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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ – UNIFEI/CAMPUS ITABIRA
MEDIDAS ELÉTRICAS
E
INSTRUMENTAÇÃO
EEL010
Professor: Roger Júnio Campos
Curso: Engenharia Elétrica
Período: 4º
2º/2010
Capítulo 1:
Introdução e Princípios
Fundamentais de Instrumentos de
Medição Elétrica
http://books.google.com.br/books?id=6faLQGELB5YC&lpg=PA29&ots=MZ_A2qq2NF&dq=instrumento%20conforme%20%C3%ADndice%20de%20classe&pg=PA25#v=onepag
e&q=instrumento%20conforme%20%C3%ADndice%20de%20classe&f=false
1.1 – Introdução
A medição é um conjunto de operações que visa comparar uma grandeza com
outra da mesma espécie, a qual é tomada como unidade padrão, e determinando o
seu valor momentâneo.
Um instrumento de medida é definido como um sistema que faz
corresponder um estado de um fenômeno físico a outro estado, acessível
aos sentidos humanos.
1.1 – Introdução
Instrumento
de Medida
Fenômeno
físico
Órgão de
Recepção
Esquema fundamental de uma medição:
Se a medida tem a finalidade de manter uma máquina em um determinado regime
de funcionamento, o esquema de medição é acrescido de mais uma etapa, ou seja:
Orgão de
Decisão e
Ação
Instrumento
de Medida
Fenômeno
físicoÓrgão de
Recepção
1.1 – Introdução
Ma medição elétrica surgem 3 problemas cujas soluções devem ser avaliadas:
− o que medir
− com que medir
− como avaliar a medição
1.1 – Introdução
Quanto ao primeiro problema “O QUE MEDIR” existe uma gama bastante vasta de
grandezas.
Na medição elétrica as grandezas fundamentais são:
− corrente
− tensão
− frequência
− potência
− resistência
− capacitância
− indutância
− fator de potência
1.1 – Introdução
Com o emprego de dispositivos chamados transdutores existe a possibilidade de
se medir grandezas físicas:
− temperatura com termopares ou termorresistências
− velocidade com geradores
− pH, umidade, com emissores
− vazão, pressão com transdutores especiaias
1.1 – Introdução
O segundo problema “COM QUE MEDIR” exige os conhecimentos fundamentais
da medição elétrica;
para que o emprego de um determinado instrumento seja adequado e exato para a
medição desejada.
1.1 – Introdução
Os instrumentos dividem-se de acordo com a finalidade e quanto ao sistema de
medição com qual funcionam.
Os sistemas de medição mais empregados:
− bobina móvel (A, V, R, ºC, r.p.m.)
− ferro móvel (A, V)
− lâminas vibráveis (Hz, r.p.m.)
− eletrodinâmico (E, A,V Var, cos γ)
− ímã móvel (A, V)
− eletrônico digital (A,V, Hz)
Hoje em dia estão se impondo os instrumentos com sistema eletrônico em virtude
do aperfeiçoamento e confiabilidade.
1.1 – Introdução
“AVALIAR A MEDIÇÃO” compreende o problema de, com os dados fornecidos
pelos instrumentos, poder-se tirar as conclusões para tomar uma decisão ou
certificar-se do desempenho da instalação.
A decisão para mudar algo poderá ser feita por intermédio de instrumentos
reguladores.
Caso seja preciso avaliar os valores medidos por um período mais longo, é
utilizado instrumentos registradores.
Logo, os instrumentos de medida dividem-se quanto ao seu emprego:
− instrumentos indicadores
− reguladores
− registradores
1.1 – Introdução
Os instrumentos indicadores são empregados para medidas contínuas, ou seja,
controlam ou registram continuamente uma grandeza qualquer.
Podem ser analógicos ou digitais.
1.3 – Detalhes construtivos
A fig. mostra as partes principais de um instrumento de medida elétrica.
1.3 – Detalhes construtivos
A caixa do instrumento serve para proteção do sistema de medição.
O mecanismo ou sistema de medição compreende o conjunto de peças que
possibilitam a transformação de uma corrente elétrica em movimento. Bobinas fixas
ou móveis, eixo, mancais, molas espirais, amortecedor, ímã permanente, núcleo de
ferro, etc.
Os ponteiros são as peças solidárias ao conjunto ou elemento móvel e que indicam
sobre a escala o valor da grandeza medida.
1.3 – Detalhes construtivos
Os acessórios externos do instrumento podem ser constituídos pelos cabos de
ligação especiais, para a conexão do instrumento de medida a seu acessório, como
também os resistores série ou paralelo (shunt), para a amplificação dos campos de
medida.
Circuito de corrente ou série é aquele pelo qual circula a mesma corrente que
atravessa o circuito a ser medido.
Circuito de tensão ou paralelo é aquele alimentado pel tensão do circuito a ser
medido.
1.4 – Definições e nomenclatura
Instrumento indicador → é aquele que indica em qualquer momento o valor
instantâneo efetivo, médio, ou de pico de uma grandeza a ser medida.
Instrumento registrador→ é aquele que escreve ou registra sucessivamente os
valores instantâneos, efetivos ou médios.
Instrumento com contato → é aquele no qual o elemento móvel fecha e abre
contatos quanto atinge determinados valores.
Instrumento blindagem magnética → é aquele que está blindado contra influência
de campos magnéticos externos.
Instrumento astático → é aquele no qual o elemento móvel é constituído de tal
maneira a ser insensível a campos eletromagnéticos.
1.4 – Definições e nomenclatura
Multímetro→ é aquele que serve para a medição de diversas grandezas elétricas
no mesmo instrumento, por exemplo: corrente, tensão e resistência
1.4 – Definições e nomenclatura
Quanto ao sistema de medição, instrumentos de medida elétrica dividem-se em:
Instrumento ferro-móvel→ é aquele que, tendo uma peça móvel de material ferro-
magnético, desloca-se quando submetida a um campo magnético formado por uma
corrente que atravessa uma bobina fixa.
Instr. de bobina móvel→ é aquele que tem um ímã permanente fixo e uma ou mais
bobinas móveis. Seu funcionamento depende da reação entre a corrente da bobina
móvel e o campo magnético do ímã permanente.
1.4 – Definições e nomenclatura
Instr. ímã móvel→ é aquele constituído de uma bobina fixa percorrida por uma
corrente dentro da qual giram um ou mais ímãs permanentes.
Instr. eletrodinâmico→ é aquele que tendo bobinas fixas e bobinas móveis
deslocam as últimas eletrodinamicamente, pela ação das correntes que nelas atuam.
Podem ser construídas com peças ferro-magnéticas para aumentar o campo
eletromagnético.
Instr. de indução→ é aquele que tem bobinas fixas percorridas por corrente elétrica
e de peças condutivas móveis, que são deslocadas pelas correntes induzidas nelas
eletromagneticamente.
1.4 – Definições e nomenclatura
Instr. de vibração→ é aquele que é formado por lâminas vibráteis que entram em
ressonância sob a ação de uma corrente.
Instr. eletrostático→ é aquele que apresenta peças metálicas fixas e outras móveis
sobre as quais agem forças do campo eletrostático.
Instr. bimetálico→ é aquele que tem um elemento móvel formado por bimetal que
se deforma pela ação direta ou indireta de uma corrente.
Define-se erro (ou erro absoluto) a diferença entre o valor real e o medido.
Em termos práticos, as medidas são classificadas em função do chamdo erro
relativo
1.5 – Erros em medidas
1.5 – Erros em medidas
Erros humanos são causados pela observação defeituosa por parte do operador.
O erro mais comum é o erro da paralaxe.
Para a diminuição ou total eliminação erro de paralaxe usam-se espelhos nas
escalas.
Exatidão→ é definida pelos limites de erros e pelos limites da variação na indicação
(↓erro = ↑exatidão).
O erro é inerente à todo instrumento.
Classe de exatidão→ é uma classificação de instrumentos de medida para
designar a sua exatidão. O número que a designa chama-se índice de classe.
Índices de classes Limites de erro
0,05 0,05%
0,1 0,1%
0,2 0,2%
0,5 0,5%
1,0 1,0%
1,5 1,5%
2,5 2,5%
5,0 5,0%
1.5 – Erros em medidas
Pela tabela tem-se:
− Um instrumento da classe 1 poderá ter no máximo erro de ±1%;
− Ou seja, se o valor do fim da escala do instrumento for 100V;
− o erro poderá ser no máximo de ±1V.
− Logo, se o ponteiro indicar 98V, o erro poderá permanecer na faixa de 97V a
99V.
1.5 – Erros em medidas
Neste exemplo o erro absoluto está sempre ≤ ±1. O erro cometido em relação à
medida é:
Logo:
1.5 – Erros em medidas
Exemplo: suponha um voltímetro de 150V fim de escala, com classe de exatidão
1,5; e no qual deseja-se determinar a faixa que compreende o valor real e o erro de
medição no valor de 70V.
1.5 – Erros em medidas
1.6 – Terminologia
PRECISÃO
Informa o máximo desvio entre leituras no mesmo ponto.
REPETIBILIDADE
Máxima diferença entre diversas medidas realizadas sob as mesmas
condições.
1.6 – Terminologia
ZONA MORTA
Máxima variação que uma grandeza pode sofrer sem ocasionar alteração no
instrumento de medida.
Exemplo:
Considerando que a escala de um voltímetro é de 0 a 100 V com zona morta de
0,2%, tem-se:
Desta forma, o voltímetro apenas indicará um determinado valor, se a tensão variar
com um valor superior a 0,2 V.
1.6 – Terminologia
SENSIBILIDADE
Mínima alteração que a entrada deve sofrer para que provoque uma alteração no
sinal de saída.
Exemplo:
Supondo um voltímetro com escala de 0 a 100 V e uma sensibilidade de 0,1%,
tem-se:
Este resultado indica que o instrumento apresentará uma resposta se a tensão
variar de, pelo menos, 0,1 V.
1.6 – Terminologia
RESOLUÇÃO
Variação na indicação quando o dígito menos significativo varia em uma unidade.
BIAS
Erro sistemático da indicação. Estimado pela média dos erros.
1.7 – Escala
Escala, range ou faixa → valores compreendidos entre máximo e mínimo.
Span → amplitude entre valores final e inicial da escala.
• Escala (range): 45 a 65 Hz
• span: 20 Hz
• instrumentos podem apresentar mais
de uma escala
1.8 – Normas e Simbologia
Para a identificação rápida das diversas características do instrumento de medida,
foram adotados símbolos inscritos na escala, de modo que cada um determina uma
destas características.
Os diversos símbolos empregados e normalizados estão indicados nas próximas
tabelas.