2ELE005 LABOATÓO DE MEDDA ELÉTCA AULA #7 Laboratório de Medidas Elétricas 1. Experimento 1 esistência nterna de um Galvanômetro 1.1. Objetivos Determinar, experimentalmente, a resistência interna de um medidor de corrente. 1.2. Teoria Galvanômetro é um instrumento básico utilizado em medições de corrente contínua. Destacamos o instrumento de bobina móvel, que consiste numa parte fixa, o ímã permanente, erando um campo manético intenso, e uma parte móvel composta por uma bobina, ou seja, um enrolamento de um fio condutor fino, sobre um quadro de alumínio preso a um núcleo de ferro e um ponteiro, sendo todo o sistema, fixado por duas molas espirais (de bronze fosforoso), dotadas de eixos suportados por mancais, que liadas ao fio da bobina são percorridas pela corrente a ser medida. A estrutura básica interna de um alvanômetro é vista na fiura 1.1. fiura 1.1. Estrutura nterna de um Galvanômetro O seu funcionamento baseia-se no efeito eletromanético, causado pela corrente elétrica que circula pela bobina, oriinando forças que atuando sobre o sistema móvel, deflexionarão o ponteiro mecanicamente unido a este. As forças 1
2ELE005 LABOATÓO DE MEDDA ELÉTCA de restituição, oriinadas pelas molas de restituição, contrabalancearão as forças de deflexão, estabilizando o sistema, quando então teremos o ponteiro imóvel sobre uma escala previamente raduada, indicando assim o valor da medida. Um alvanômetro ao ser utilizado para medidas em um circuito de corrente contínua, equivale a uma resistência ôhmica (), que em função do valor pode alterar as características deste. Os alvanômetros são essencialmente medidores de pequenos valores de correntes, da ordem de µ A, sendo necessário uma associação convenientemente de resistores, para que possam ser utilizados como amperímetros ou voltímetros em diversas escalas. Para determinarmos a resistência interna () de um alvanômetro, experimentalmente, precisamos montar o circuito da fiura 1.2. fiura 1.2. Circuito para determinar a resistência interna de um alvanômetro nicialmente, com a chave K aberta, ajustamos o potenciômetro P1, de maneira que circule pelo circuito a corrente de fundo de escala do alvanômetro. Loo após, fechamos a chave K e ajustamos o potenciômetro P2, para que o alvanômetro indique uma corrente iual a metade do valor do seu fundo de escala. A seuir, desconectamos o potenciômetro P2 do circuito medindo com um ohmímetro a resistência ajustada, que será iual ao valor de. sto se deve ao alvanômetro estar em paralelo com P2, e neste caso, as correntes são iuais, o que podemos concluir, valores iuais de resistências. 1.3. Material Experimental Fonte variável esistores: 18kΩ, 1kΩ Potenciômetro de: 1kΩ e 10kΩ Miliamperímetro: 0-200mA Multímetro 2
2ELE005 LABOATÓO DE MEDDA ELÉTCA 1.4. Parte Prática 1 Monte o circuito da fiura 1.3. fiura 1.3. Circuito 2 Com a chave k aberta, ajuste o potenciômetro de 10kΩ, de modo que a corrente atinja o fundo de escala do medidor. 3 em mexer no potenciômetro de 10kΩ, liue a chave k e ajuste o potenciômetro de 1kΩ, para que o ponteiro do medidor atinja o ponto médio da escala. 4 Desliue a chave k e sem mexer no cursor do potenciômetro de 1kΩ, meça a resistência ajustada com o ohmímetro, anotando o seu valor no quadro 1. Quadro 1.1 1.5. Questões 1 No circuito da fiura 1.3, qual é a função do resistor de 18kΩ? 2 - Podemos utilizar o mesmo circuito da fiura 1.3, com os mesmos valores, para determinarmos a resistência interna de medidores de outras faixas de corrente? Por quê? 3- Ao medir-se a corrente no circuito da fiura 1.4, com um miliamperímetro de 100mA, obtivemos uma indicação de 90mA. endo os resistores de absoluta precisão, calcule a referida corrente e explique o porquê da diferença entre a calculada e a medida. 3
2ELE005 LABOATÓO DE MEDDA ELÉTCA fiura 1.4. Circuito Teórico 2. Experimento 2 esistência hunt em Amperímetro 2.1. Objetivos 2.2. Teoria Verificar como um alvanômetro pode ser transformado num amperímetro para correntes maiores que do seu fundo de escala. Um alvanômetro, com uma corrente de fundo de escala, pode ser convertido em um amperímetro com uma corrente de fundo de escala 0, onde 0 é bem maior que.para tanto, é necessário associarmos ao alvanômetro um resistor em paralelo, para desviar uma parte da corrente. Esta liação é mostrada na fiura 2.1, onde temos representada a resistência interna do alvanômetro em série com este, e o resistor de desvio s, também denominado shunt. Fiura 2.1. Liação de s a um alvanômetro para obter um miliamperímetro No circuito, temos: A corrente 0,que é dividida em duas partes, uma corrente, a de fundo de escala do alvanômetro oriinal, e uma corrente s que é a parcela a ser desviada através do resistor s. Como, no circuito, temos uma associação paralela de dois resistores, podemos escrever: onde: = = = 0 0 = ( ) 0 4
2ELE005 LABOATÓO DE MEDDA ELÉTCA Com essa relação podemos, conhecendo as especificações do alvanômetro ( e ), dimensionar o valor da resistência shunt, necessária para convertê-lo em um medidor de corrente de determinada escala 0. Para exemplificar, vamos converter um alvanômetro de 500µ A e 10Ω da resistência interna, em um miliamperímetro de 0-100mA, conforme a fiura 2.2. Fiura 2.2. Adapatação de um alvanômetro em um miliamperímetro = 3 6 100x10 = 0,05Ω 10. 500x10 6 500x10 Para obtermos o miliamperímetro de 0-100mA, associamos o resistor de 0,05Ω e a escala do alvanômetro deve ser raduada, de acordo com o novo valor de fundo de escala conforme a fiura 2.3. Fiura 2.3. Graduação da nova escala A inserção do instrumento de medida em um circuito pode acarretar uma alteração sinificativa neste e conseqüentemente, no resultado da medida a ser efetuada. Para que esta influência seja a menor possível e desprezível, é necessário que o instrumento, em se tratando de um medidor de corrente, tenha uma resistência interna bem pequena em relação às resistências do circuito, além disso, o próprio instrumento apresenta devido a imperfeições construtivas e aproximações nos dimensionamentos, um erro sobre o valor real medido, determinando um valor em porcentaem denominado classe de exatidão. 2.3. Material Experimental 5
2ELE005 LABOATÓO DE MEDDA ELÉTCA 2.5. Parte Prática Fonte variável Potenciômetro: 100Ω /lin esistor: 6,8kΩ Multímetro 1 Utilize o valor da resistência interna do alvanômetro e 0-1mA e preencha o quadro abaixo. 2 Calcule o valor de para converter o alvanômetro de 0-1mA em um miliamperímetro de 0-2mA, e anote no quadro abaixo. 3 - Monte o circuito do novo miliamperímetro, conforme a fiura 2.4, utilizando como s o potenciômetro de 100Ω, ajustado com o ohmímetro para o valor calculado no item 2. 4 Monte o circuito da fiura 2.5. Fiura 2.4. Fiura 2.5. 5 - Com o multímetro, meça e anote no quadro abaixo, o valor da corrente no circuito da fiura 2.5. 6 - epita a medida anterior com o miliamperímetro que você construiu, anotando o valor no quadro abaixo. Multímetro miliamperímetro 6
2ELE005 LABOATÓO DE MEDDA ELÉTCA 2.6. Questões 1 - Compare a leitura do miliamperímetro construído com a do multímetro. 2 - Utilizando a escala do alvanômetro, mostre a raduação para o miliamperímetro que você construiu. 3- Calcule a resistência interna do miliamperímetro que você construiu. 4- A partir de um alvanômetro de 5mA com resistência interna 20Ω, esquematize e determine os valores de resistência shunt, para que esse, através de uma chave seletora, possa funcionar como um miliamperímetro de quatro escalas: 0-5mA, 0-10mA, 0-50mA e 0-100mA. 7