2 a Aula Inrodução ao TL: INSTUMNTAÇÃO LABOATOIAL Inrodução Aparelhos analógicos e digiais Volímeros, amperímeros e ohmímeros:mulímero Sinais DC e AC Tensão pico-a-pico e ensão eficaz Fones de energia Análise no empo e na frequência Analisador especral Fundamenos de medida 4 de Ouubro de 2002 Física xperimenal 2 a Aula 1 Inrodução xisem grandezas básicas como, por exemplo: - Tensões - Correnes - esisências que em de ser medidas em qualquer laboraório, uilizando: - Aparelhos especializados (volímeros, amperímeros e ohmímeros) - Aparelhos inegrados (mulímero, osciloscópio) - Sisemas de aquisição de dados 4 de Ouubro de 2002 Física xperimenal 2 a Aula 2 Aparelhos analógicos e digiais Os aparelhos analógicos são baseados na elecrónica clássica Os sinais são raados direcamene pelo aparelho Os resulados das medidas são indicados por um poneiro numa escala graduada Os aparelhos digiais são baseados na elecrónica digial Os sinais analógicos são converidos em sinais digiais Os resulados das medidas são apresenados num écran Aparelhos analógicos e digiais Os aparelhos digiais êm várias vanagens São mais modernos Não há erros de leiura dos resulados pelo operador Podem proceder a algum processameno do sinal Podem ser conrolados por compuador Possuem memória própria, o que permie fazer a análise do sinal mesmo depois dele er sido desligado do aparelho Podem ainda er alguma ineligência Auo-ese Auo-calibração Deecção auomáica do ganho 4 de Ouubro de 2002 Física xperimenal 2 a Aula 3 4 de Ouubro de 2002 Física xperimenal 2 a Aula 4 Um volímero: Volímero - Serve para medir a diferença de poencial (ensão) aos erminais de um componene de um circuio elécrico - Tem uma resisência inerna elevada - Liga-se em paralelo 1 u u = i = + 1 V u ' = eq i = eq 1 + eq Para que u'= u eq = 1 1 v V 1 u eq 4 de Ouubro de 2002 Física xperimenal 2 a Aula 5 Mas 1 1 1 v = + eq eq v = + v pelo que eq = v = Conclusão: Um volímero deve er uma resisência inerna muio elevada 4 de Ouubro de 2002 Física xperimenal 2 a Aula 6
Um amperímero: Amperímero - Serve para medir a correne elécrica que flui num roço de um circuio -Tem uma resisência inerna baixa - Liga-se em série A i = A a i' = + a Para que i =i é necessário que a = 0 Conclusão: Um amperímero deve er uma resisência inerna muio baixa 4 de Ouubro de 2002 Física xperimenal 2 a Aula 7 4 de Ouubro de 2002 Física xperimenal 2 a Aula 8 Composição de um volímero/amperímero - spira conduora, móvel num campo magnéico criado por um íman - Poneiro ligado à espira - esisências de enrada para aleração da escala Funcionameno de um volímero/amperímero - A correne que enra no aparelho vai percorrer a espira, a qual sofre uma força que a faz rodar em orno do seu eixo - A espira pára quando a força elécrica que nela acua é compensada pela força da mola - Quando o aparelho é desligado, o poneiro regressa à origem (zero) sob a acção da força de resiuição da mola Ohmímero Um ohmímero: - Serve para medir resisências elécricas - É um aparelho acivo, dado que possui uma fone de energia (uma pilha ou baeria) Ω 4 de Ouubro de 2002 Física xperimenal 2 a Aula 9 4 de Ouubro de 2002 Física xperimenal 2 a Aula 10 Uilização de um ohmímero: - Assegurar que a resisência esá desligada de qualquer fone de energia - Acerar o zero do aparelho, fazendo um curocircuio aos seus erminais e rodando o boão de acero do zero aé que o poneiro coincida com a marca do zero na escala sa operação desina-se a compensar uma evenual diminuição da ensão da pilha do aparelho com o empo sa operação deve ser repeida cada vez que se muda a escala do ohmímero - Colocar a resisência a medir aos erminais do aparelho e ler o seu valor na escala Mulímero Um mulímero é um aparelho que faz as funções de um volímero, amperímero e ohmímero 4 de Ouubro de 2002 Física xperimenal 2 a Aula 11 4 de Ouubro de 2002 Física xperimenal 2 a Aula 12
Sinais DC e AC Um sinal DC é um sinal consane no empo u() Um sinal AC é um sinal variável no empo u() Sinais DC e AC Um sinal variável no empo s() pode ser decomposo nas suas componenes DC e AC - A componene DC do sinal (S) corresponde à pare coninua (valor médio) do sinal (offse) - A componene AC corresponde à pare puramene variável do sinal 4 de Ouubro de 2002 Física xperimenal 2 a Aula 13 4 de Ouubro de 2002 Física xperimenal 2 a Aula 14 De enre os sinais AC, os mais imporanes são os sinais sinusoidais, dado que: - Do pono de visa maemáico, qualquer ouro sinal se pode decompor num somaório de sinais sinusoidais (T Fourier) - A energia elécrica é gerada nas cenrais elécricas na forma sinusoidal, pelo movimeno de espiras conduoras num campo magnéico - A energia elécrica alernada sinusoidal é muio fácil de ser ransporada das cenrais aé aos consumidores s() Valor pico-a-pico e valor eficaz O valor pico-a-pico (S pp ) de um sinal s() é a diferença enre os valores máximo e mínimo do sinal O valor eficaz ou rms (S ef ) é a raiz quadrada do valor médio do quadrado do sinal s() Para um sinal sinusoidal s()=s m cos(ω+α) S pp =2S m S ef =S m / 2 4 de Ouubro de 2002 Física xperimenal 2 a Aula 15 4 de Ouubro de 2002 Física xperimenal 2 a Aula 16 Fones de energia Fones de alimenação As seguines fones de energia são, correnemene, usadas nos Laboraórios: - Baerias - Fones de alimenação - Geradores de sinais (formas de onda) As baerias são fones de ensão coninua, fáceis de uilizar e que esão elecricamene isoladas das alimenações dos ouros aparelhos Conudo, só êm uma ensão que vai diminuindo com a sua uilização 4 de Ouubro de 2002 Física xperimenal 2 a Aula 17 ecebem a energia da rede elécrica sas fones dispõem de dois boões para conrole da ensão e da correne Volímero e amperímero Funcionameno como fone de ensão Funcionameno como fone de correne V A Os geradores de sinais geram a forma de onda, com a frequência / - + e a ampliude preendidas On/Off 4 de Ouubro de 2002 Física xperimenal 2 a Aula 18
Análise no empo e na frequência Um sinal fica definido se conhecermos a sua descrição no empo ou na frequência S()=324+854 sen (2π 100+π/8) S(ω)=3δ (1000) De faco a Análise Maemáica ensina-nos que, se conhecermos a definição de um sinal no empo, podemos calcular a sua descrição na frequência aravés da Transformada de Fourier Inversamene, se conhecermos a descrição de um sinal na frequência, podemos ober a sua evolução no empo aravés da Transformada Inversa de Fourier 4 de Ouubro de 2002 Física xperimenal 2 a Aula 19 Um osciloscópio e um aparelho que permie ver a evolução no empo de um sinal No caso de um sinal periódico, o osciloscópio permie, ainda, deerminar o período e os valores máximo e eficaz do sinal Um osciloscópio mede direcamene ensões e, indirecamene aravés de uma pona de prova, correnes 4 de Ouubro de 2002 Física xperimenal 2 a Aula 20 Num osciloscópio podemos considerar quaro pares: sruura principal ( mainframe ) Amplificador verical Base de empo Circuio de dísparo ( rigger ) P BT AV CD A esruura principal compreende: Tubo de raios caódicos, que cria o feixe de elecrões que vai impressionar o ecran Écran de maerial fluorescene Placas, verical e horizonal, de deflexão, que conrolam os movimenos horizonal e verical do feixe de elecrões lecrónica de comando, que conrola a operação (ON/OFF) e o modo de funcionameno (Inerno/xerno) do aparelho, as caracerísicas (Inensidade/Focagem) e posição (nconrar) do feixe e a luminosidade do ecran (Inensidade) A esruura principal em por função criar o feixe que vai impressionar o écran de acordo com o sinal que e aplicado ao amplificador verical do osciloscópio e ao seu modo de funcionameno 4 de Ouubro de 2002 Física xperimenal 2 a Aula 21 4 de Ouubro de 2002 Física xperimenal 2 a Aula 22 O amplificador verical recebe o sinal que preendemos analisar e vai aplicá-lo às placas horizonais de deflexão, que conrolam o movimeno verical (para cima e para baixo) do feixe de elecrões O amplificador verical pode er um, dois ou quaro canais m cada canal de enrada podemos conrolar a escala (mv ou Vols por divisão), o ipo de análise (AC ou DC) Quando o osciloscópio em mais canais de enrada do que feixes de elecrões, é preciso definir o modo como os sinais de enrada são enregues às placas horizonais de deflexão O circuio de disparo ( rigger ) conrola a ampliude a parir da qual é gerado o varrimeno horizonal O sinal de rigger pode ser inerno (alimenação elécrica do aparelho ou sinal de um dos canais vericais) ou exerno A base de empo gera o sinal que vai ser aplicado às placas vericais de deflexão, que conrolam o movimeno horizonal (para a esquerda e a direia) do feixe A base de empo pode ser inerna ou exerna 4 de Ouubro de 2002 Física xperimenal 2 a Aula 23 4 de Ouubro de 2002 Física xperimenal 2 a Aula 24
Analisador especral Fundamenos de Medidas Um analisador especral calcula, direcamene aravés de hardware, o especro na frequência de um sinal que e fornecido ao seu erminal de enrada Analisadores de baixa-frequência podem efecuar numericamene uma FFT 4 de Ouubro de 2002 Física xperimenal 2 a Aula 25 Conceios Unidades Fundamenais (L, T, M, I, Θ, cd) Unidades Derivadas: Q, V Medida Precisão xacidão Consisência Sensibilidade esolução rro scalas (máxima e absolua) sabilidade e degradação 4 de Ouubro de 2002 Física xperimenal 2 a Aula 26 Unidades Unidades Grandeza Tensão Correne esisência nergia Poência Tempo Frequência Unidade Vol (V) Ampere (A) Ohm (Ω) Joule (J) Wa (W) Segundo (s) Herz (Hz) Múliplos Giga(G) 10 9 Mega(M) 10 6 kilo(k) 10 3 Tera(T) 10 12 Sub-múliplos Mili(m) 10-3 Micro(µ) 10-6 Nano(n) 10-9 Pico (p) 10-12 4 de Ouubro de 2002 Física xperimenal 2 a Aula 27 4 de Ouubro de 2002 Física xperimenal 2 a Aula 28