Instrumentos de Medidas Elétricas. Prof. Abel André C. Recco

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1 Instrumentos de Medidas Elétricas Prof. Abel André C. Recco

2 Introdução Definição de Medida Medir é estabelecer uma relação numérica entre uma grandeza e outra, de mesma espécie, tomada como unidade. No processo de medida, a grandeza que serve de comparação é denominada de grandeza unitária ou padrão unitário. 2

3 Introdução Definição de Medida (cont.) Medidas elétricas só podem ser realizadas com a utilização de instrumentos de medidas, que permitem a quantificação de grandezas cujo valor não poderia ser determinado através dos sentidos humanos. 3

4 Sistemas de Medidas Sistema de unidades É um conjunto de definições que reúne de forma completa, coerente e concisa todas as grandezas físicas fundamentais e derivadas. Sistemas de unidades universais:cgs e MKS (SI) Sistema Internacional (SI) É derivado do MKS e foi adotado a partir dos anos 60 internacionalmente. É o padrão utilizado no mundo. 4

5 Grandezas Classificação das grandezas Grandezas fundamentais do SI Grandezas Fundamentais Grandeza Unidade Símbolo Comprimento metro m Massa quilograma kg Tempo segundo s Intensidade de corrente ampères A Quantidade de matéria mole mol 5

6 Grandezas Classificação das grandezas (cont.) Grandezas elétricas derivadas Grandezas Elétricas Derivadas Grandeza Derivada Unidade Dimensão Símbolo Carga coulomb A. s C Energia joule m². kg. s -2 J Potência watt m². kg. s -3 W Tensão volt m². kg. s -3. A -1 V Resistência ohm m². kg. s -3. A -2 Ω 6

7 Noções de Padrão, Aferição e Calibração Padrão Padrão é um elemento ou instrumento de medida destinado a definir, conservar e reproduzir a unidade base de medida de uma determinada grandeza. Possui uma alta estabilidade com o tempo e é mantido em um ambiente neutro e controlado (temperatura, pressão, umidade, etc. constantes). 7

8 Noções de Padrão, Aferição e Calibração Padrão (cont.) Exemplo: Corrente Elétrica: O ampère é a corrente constante que, mantida entre dois condutores paralelos de comprimento infinito e secção transversal desprezível separados de 1m, no vácuo, produz uma força por unidade de comprimento entre os dois condutores de 200nN/m. Na prática são utilizados instrumentos chamados balanças de corrente", que medem a força de atração entre duas bobinas idênticas e de eixos coincidentes. 8

9 Noções de Padrão, Aferição e Calibração Aferição Aferir é o procedimento de comparação entre o valor lido por um instrumento e o valor padrão apropriado de mesma natureza. Apresenta caráter passivo, pois os erros são determinados, mas não corrigidos. 9

10 Noções de Padrão, Aferição e Calibração Calibração Calibrar é o procedimento que consiste em ajustar o valor lido por um instrumento com o valor de mesma natureza. Apresenta caráter ativo, pois o erro, além de determinado, é corrigido. 10

11 Classificação dos Erros Introdução Erros são inerentes a todo o tipo de medidas e podem ser minimizados, porém nunca completamente eliminados. Dividem-se em: Erros grosseiros Erros sistemáticos Erros aleatórios, etc. 11

12 Classificação dos Erros Categorias de erros Erros grosseiros: ocorrem por falhas de leitura do instrumento pelo operador ou sistema de aquisição. Ex: a troca da posição dos algarismos aos escrever os resultados ou o erro de paralaxe. Solução: repetir os ensaios pelo mesmo operador, ou por outros operadores. 12

13 Classificação dos Erros Erros grosseiros (cont.) Erro de paralaxe. 13

14 Classificação dos Erros Categorias de erros Erros sistemáticos: ocorrem pela deficiência do instrumento ou do método empregado e às condições sob as quais a medida é realizada. Dividem-se em: Instrumentais Ambientais 14

15 Classificação dos Erros Categorias de erros (cont.) Erro sistemático instrumental Inerentes aos equipamentos de medição. Ex: escalas mal graduadas, oxidação de contatos, desgaste de peças e falta de calibração. Solução: utilizar instrumentos de boa qualidade e fazer a manutenção e calibração adequadas. 15

16 Classificação dos Erros Categorias de erros (cont.) Erro sistemático ambiental Referem-se às condições do ambiente externo ao aparelho. Ex: temperatura, umidade, pressão, campos elétricos e/ou magnéticos. Solução: trabalhar em ambientes climatizados e providenciar a blindagem dos aparelhos em relação a campos eletromagnéticos. 16

17 Classificação dos Erros Categorias de erros (cont.) Erros aleatórios: também chamados de erros acidentais, devem-se a fatores imponderáveis (incertezas) Ex: ocorrência de transitórios em uma rede elétrica e ruídos elétricos. Solução: como não podem ser previstos, sua limitação é impossível. 17

18 Erros Absoluto e Relativo A palavra erro designa a diferença algébrica entre o valor medido V m de uma grandeza e o seu valor verdadeiro, ou aceito como verdadeiro, V e, ou seja: V V V m e Onde o valor V é chamado de erro absoluto. 18

19 Erros Absoluto e Relativo Assim, o valor verdadeiro V e da grandeza pode ser expresso da seguinte maneira: V m V V e V m V Quando o valor V m encontrado na medida é maior que o valor verdadeiro V e, dizemos que o erro cometido é por excesso. Quando V m é menor que V e, dizemos que o erro cometido é por falta. 19

20 Erros Relativo Erro relativo: É definido como a relação entre o erro absoluto ( V) e valor aceito como verdadeiro (V e ) de uma grandeza, podendo ou não ser expresso em percentual. V V e (%) ou V V e x100%

21 Notação O resultado de uma medida (x) é constituído por três itens: Um número representado por V; Uma unidade representada por u; Uma indicação da confiabilidade, indicada pelo erro absoluto (ΔV) Desta forma tem-se: x =(V±ΔV) [u]

22 Classificação dos Instrumentos Elétricos São características essenciais dos instrumentos elétricos de medição para uma utilização correta dos mesmos. Quanto à grandeza a ser medida amperímetro: para a medida de corrente; voltímetro: adequado para a medida de tensão; wattímetro: capaz de medir potência ativa; varímetro: para a medida de potência reativa; 22

23 Classificação dos Instrumentos Elétricos Categorias Quanto à grandeza a ser medida (cont.) fasímetro (ou cosifímetro): apropriado para a medida de defasagem (cos φ); ohmímetro: para a leitura de resistência; capacímetro: capaz de medir capacitância; frequencímetro: que mede freqüência. OBS: Podem ser de operação em CC ou CA. 23

24 Classificação dos Instrumentos Elétricos Categorias Quanto à forma de apresentação dos resultados Analógicos Digitais 24

25 Classificação dos Instrumentos Elétricos Categorias Quanto ao princípio físico utilizado: bobina móvel bobinas cruzadas ferro móvel indutivo eletrodinâmico eletrostático OBS: são características de medidores analógicos; já os digitais utilizam circuitos eletrônicos comparadores. 25

26 Classificação dos Instrumentos Elétricos Categorias Quanto à finalidade de utilização: laboratórios: aparelhos que primam pela acurácia e precisão; industriais: embora não sejam necessariamente tão exatos quanto os de laboratório, possuem a robustez apropriada ao trabalho diário sob variadas condições. Quanto à portabilidade de painel ou quadros de comando, fixos; de bancada, portáteis. 26

27 Generalidades sobre os Instrumentos Funcionamento Corrente I percorrer a bobina b dentro do campo magnético do imã permanente; A interação produz forças F que resulta num conjugado em relação ao eixo de rotação, fazendo a bobina girar; Este conjugado é chamado de conjugado motor ; - Fio transportando a corrente a ser medida - Mola de retorno 27

28 Generalidades sobre os Instrumentos Funcionamento (cont.) Mola m com uma extremidade presa ao eixo da bobina e a outra à carcaça do instrumento produzem tensão mecânica; Opõe-se ao movimento de rotação da bobina, originando um conjugado antagonista ; - Fio transportando a corrente a ser medida - Mola de retorno 28

29 Generalidades sobre os Instrumentos Funcionamento (cont.) Para evitar oscilações do conjunto móvel em torno da posição de equilíbrio, cria-se um conjugado de amortecimento por meio de artifícios externos ao sistema; - Fio transportando a corrente a ser medida - Mola de retorno 29

30 Dados Característicos Tipos de Escalas Uniforme: todas as divisões são iguais ao longo de escala. Quadrática: as divisões se ampliam no final da escala. Logarítmica: as divisões são menores no final da escala. 30

31 Dados Característicos Exatidão ou acurácia Característica de um instrumento que exprime o afastamento entre a medida nele efetuada e o valor de referência aceito como verdadeiro. Ex: padrão = 1,000Ω; instrumento (1) = 1,010Ω instrumento (2) = 1,100Ω => (1) é mais exato do que (2). 31

32 Dados Característicos Precisão (ou Repetibilidade) Característica de um instrumento (processo estatístico) que exprime o afastamento mútuo entre as diversas medidas obtidas de uma grandeza dada, em relação à média aritmética dessas medidas; Norma P-NB-278/73, da ABNT. 32

33 Dados Característicos Precisão (cont.) Ex: atirador tentando atingir o alvo Em (a) não houve exatidão nem acurácia por parte do atirador; 33

34 Dados Característicos Precisão (cont.) Ex: atirador tentando atingir o alvo Em (b) podemos dizer que o atirador foi preciso, pois todos os tiros atingiram a mesma região do alvo, porém não teve acurácia, já que esta região está distante do centro; 34

35 Dados Característicos Precisão (cont.) Ex: atirador tentando atingir o alvo Em (c) concluímos que o atirador foi exato, além de possuir acurácia. 35

36 Amperímetro Utilizado para medir correntes, sempre é ligado em série com elemento cuja corrente deseja-se medir; isto significa que um condutor deverá ser aberto no ponto de inserção do instrumento 36

37 Amperímetro tipo alicate 37

38 Ampliação do fundo de escala: derivação ou shunt 38

39 Voltímetro Instrumento destinado à medida de tensões, o voltímetro deve ser ligado em paralelo com o elemento cuja tensão deseja-se determinar 39

40 Ampliação de escalas de voltímetros 40

41 Ohmímetros O ohmímetro é um instrumento que permite medir a resistência elétrica de um elemento. A medida da resistência é efetuada colocando em paralelo o instrumento com o elemento (Resistor,fio...). Não deverá existir tensão elétrica no circuito 41

42 Representação esquemática 42

43 Multímetros Instrumentos projetados para medir diversas grandezas, capaz de medir, pelo menos, tensão (CC e CA), corrente (normalmente só CC) e resistência. 43