constituído por uma bobina móvel e um imã permanente e a deflexão do ponteiro ocorre devido a circulação de corrente na bobina. O instrumento BMIP deve ser utilizado para medição de grandezas em corrente contínua. O instrumento BMIP pode ser utilizado em corrente alternada, desde que sejam feitas algumas adaptações (inclusão de retificador).
Os instrumentos BMIP são instrumentos polarizados, sendo que ao serem ligados aos circuitos, deve-se observar o sentido de circulação de corrente através da bobina, para que a indicação do ponteiro seja no sentido da escala.
2 – Instrumento de ferro móvel
O instrumento de ferro móvel possui uma peça de material ferromagnético que se desloca quando a bobina do instrumento é percorrida por uma corrente elétrica. No processo de construção existem várias formas de construção.
O instrumento de ferro móvel pode ser utilizado em corrente contínua e também em corrente alternada.
3 – Instrumento eletrodinâmico
O instrumento eletrodinâmico possui uma ou mais bobinas fixas e uma bobina móvel, sendo que a deflexão do ponteiro ocorre somente em função das correntes que circulam nas bobinas fixa e móvel. Os instrumentos eletrodinâmicos podem ser utilizados tanto em corrente contínua como em corrente alternada.
Os instrumentos eletrodinâmicos podem ser construídos com ou sem núcleo de ferro, cuja indicação é feita através da simbologia colocada no equipamento.
_____________________________IFSC____________________________________ 4 – Instrumento de imã móvel
O instrumento de imã móvel possui um ou mais imãs que se deslocam quando a bobina é percorrida por uma corrente elétrica. O instrumento de imã móvel só pode ser utilizado em corrente contínua.
5 – Instrumento térmico
O instrumento térmico é construído com fio aquecido, onde a circulação de corrente provoca a dilatação do fio, provocando o deslocamento do ponteiro.
6 – Instrumento bimetálico
O instrumento bimetálico é constituído por dois metais que se deformam quando percorridos por uma corrente e provocam o deslocamento do ponteiro sobre a escala. Ex: medidor de demanda de potência.
7 – Instrumento de indução
O instrumento de indução funciona baseado na indução eletromagnética, criada por indutores, para que a corrente induzida nas partes condutoras dos instrumentos possa fazer a medição da grandeza desejada. Ex. medidor de energia elétrica, instrumento alicate, frequencímetro, etc.
8 – Instrumentos eletrônicos
Os instrumentos eletrônicos fazem as medidas por meio de circuitos eletrônicos que quando submetidos a um determinado sinal de uma grandeza elétrica, indicam em um display o valor da grandeza medida.
3.2.3 – Classificação quanto à grandeza a medir
1. Voltímetro – Instrumento utilizado para medição de tensão elétrica. 2. Amperímetro – Instrumento utilizado para medição de corrente elétrica. 3. Wattímetro – Instrumento utilizado para medição de potência ativa. 4. Varímetro – Instrumento utilizado para medição de potência reativa. 5. Cosfímetro – Instrumento utilizado para medição de fator de potência,
(cos ϕ).
6. Frequencímetro – Instrumento utilizado para medição de freqüência. 7. Ohmímetro – Instrumento utilizado para medição de resistência elétrica. 8. Megôhmetro – Instrumento utilizado para medição de resistência de
isolamento de materiais sólidos.
_____________________________IFSC____________________________________ 3.3 – Instrumentos de deflexão
Os instrumentos de deflexão, para todos os tipos de construção são constituídos basicamente dos mesmos elementos para que as medições possam ser efetuadas com facilidade e rapidez.
3.3.1 – Dispositivo de medição
Os dispositivos de medição dos instrumentos de deflexão basicamente são constituídos pela escala e ponteiro, e através de comparação pode-se estabelecer o valor da grandeza medida.
3.3.2 – Dispositivo restaurador e antagônico
O dispositivo de restauração do instrumento é utilizado para que, após a realização da leitura, o ponteiro do instrumento possa retornar a posição de repouso. Além de restaurar o ponteiro a posição de repouso, este dispositivo também tem a finalidade de se opor ao movimento do ponteiro, para que quando a grandeza elétrica atingir seu valor, o ponteiro possa parar e indicar a leitura.
3.3.3 – Dispositivo amortecedor
O dispositivo de amortecimento do instrumento serve para evitar danos ao sistema mecânico de sustentação viabilizando velocidade constante ao ponteiro do instrumento quando submetido a um deslocamento. Isto evita oscilação excessiva do mesmo.
Os dispositivos de amortecimento dos instrumentos de medidas podem ser feitos de várias formas, que podem ser:
1
_____________________________IFSC____________________________________ 3.3.4 – Mancais
Os mancais são dispositivos utilizados para sustentação da parte móvel dos instrumentos de medida.
3.3.5 – Tipos de escalas 1 – Escala com divisão linear
A escala linear é a escala em que suas divisões têm as mesmas dimensões para a mesma variação da grandeza medida. São escalas em que o torque aplicado sobre o ponteiro varia de forma diretamente proporcional a variação da grandeza medida. A escala com divisão linear, é a mais adequada para medições de grandezas elétricas.
Esta escala é normalmente usada em instrumento de construção BMIP.
2 – Escala com divisão quadrática
A escala quadrática é a escala cujo instrumento possui conjugado proporcional ao quadrado da grandeza medida.
mancal mancal 1 0 2 3 4 5 6 10 0 20 30 40
• Mecânico – Através de molas. • Ar comprimido – Ampola de ar. • Magnético – Indução magnética. • Circuitos Elétricos
_____________________________IFSC____________________________________
Esta escala é normalmente usada em instrumentos de construção ferro móvel.
Alguns equipamentos sofrem modificações no sistema fixo-móvel para que a escala se aproxime da escala linear, ou para fazer com que o deslocamento do dispositivo restaurador não seja proporcional ao deslocamento do ponteiro.
3 – Escala com divisão ampliada
O instrumento com escalas de divisões ampliadas deve ser utilizado para medições de grandezas que não necessitam de uma precisão muito apurada, e o sistema está sujeito a variações súbitas, geralmente em instrumentos de painel onde as leituras podem ser feitas a distância.
Esta escala é normalmente também usada em instrumentos de construção ferro móvel.
3.3.6 – Tipos de ponteiros
Existem vários tipos de ponteiros que são utilizados nos instrumentos de medidas, sendo que essa diversidade de modelo está relacionada com a necessidade de precisão de leitura dos instrumentos, como é mostrado a seguir:
30
0 10 20 50
(a) (b) (c) (d) (a) – Ponteiro tipo vareta. (b) – Ponteiro tipo lança.
(c) – Ponteiro lança pontiaguda. (d) – Ponteiro tipo faca.
_____________________________IFSC____________________________________ 3.4 – Erros nos Instrumentos de Medidas
3.4.1 – Introdução
Os instrumentos de medidas não apresentam valores absolutamente corretos, pois sempre ocorrem erros devidos a vários fatores, que podem ser desde a fabricação, montagem, influências ambientais e do próprio operador.
Os erros nos instrumentos podem ser divididos em dois grupos, sendo um grupo os erros que se mantém constante ao longo da medição e outro grupo dos erros que variam ao longo da utilização da escala.
3.4.2 – Erros do grupo A
Os erros desse grupo são erros que se mantêm constantes ao longo de toda a escala.
1 – Erro de escala
A escala pode ter sido marcada de forma inadequada, por ineficiência das máquinas de fabricação ou até por erro de desenho.
2 – Erro de ajuste zero
Antes de efetuar a leitura o operador deve verificar se o ponteiro do instrumento está posicionado sobre o zero (posição de repouso). Caso não esteja, o operador deve ajustá-lo. Não sendo feito tal ajuste o eventual erro permanecerá ao longo de toda a escala.
3 – Erro de leitura.
O erro de leitura pode ocorrer devido à utilização de instrumentos com ponteiros inadequados (ponteiros grossos ou tortos e erros de interpolação, quando a leitura não for exatamente sobre os traços da escala).
4 – Erro de paralaxe
O erro de paralaxe ocorre quando a leitura fica alterada em face da posição do operador em relação à escala. Nos aparelhos de precisão, um espelho é colocado abaixo do ponteiro para que a leitura somente seja efetuada quando coincidir com sua imagem.
_____________________________IFSC____________________________________ 5 – Erro de atrito
Os erros de atrito são aqueles que ocorrem devido ao atrito entre as partes fixas e móveis do instrumento (ex.: entre pivô e mancal). Os fabricantes pesquisam e produzem vários tipos de mancais para diminuir esse erro, utilizando mancais de suspensão magnética, jóias sintéticas, etc.
3.4.3 – Erros do grupo B
São erros que podem variar em função das condições de utilização do instrumento e das influências externas a que ele esteja submetido, tais como:
1 – Componentes defeituosos (resistores, indutores, capacitores e outros componentes) utilizados na fabricação do instrumento.
2 – Influências externas sobre os componentes do instrumento (temperatura, freqüência, umidade, etc.).
A ocorrência de todos esses tipos de erros acumulados nos instrumentos define a precisão do instrumento, que é definida como classe de precisão do instrumento.
3.4.4 – Classe de precisão
A classe de precisão dos instrumentos de medidas é definida pelo fabricante no painel do instrumento. O valor indicado pelo fabricante indica o maior erro absoluto que pode ocorrer em qualquer ponto da escala, calculado a partir da aplicação da classe de precisão (CP %) ao valor de plena escala.
1 – Precisão: Característica do instrumento determinada através de processo
estatístico de medições que exprime o afastamento mútuo entre as diversas medidas obtidas de uma dada grandeza, em relação à média aritmética das medidas.
2 – Exatidão: A exatidão exprime o valor da medida realizada pelo
equipamento e o valor da medida para que ele foi projetado e em condições pré-determinadas. A exatidão deve exprimir o valor mais próximo possível da medida que foi realizada, porém não existe aparelho com exatidão absoluta.
_____________________________IFSC____________________________________ 3.4.5 – Erro absoluto (∆∆∆∆)
A diferença entre o valor medido e o valor real da grandeza ocorre devido aos erros que naturalmente são introduzidos nos instrumentos, como os citados anteriormente.
O erro absoluto representa a diferença algébrica entre a quantidade medida e o valor real da grandeza. O erro absoluto de um instrumento representa a maior diferença que ocorre em qualquer ponto da escala, e é um valor constante.
O valor da diferença entre os valores pode ser obtido num instrumento de medida a partir da classe de precisão do instrumento.
3.4.6 – Erro relativo (εεεε%)
O erro relativo de um instrumento é definido como a relação entre o valor absoluto e o valor medido da grandeza.
A classe de precisão (CP) é definida pelo fabricante como sendo o erro máximo que pode ocorrer para a leitura realizada no fim da escala, portanto para determinar o erro absoluto de um instrumento de medida podemos fazer as seguintes considerações:
O fim da escala (F.E) representa 100% da escala e a CP% indica o erro absoluto máximo do instrumento.
∆= valor medido – valor real
∆ x 100%
ε
% = Valor medido∆
- - - CP% FE - - - - - - 100%∆
= F.E x CP% 100%_____________________________IFSC____________________________________ 3.4.7 – Exemplo
Determinar o erro relativo de um voltímetro com escala de 300V com classe de precisão 0,5%, quando são realizadas as seguintes leituras:
a) V1= 300 V
b) V2= 200 V
c) V3= 150 V
d) V4= 50 V
Observe que para leitura de fim de escala o erro relativo é igual à classe de precisão do instrumento.
3.4.8 – Leitura nos instrumentos de medidas
Com os vários tipos de escalas para se realizar uma leitura qualquer é necessário proceder da seguinte maneira:
1º modelo
Você deve contar em quantas vezes foi dividida uma unidade.
Para o intervalo de uma unidade da grandeza, existem 10 divisões, portanto cada divisão equivale a 1/10 da unidade.
∆
= 300 x 0,5% 100% =1,5Vε%
= 1,5 x 100% 300 =0,5% a)ε%
= 1,5 x 100% 200 = 0,75% b)ε%
= 1,5 x 100% 150 = 1,0% c)ε%
= 1,5 x 100% 50 =3,0% d) 0 1 2_____________________________IFSC____________________________________
A unidade 1 foi dividida em 10 vezes, portanto cada divisão vale 1 décimo da unidade, ou seja, 0,1.
2º modelo
Outros instrumentos possuem escalas com divisões diferenciadas para cada intervalo. Cada situação deve ser analisada para determinar o valor da leitura indicada.
3º modelo
3.5 – Atividade Proposta
1 – Os instrumentos de medida são classificados em grupo. Quais são esses grupos e quantos são.
2 – Que tipo de instrumento usa ponteiro para mostrar a leitura. Justifique sua resposta.
3 – Onde são aplicados os instrumentos registradores? Dê exemplos. 4 – Como se classificam os instrumentos quanto a construção?
5 – Quanto à construção, quais os modelos que são empregados em corrente alternada?
0 1 2
A leitura indicada no instrumento representa o valor 1,2 unidades, ou seja, como cada divisão vale 0,1 unidade a leitura é 12 x 0,1 = 1,2 unidades.
0 0,5
A leitura indicada no instrumento representa o valor 0,325 , ou seja como
cada divisão vale 0,025, a leitura é 13 x 0,025 = 0,325 unidades
_____________________________IFSC____________________________________
6 – Cite osinstrumentos que você usaria para medir: potência ativa, freqüência, resistência elétrica, tensão elétrica, corrente elétrica, potência reativa, fator de potência e capacitância.
7 – Qual a função do dispositivo restaurador? 8 – Qual o significado da construção BMIP?
9 – Qual o significado da construção de um instrumento eletrodinâmico? 10 – Quais os tipos de erros que se mantém constante ao longo da escala? 11 – Explique o que é erro de paralaxe.
12 – Explique o que é erro de ajuste de zero.
13 – Quais os fatores externos que influenciam nos acessórios dos instrumentos?
14 – Qual a diferença entre precisão e exatidão? 15– Explique o que é classe de precisão de 1%.
16 – Um amperímetro de BMIP com escalas de 0 a 10A foi usado para medir corrente e registraram-se as seguintes leituras; 2A; 5A; 8A e 10A. Se a classe de precisão é de 1,5%, determine o erro relativo em cada leitura e compare os valores.
_____________________________IFSC____________________________________
Capítulo IV
INSTRUMENTOS DE BOBINA MÓVEL E IMÃ PERMANENTE
Objetivos:
• Identificar os instrumentos de medidas tipo Bobina Móvel Imã Permanente.
• Identificar as características, vantagens e desvantagens dos instrumentos de BMIP.
• Identificar a utilização dos instrumentos BMIP.
Os instrumentos de Bobina Móvel e Imã Permanente possuem características relevantes e de excelência entre os instrumentos analógicos.
Possuem relação custo-benefício que viabilizam a sua utilização em várias situações. Com a introdução de sistemas retificadores, podem ser utilizados em circuitos de corrente alternada, com imensas vantagens em relação aos instrumentos tipo Ferro Móvel.
4.1 – Introdução
O instrumento de bobina móvel e imã permanente têm uma gama de utilização muito variada em sistemas elétricos. A partir do BMIP vários instrumentos podem ser construídos com as mais variadas utilizações, como por exemplo, voltímetro, amperímetro, ohmímetro, megôhmetro, etc. O princípio de funcionamento do BMIP está baseado nas forças eletromagnéticas criadas sobre a bobina móvel, quando percorrida por uma corrente elétrica.
4.2 – Princípio de funcionamento
As partes básicas do BMIP são mostradas nas figuras que mostramos a seguir.
_____________________________IFSC____________________________________
Para que o BMIP possa fazer a leitura das grandezas elétricas, ocorrem vários efeitos que provocam a rotação da bobina, conforme relacionamos a seguir. DISPOSITIVO RESTAURADOR BOBINA MÓVEL IMÃ PERMANENTE PONTEIRO AJUSTE ZERO NÚCLEO DE MATERIAL FERROMAGNÉTICO ESCALA B F F x x N S Eixo de rotação F F Núcleo de material ferromagnético
_____________________________IFSC____________________________________
1 – Quando circula uma corrente elétrica pela bobina móvel imersa em um campo magnético, surge uma força magnética na bobina.
Como as linhas de força do campo magnético são sempre perpendiculares em relação à reta normal da bobina, a força permanece constante para qualquer posição da bobina, porque o seno de θ será sempre constante e igual a 1.
2 – A força atuando nas extremidades da espira cria um conjugado (momento elétrico) em relação ao eixo de rotação. Se considerarmos uma bobina deve-se multiplicar pelo número de espiras.
3 – Quando o momento elétrico atua sobre a bobina, este provoca o movimento de rotação e o deslocamento do ponteiro.
4 – Como fixado ao ponteiro existe um dispositivo restaurador e antagônico, a medida que a bobina gira em torno do eixo surge um momento mecânico (Mmec) em sentido contrário ao momento elétrico.
Mmec = K . β sendo:
K(mec) a constante de elasticidade da mola, β o ângulo do deslocamento do ponteiro.
5 – Quando o momento mecânico for igualado ao momento elétrico (em sentidos contrários), o ponteiro pára indicando a leitura realizada.
F = i . l . B . sen θ F = i . l . B F . x 2 Mel = + F 2 . x = F . x Mel = i . l . B . x l. x = A A = área da bobina (m2 ) Mel = N . i . B . A
_____________________________IFSC____________________________________ 4.2.1 - Sensibilidade do instrumento (S)
A partir dos momentos elétricos e mecânico pode-se determinar a sensibilidade do instrumento.
Considerando que para um determinado instrumento, N X A x B é constante, podemos considerar como uma constante elétrica (Kel).
Normalmente, nos instrumentos de medidas a sensibilidade é dada através da intensidade de corrente que provoca o deslocamento do ponteiro para o intervalo de uma divisão.
4.3 – Utilização do BMIP
Os instrumentos de bobina móvel e imã permanente só devem ser utilizados em sistemas de corrente contínua. O instrumento BMIP é um instrumento polarizado, então o sentido da corrente que circula pelo instrumento deve ser utilizado corretamente para que o ponteiro possa deslocar no sentido da escala.
Os valores medidos por instrumentos de bobina móvel e imã permanente, representam o valor médio da grandeza.
K . β = N. A . B . i K . β = Kel . i K Kel = i β =S S= A (amper) divisão I + BMIP _
_____________________________IFSC____________________________________ 4.4 – Vantagens da utilização do BMIP
1 – O BMIP é um instrumento de baixo consumo de energia. 2 – Alta sensibilidade.
3 – Escala linear.
4 – A freqüência não interfere na precisão do instrumento. 5 – Bom amortecimento.
6 – Baixa resistência interna.
4.5 – Desvantagens da utilização do BMIP
1 – Funciona apenas em corrente contínua. 2 – São polarizados.
3 – Instrumento delicado.
4 – Não é adequado para utilização em painéis.
4.6 – Atividade Proposta
1 – O que significa a sigla BMIP?
2 – Porque os instrumentos BMIP usam escala linear?
3 – Os instrumentos BMIP são polarizados? Justifique sua resposta.
_____________________________IFSC____________________________________
Capítulo V
AMPERÍMETRO DE BOBINA MÓVEL E IMÃ PERMANENTE
Objetivos:
• Identificar os amperímetros tipo Bobina Móvel Imã Permanente.
• Identificar as características, vantagens e
desvantagens dos amperímetros tipo BMIP.
• Identificar os circuitos de ligação dos
amperímetros BMIP.
É bastante vantajosa a utilização dos amperímetros de BMIP, pois permitem a ampliação de escalas com muita facilidade.
5.1 – Ligação do amperímetro BMIP
Os instrumentos de BMIP são construídos para que na bobina móvel circule uma corrente muito pequena, na ordem de micro ou mili-Amper. Para que esses instrumentos possam ser utilizados para medição de intensidades de correntes mais elevadas é necessário ampliar sua capacidade colocando resistências de baixo valor em paralelo com o elemento medidor, chamadas de Resistência Shunt.
Ri – Resistência interna do BMIP.
Rs – Resistência Shunt (Resistência colocada em paralelo com BMIP). Ii – Corrente de plena deflexão do BMIP.
Is – Corrente no Shunt (corrente desviada do BMIP). I – Corrente da escala do amperímetro.
BMIP Ri Rs Ii Is I AMPERÍMETRO BMIP + A + SIMBOLO
_____________________________IFSC____________________________________
Como o amperímetro é utilizado para medição de corrente elétrica, ele deve ser ligado em série com o equipamento onde se deseja medir a intensidade de corrente.
Para medir a corrente em determinada carga deve-se instalar o amperímetro conforme mostra o esquema a seguir:
Esquema de ligação
Circuito 1 – No circuito 1 a fonte de alimentação, a carga e o amperímetro estão em série, logo a corrente que circula é a mesma em todos os
elementos.
Circuito 2 – No circuito 2 as resistências R1 e R2 estão em paralelo, sendo que
A1 mede a corrente em R1 , o amperímetro A2 mede a corrente em
R2, e o amperímetro A, mede a corrente total do circuito.
5.2 – Amperímetro com várias escalas.
BMIP Ri Rs1 Ii Is I + Rs2 Rs3
+
I1 I2 I3A
A + + V R I CIRCUITO 1 IT A1 + + V R1 I1 A2 + R2 I2 A + CIRCUITO 2_____________________________IFSC____________________________________
Quando o instrumento possui mais de uma escala, para efetuar a leitura deve ser multiplicada por um fator de multiplicação, que é obtido da seguinte maneira:
Então, quando se está utilizando uma determinada escala, o valor da intensidade de corrente será determinada, multiplicando-se o valor da leitura, pelo fator de multiplicação da escala correspondente.
5.3 - Atividade Proposta
1 – Porque o amperímetro BMIP deve ser ligado em série?
2 – Como se procede para ampliar uma escala de um amperímetro BMIP?
3 – Como se faz para construir um amperímetro de várias escalas? Faça um desenho representativo.
4 – Que tipo de escala se emprega nos instrumentos de construção BMIP?
5 – Por que um instrumento de BMIP só funciona em corrente contínua?
6 – Porque os amperímetros de BMIP de escala maior apresentam resistência de menor valor? FM1 = I1 F.E FM2 = I2 F.E FM3 = I3 F.E
_____________________________IFSC____________________________________
Capítulo VI
VOLTÍMETRO DE BOBINA MÓVEL E IMÃ PERMANENTE
Objetivos:
• Identificar os voltímetros tipo Bobina Móvel Imã Permanente.
• Identificar as características, vantagens e
desvantagens dos voltímetros tipo BMIP.
• Identificar os circuitos de ligação dos voltímetros BMIP.
É bastante vantajosa a utilização dos voltímetros de BMIP, pois permitem a ampliação de escalas com muita facilidade.
6.1 – Ligação do voltímetro BMIP.
O voltímetro construído a partir do BMIP deve garantir que quando sobre ele for aplicada uma diferença de potencial, a corrente que circula pela bobina do instrumento não poderá ser superior a intensidade máxima que ela suporta.
Ri – Resistência interna do BMIP.
Ra – Resistência adicional (Resistência colocada em série com BMIP). Ii – Corrente de plena deflexão do BMIP.
Vi – Potencial máximo que pode ser aplicado ao BMIP. V – Potencial que se deseja medir.
Como o voltímetro é utilizado para medir a diferença de potencial, ele deve ser ligado em paralelo com o equipamento onde se deseja medir essa grandeza, conforme mostra os esquemas a seguir:
V + SIMBOLO Ii BMIP Ri Ra VOLTÍMETRO BMIP + BMIP Vi V
_____________________________IFSC____________________________________
Esquema de ligação.
Circuito 1 – No circuito 1 a fonte de alimentação, a carga e o voltímetro estão em paralelo, logo a d.d.p. aplicada é a mesma em todos os elementos.
Circuito 2 – No circuito 2 as resistências R1 e R2 estão em série, sendo que o
voltímetro V1 mede a ddp em R1 , o Voltímetro V2 mede em R2, e o
voltímetro V, mede a ddp total do circuito.
6.2 – Voltímetro com várias escalas.
Quando o instrumento possuir mais de uma escala, o valor final será obtido com o produto da leitura por um fator de multiplicação que é obtido da seguinte maneira: FM1 = V1 F.E FM2 = V2 F.E FM3 = V3 F.E
+
V1 V2 V3V
Ri Ra1 + Ra2 Ra3 BMIP Voltímetro BMIP V + + V R CIRCUITO 1 V1 + + V V2 + R2 CIRCUITO 2 R1 V +_____________________________IFSC____________________________________
Então, quando se está utilizando uma determinada escala, o valor da diferença de potencial, será determinado multiplicando-se o valor da leitura pelo fator de multiplicação da escala correspondente.
6.3 – Atividade Proposta
1 – Como se deve proceder para ampliar a escala de um voltímetro? Faça um desenho mostrando a construção interna.
2 – Qual a função da resistência ligada em série com o elemento BMIP?
3 – Você tem disponível um voltímetro BMIP com escala de 0-150V e outro com escala de 0-300V. Como vai proceder para medir uma grandeza de 350V?
4 – Faça o circuito da ligação interna de um voltímetro com 4 escalas de medição.
5 – Por que um voltímetro mede tensão elétrica?
6 – O que acontece quando se liga um voltímetro em série num circuito? Explique.
_____________________________IFSC____________________________________
Capítulo VII
RESISTORES
Objetivos:
• Identificar os diversos tipos de resistores e suas aplicações.
• Identificar as características, vantagens e
desvantagens de cada tipo de resistor.
• Identificar o valor dos resistores com base no código de cores.
Os resistores são componentes elétricos utilizados para limitar o valor da corrente através de determinados circuitos. A dificuldade à passagem da corrente elétrica é definida como resistência elétrica.
Quando cargas elétricas (elétrons) estão em movimento no interior de um material condutor ocorrem colisões com outros elétrons e moléculas do material. Essas colisões impedem o fluxo de elétrons com maior ou menor dificuldade. Essa dificuldade de circulação dos elétrons é definida como
resistência elétrica do material.
A grandeza denominada resistência elétrica é representada pela letra R. Lembre-se da Lei de Ohm onde I = V/R
A unidade de resistência elétrica é Ohm, que é representado pela letra grega Omega (ΩΩΩΩ).
Exemplo: R = 10 Ω
7.1 – Tipos de resistores
Existem diversos aspectos construtivos que diferenciam os resistores. Segue adiante o desenho esquemático de alguns tipos mais importantes de resistores, com a respectiva simbologia.
_____________________________IFSC____________________________________ 7.2 – Resistor de filme
O resistor de filme é feito com uma película de carbono depositada sobre um pequeno tubo de cerâmica. O filme resistivo é enrolado em forma de espiral sobre a cerâmica. O resistor é recoberto com uma camada isolante. Os resistores de filme, normalmente chamados de resistores de carvão, são baratos e facilmente encontrados com tolerância de 5% ou 10%. Outros resistores de construção similar são conhecidos como resistores de filme de metal ou óxido de metal, porém apresentam uma precisão mais apurada, da ordem de ± 2% ou ± 1%.
Esse tipo de resistor tem seu valor indicado através de código de cores, pintado sobre a cerâmica.
Resistor fixo.
Resistor ajustável.
Resistor com tap
Potenciômetro Reostato variável TERMINAL COBERTURA ISOLANTE TUBO CERÂMICO FILME DE CARBONO
_____________________________IFSC____________________________________ 7.3 – Resistor de fio
Os chamados resistores de fio são construídos com fios de ligas especiais, enrolados sobre uma barra cerâmica. Os resistores feitos de fio podem ser de grande precisão, podendo ser utilizado em instrumentos de medidas.
A grande vantagem dos resistores de fio é que eles podem ser utilizados para pequenas e grandes intensidades de correntes.
7.4 – Símbolo de resistor
Os resistores podem ser simbolizados conforme mostra a figura a seguir e o módulo da resistência é indicado por R.
7.5 – Código de cores dos resistores
Os valores das resistências, bem como a tolerância, são indicados em alguns resistores através de códigos de cores pintados sobre os resistores, sendo que cada cor, e seu posicionamento indicam um valor nominal da resistência e a tolerância do mesmo.
Código de Cores
PRETO MARROM VERMELHO LARANJA AMARELO VERDE AZUL VIOLETA CINZA BRANCO
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
A tolerância também é representada por cores, sendo que as mais comuns são:
COR MARROM VERMELHO DOURADO PRATA
TOLERÂNCIA ± 1% ± 2% ± 5% ± 10% R R MULTIPLICADOR 10 DIGITO TOLERÂNCI AAA 20 DIGITO
_____________________________IFSC____________________________________ A primeira faixa representa o primeiro dígito significativo, cujo valor
depende da cor indicada.
A segunda faixa representa o segundo dígito significativo, cujo valor
depende da cor indicada.
A terceira faixa representa o fator multiplicador dos dois primeiros dígitos,
que significa o número de zeros que devem ser acrescentados aos dois primeiros dígitos significativos.
A quarta faixa representa a tolerância . MODELO
7.6 – Exercícios resolvidos
1- Determine o valor nominal e a tolerância dos resistores indicados a seguir: Marrom, vermelho, laranja e prata = 12.000 Ω +10%
Vermelho, violeta, vermelho, dourado = 2.700 Ω +5% Vermelho, vermelho, preto, marrom = 22 Ω +1% Verde, azul, laranja, vermelho = 56.000 Ω +2% Amarelo, violeta, laranja = 47.000 Ω +20%
2- Dados os valores de resistências a seguir, escreva o código de cores: a) R1 = 10Ω±5% = marrom – preto – preto - dourado
b) R2 = 47Ω±2% = amarelo – violeta – preto – vermelho
c) R2 = 30kΩ±10% = laranja – preto – laranja - prata
d) R2 = 56MΩ±5% = verde – azul – azul - dourado
e) R2 = 20Ω±1% = vermelho – preto – preto – marrom PRATA AMARELO VERDE LARANJA Valor da Resistência. AMARELO – 4 VERDE - 5 LARANJA - 3 PRATA - ±10% R = 45.000 ±10% = 45.103 = 45 kΩ±10%
_____________________________IFSC____________________________________
O resistor pode ser utilizado como limitador de corrente, como por exemplo, na ligação de um LED, como mostra a fig. a seguir:
Os resistores também podem ser utilizados como transdutores em circuitos sensores.
Os transdutores são componentes que transformam uma modalidade de energia em outra modalidade.
Transdutores de entrada – Microfones, resistores dependentes de luz (LDR). Transdutores de saída – Alto falantes, relés, lâmpadas de filamento, etc.
Além da utilização em circuitos eletrônicos os resistores podem ser utilizados em eletricidade, para controle da excitação de alternadores, fornos elétricos, etc. Os resistores para estas aplicações devem ser de potências elevadas, ou seja, devem suportar grandes intensidades de correntes.
7.7 – Resistência específica de alguns materiais MATERIAL RESISTÊNCIA ESPECÍFICA
10-5 Ω x cm COEFICIENTE DE TEMPERATURA 0c/Ω - A 200C PRATA 1,63 0,0038 COBRE 1,72 0,00393 ALUMINIO 2,83 0,0039 TUNGSTÊNIO 5,52 0,0045 NÍQUEL-CROMO 109,75 0,00044 FERRO 10,13 0,0055 CONSTANTAN 48,85 0,000008
Para determinar a resistência que deve ser colocada em série com o LED, para que a tensão sobre o LED seja 2V, utiliza-se a lei de OHM. Resolver: R=V/I = 7/10m = 700Ω +9V 0 V LED + _ + _ 7V 2V R FONTE DE ALIMENTAÇÃO I= 10mA
_____________________________IFSC____________________________________ 7.8 – Atividade Proposta
1 – O que é um resistor?
2 – O que é resistência elétrica?
3 – Que tipo de resistor se usa na construção de instrumentos?
4 – O que são reostatos?
5 – O que são transdutores?
_____________________________IFSC____________________________________
7 – Identifique o valor das resistências a partir das cores: a – laranja – verde – laranja – prata
b – marrom – verde – laranja – dourado c – verde – cinza – preto – dourado d – vermelho – verde – laranja – dourado e – vermelho – preto – preto – dourado f – azul – preto – cinza – vermelho g – laranja – verde – amarelo – marrom h – amarelo – azul – violeta – prata
8 – Identifique as cores a partir do valor das resistências: a – 26 Ω +1% b – 32.000 Ω +10% c – 40 Ω +5% d – 55 MΩ +10% e – 84 KΩ +10% f – 180 Ω +10% g – 450 Ω +5% h – 100 KΩ +2%
_____________________________IFSC____________________________________
Capítulo VIII
MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE RESISTÊNCIA
Objetivos:
• Identificar os diversos métodos de medição de resistência e suas respectivas aplicações.
• Identificar as características, vantagens e
desvantagens de cada método de medida.
• Identificar o funcionamento da Ponte de
Wheatstone.
A medição da resistência de resistores poderá ser feita por meio de vários métodos e equipamentos. Entre os métodos mais utilizados temos: ohmímetro, multímetro, método volt-amper e vários tipos de pontes para medição de resistências.
8.1 – Ohmímetro
O ohmímetro é um instrumento que tem por finalidade a medição de resistências elétricas de materiais condutores. Para utilização desse instrumento deve-se tomar uma série de cuidados que são:
1- O componente deve estar desenergizado.
2- Pelo menos um terminal do resistor deve ser desconectado do circuito. 3- Conectar firmemente as ponteiras do ohmímetro aos terminais do
resistor.
4- Escolher a escala mais adequada para se fazer a medição.
8.2 – Multímetro
O multímetro é um instrumento que pode ser utilizado para realizar medições de várias grandezas, sendo que os multímetros mais simples medem tensão, corrente e resistência.
a) Medição de resistência elétrica. (Utilizado como ohmímetro). b) Medição de tensão (Utilizado como voltímetro).
_____________________________IFSC____________________________________
Os multímetros mais sofisticados podem ser utilizados para medição de outras grandezas, tais como:
d) Temperatura (Utilizado como termômetro). e) Decibelímetro (Medidor de intensidade de som) f) Teste de diodo.
g) Teste de transistor.
8.3 – Método Volt-Amper
Quando não se dispõe de um instrumento exclusivo para medição de resistência elétrica pode-se utilizar o método volt-amper, por meio de um circuito elétrico, composto por uma fonte de alimentação, um amperímetro e um voltímetro, como são mostrados a seguir:
Variando a tensão aplicada sobre o resistor e medindo a corrente que circula pelo circuito, pode-se determinar o valor da resistência utilizando a lei de Ohm. A V R +
-
-
+ +-
V I_____________________________IFSC____________________________________
TENSÃO
(V) V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9
CORRENTE
(A) I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 I9
Quando a função obtida a partir dos valores de tensão e corrente for linear, significa que a resistência elétrica do resistor é constante para qualquer valor de corrente a que esteja submetida. Neste caso o resistor é chamado de
resistor ôhmico
Caso o gráfico obtido a partir das leituras de tensão e corrente não seja linear, significa que a resistência do resistor não é linear, portanto a lei de Ohm deve ser aplicada ponto a ponto. Neste caso o resistor é chamado de resistor
não ôhmico
8.4 – Ponte de Wheatstone
A ponte de Wheatstone é um circuito utilizado somente para medição de resistências elétricas de materiais condutores. Os vários modelos de pontes
U(v) I(A) V1 V2 V3 V4 V9 V8 V7 V6 V5 I9 I8 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1
Aplicando-se a lei de Ohm no intervalo considerado pode-se determinar o valor da resistência do circuito. R= V8 – V2 I8 – I2 U I U I U I
