LABORATÓRIO N O 3: MULTÍMETROS TRUE X AERAGE SENSING OBJETIOS: Ao final desta aula o aluno deverá estar apto a utilizar adequadamente e com segurança multímetros digitais. LISTA DE MATERIAL Osciloscópio 2 canais, 10Mhz Gerador de Funções (seno, retangular e triangular) 0.2Hz-2Mhz, 20pp, Ajustes de amplitude, simetria e off-set. Multímetro True DC-coupled Multímetro True AC-coupled. Multímetro rage Sensing AC-coupled. ProtoBoard 1 Resistor ½ W, 5%, 10kΩ(1) ESTUDOS PRELIMINARES Consulte o artigo alor Médio e Eficaz na página https://elt09.unifei.edu.br/ https://elt09.unifei.edu.br/roteiroslab/rms.pdf Calcular o valor previsto para os três multímetros na função DC e na função AC. AJUSTES INICIAIS Osciloscópio GND: Aterrado TRIGGER Modo: AUTO SLOPE: + LEEL: 0 SOURCE: CH1 ERTICAL CH1 5/DI, CAL (posição calibrado) Acoplamento: DC Posição: central ERTICAL MODO CH1 (SINGLE) HORIZONTAL 2ms/DI,CAL(posição calibrado) X1 Atenção: 1) Manter o osciloscópio sempre ligado para que o mesmo trabalhe na temperatura ideal. 2) erificar a calibração da deflexão vertical e horizontal. 3) Informar o osciloscópio a atenuação da ponta de prova 1x ou 10x Gerador de Funções (SENO, 20 pp, 100Hz) Off Set =0, 100 Hz. FUNCTION: Seno FREQUENCE: 100 Hz DC OFFSET: 0 (ADJUST ON: PULL) DUTY: OFF (ADJUST ON: PULL) OLT OUT: 0-20pp (sem atenuação) SWEEP: OFF ATENÇÃO: Se o gerador de funções estiver A- TERRADO, através do cabo de alimentação com tomada de três pinos, bastaria ligar a ponta de prova CH1 do osciloscópio ao terminal vermelho do cabo BNC-JACARÉ do gerador de funções. A ligação do GND do osciloscópio (a garra jacaré da ponta de prova) ao GND do gerador de funções seria redundante, porém é necessário para evitar ruídos e interferências. Todos na escala DC 20 ou AC 20 ou no modo AUTO. DC- Na função DC todos multímetros medem corretamente o alor Médio ou o valor da Componente Contínua de qualquer forma de onda. 1 T dc = = v(t) dt T 0 AC - Na função AC, somente os multímetros True medem corretamente o valor eficaz de qualquer forma de onda (senoidal, quadrada, triangular, senoidal retificada, etc.) desde que o sinal esteja dentro dos limites de frequência e fator de crista do instrumento. O multímetro True DC-coupled na escala AC mede o valor eficaz real total, ou seja, com a componente contínua e a componente alternada. 1 T T 2 () = v (t).d t 0 Para calcular o valor eficaz da componente alternada devemos utilizar a seguinte equação: ac( rms) dc = O multímetro True AC-coupled na escala AC mede o valor eficaz real somente da componente alternada devido ao acoplamento capacitivo nas escalas AC, ou seja, a componente DC é bloqueada. Para calcular o valor eficaz total devemos utilizar a seguinte equação: dc ac = + O acoplamento AC é mais utilizado porque proporciona maior precisão na medição da componente AC nos sinais onde a componente contínua é muito alta em relação à componente alternada Os multímetros rage Sensing apresentam a leitura correta do valor eficaz somente para onda senoidal perfeita. Para ondas não senoidais o Erro Sistemático poderá ser muito alto, para mais ou para menos. UNIFEI-IESTI Kazuo Nakashima https://elt09.unifei.edu.br 1
Para ondas retangulares, +11% para ciclo de trabalho d=0,5 e -33,3% para d=0,1. Devemos ter muito cuidado para aplicar o fator 1,11 (ou 2,22) utilizado por estes multímetros na função AC. https://elt09.unifei.edu.br/roteiroslab/true x_rage_sensing.pdf DC AC alor médio (rage) Componente contínua AC Coupled True DC Coupled AC rage Coupled Sensing dc,, DC, AG ac, rms-ac AC, ac+dc DC ac?, rms-ac? Indicar a marca e o modelo dos multímetros utilizados, a precisão e a faixa de freqüência de operação. (1) True DC-coupled (2) True AC-coupled (3) rage Sensing AC-coupled PROCEDIMENTO Monte o circuito da figura 1 no protoboard e em seguida ligue o gerador de funções. CH1 /Ω Laboratório N o 3: DMM True S. rage Sensing Ajustar o gerador de funções, amplitude, nível dc (off set) e freqüência, com bastante precisão. 1) Com todos comandos do OSCILOSCÓPIO na posição CALIBRADO mude a chave AC-GND- DC na posição GND para posicionar o feixe (ou traço) no centro da tela atuando no ERTICAL POSITION. 2) olte a chave AC-GND-DC para posição DC e não mexa mais no ERTICAL POSITION. 3) Ajuste o gerador de funções atuando nos botões AMPLITUDE; DC OFF SET e DUTY (SI- METRIA). Ajuste a amplitude em 20 pico a pico (4 divisões na escala 5/DI) e desloque a onda para cima ou para baixo atuando no botão DC OFF SET do gerador de funções (e nunca no ERTICAL POSITION do osciloscópio). 4) Faça o ajuste fino da freqüência medindo através do osciloscópio. Se o gerador de funções tiver frequencímetro o ensaio será muito mais rápido e preciso. 5) ocê deverá estar observando na tela do osciloscópio dois ciclos completos de uma onda senoidal. A amplitude deverá ocupar 4 divisões pico a pico. Um período completo deverá ocupar 5 divisões (10ms). Importante: Mantenha os canais CH1 e CH2 do osciloscópio sempre em acoplamento DC e com o 0 no centro da tela. Atenção: Nos osciloscópios digitais 1) A tela está dividida em 12 divisões horizontais. 2) O ponto de Trigger fica posicionada no centro da tela. 3) A posição ZERO é indicada na lateral esquerda da tela com o símbolo 0. 4) A função MEASURE podem apresentar erros de medição tanto para valor médio rage como para valor eficaz quando o número de ciclos observado for menor que 10 ciclos. GF R=10kΩ GND / COM Figura 2 Resultado da simulação no PSpice Figura 1 Circuito UNIFEI-IESTI Kazuo Nakashima https://elt09.unifei.edu.br 2
1) Senoidal, 20 pp, Offset=0 Laboratório N o 3: DMM True S. rage Sensing 2) Senoidal de 10 pp e Off Set de +5 0 0 True True Sense True True Sense v(t) = p sen( ωt) = 0 = p 2 *erro %= 0% (sistematico) Para onda senoidal o multímetro rage Sensing não apresenta erro sistemático. v(t) = dc + p sen( ωt) = dc ac(rms)= p 2 = + dc ac *erro % = 0% (sistematico) Para onda senoidal o multímetro rage Sensing não apresenta erro sistemático UNIFEI-IESTI Kazuo Nakashima https://elt09.unifei.edu.br 3
3) Quadrado, 10pp, Off Set=5, d=0,5. Laboratório N o 3: DMM True S. rage Sensing 4) Quadrado 20pp, Off Set=0 d=0,5. 20pp OffSet =0 d=0,5 100Hz 0 CH1:5/DI CH 2:5/DI H:2mSEC/DI CH1:20W/DI H:2mSEC/DI CH1:20W/DI H:2mSEC/DI True True Sense True True Sense = d P = d P *erro % = + 11,07% (sistematico) =.d +.(1- d) p n p n *erro %= =.d +.(1-d) + 11,07% (sistematico) UNIFEI-IESTI Kazuo Nakashima https://elt09.unifei.edu.br 4
5) Quadrado de 20 pp, d=0.2 20pp OffSet =0 d=0,2 100Hz Laboratório N o 3: DMM True S. rage Sensing 6) Retangular 10pp, d=0,8, Off Set=-3 10pp OffSet =-2 d=0,8 100Hz 0 0 CH1:5/DI CH 2:5/DI H:2mSEC/DI CH1:2/DI CH 2:2/DI H:2mSEC/DI CH1:20W/DI H:2mSEC/DI CH1:10W/DI H:2mSEC/DI True True Sense True True Sense =.d +.(1- d) p n =.d +.(1-d) p n *erro %= 11,14% (sistematico) =.d +.(1- d) p n p n *erro %= =.d +.(1-d) 11,14% (sistematico) UNIFEI-IESTI Kazuo Nakashima https://elt09.unifei.edu.br 5
6) Triangular 20pp, d=0,8, Off Set=0 20pp 0dc 100Hz Laboratório N o 3: DMM True S. rage Sensing 7) Triangular 20pp, d=0,8, Off Set=0 20pp 0dc 100Hz 0 0 CH1:5/DI CH 2:5/DI H:2mSEC/DI p(t) CH1:5/DI CH 2:5/DI H:2mSEC/DI p(t) CH1:20W/DI H:2mSEC/DI CH1:20W/DI H:2mSEC/DI True True Sense True True Sense = 0 = 2 3 PP *erro %= 3,87% (sistematico) O ajuste da simetria subida/descida não altera o resultado. O Duty semi-ciclo positivo/semi-ciclo negativo é sempre 0,5. = 0 = 2 3 PP *erro %= 3,87% (sistematico) O ajuste da simetria subida/descida não altera o resultado. O Duty semi-ciclo positivo/semi-ciclo negativo é sempre 0,5. Itajubá, MG, julho de 2018 UNIFEI-IESTI Kazuo Nakashima https://elt09.unifei.edu.br 6