Instrumentos de Medidas Elétricas - UDESC · Sistemas de Medidas 4 Sistema de unidades É um...

Prof. Abel André C. Recco

Instrumentos de Medidas Elétricas

Introdução

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Definição de MedidaMedir é estabelecer uma relação numérica entre

uma grandeza e outra, de mesma espécie,tomada como unidade.

No processo de medida, a grandeza que servede comparação é denominada de grandezaunitária ou padrão unitário.

Introdução

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Definição de Medida (cont.)

Medidas elétricas só podem ser realizadas com autilização de instrumentos de medidas, quepermitem a quantificação de grandezas cujovalor não poderia ser determinado através dossentidos humanos.

Sistemas de Medidas

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Sistema de unidades É um conjunto de definições que reúne de forma

completa, coerente e concisa todas as grandezasfísicas 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 utilizadono mundo.

Grandezas

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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

Grandezas

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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

Noções de Padrão, Aferição e Calibração

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Padrão Padrão é um elemento ou instrumento de

medida destinado a definir, conservar ereproduzir a unidade base de medida de umadeterminada grandeza.

Possui uma alta estabilidade com o tempo e émantido em um ambiente neutro e controlado(temperatura, pressão, umidade, etc.constantes).


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Padrão (cont.) – Exemplo: Corrente Elétrica: O ampère é a corrente

constante que, mantida entre dois condutoresparalelos de comprimento infinito e secçãotransversal desprezível separados de 1m, novácuo, produz uma força por unidade decomprimento entre os dois condutores de200nN/m. Na prática são utilizados instrumentoschamados “balanças de corrente", que medem aforça de atração entre duas bobinas idênticas ede eixos coincidentes.


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Aferição Aferir é o procedimento de comparação entre o

valor lido por um instrumento e o valor padrãoapropriado de mesma natureza.

Apresenta caráter passivo, pois os erros sãodeterminados, mas não corrigidos.


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Calibração Calibrar é o procedimento que consiste em

ajustar o valor lido por um instrumento com ovalor de mesma natureza.

Apresenta caráter ativo, pois o erro, além dedeterminado, é corrigido.

Classificação dos Erros

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Introdução Erros são inerentes a todo o tipo de medidas e

podem ser minimizados, porém nuncacompletamente eliminados.

Dividem-se em:Erros grosseirosErros sistemáticosErros aleatórios, etc.


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Categorias de erros Erros grosseiros: ocorrem por falhas de leitura

do instrumento pelo operador ou sistema deaquisição.

Ex: a troca da posição dos algarismos aosescrever os resultados ou o erro de paralaxe.

Solução: repetir os ensaios pelo mesmooperador, ou por outros operadores.


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Erros grosseiros (cont.)Erro de paralaxe.


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Categorias de erros Erros sistemáticos: ocorrem pela deficiência do

instrumento ou do método empregado e àscondições sob as quais a medida é realizada.

Dividem-se em: InstrumentaisAmbientais


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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.


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Categorias de erros (cont.) Erro sistemático ambiental

Referem-se às condições do ambiente externo aoaparelho.

Ex: temperatura, umidade, pressão, campos elétricose/ou magnéticos.

Solução: trabalhar em ambientes climatizados eprovidenciar a blindagem dos aparelhos em relação acampos eletromagnéticos.


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Categorias de erros (cont.) Erros aleatórios: também chamados de erros

acidentais, devem-se a fatores imponderáveis(incertezas)

Ex: ocorrência de transitórios em uma redeelétrica e ruídos elétricos.

Solução: como não podem ser previstos, sualimitação é impossível.

Erros Absoluto e Relativo

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A palavra “erro” designa a diferença algébricaentre o valor medido Vm de uma grandeza e oseu valor verdadeiro, ou aceito como verdadeiro,Ve , ou seja:

Onde o valor ∆V é chamado de “erro absoluto”.

em VVV

Erros Absoluto e Relativo

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Assim, o valor verdadeiro Ve da grandeza podeser expresso da seguinte maneira:

Quando o valor Vm encontrado na medida émaior que o valor verdadeiro Ve , dizemos que oerro cometido é “por excesso”. Quando Vm émenor que Ve , dizemos que o erro cometido é“por falta”.

VVVVV mem

Erros Relativo

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

%100(%)

ou

xVV

VV

e

e

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]

Classificação dos Instrumentos Elétricos

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São características essenciais dos instrumentos elétricos de medição para uma utilização correta dos mesmos.

Quanto à grandeza a ser medidaamperímetro: 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;


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CategoriasQuanto 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.


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CategoriasQuanto à forma de apresentação dos resultados

AnalógicosDigitais


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CategoriasQuanto ao princípio físico utilizado:

bobina móvel ferro móveleletrodinâmico

OBS: são características de medidoresanalógicos; já os digitais utilizam circuitoseletrônicos comparadores.

bobinas cruzadas indutivoeletrostático


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CategoriasQuanto à finalidade de utilização:

laboratórios: aparelhos que primam pela acurácia eprecisão;

industriais: embora não sejam necessariamente tãoexatos quanto os de laboratório, possuem a robustezapropriada ao trabalho diário sob variadas condições.

Quanto à portabilidadede painel ou quadros de comando, fixos;de bancada, portáteis.

Generalidades sobre os Instrumentos

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Funcionamento Corrente I percorrer a bobina

b dentro do campo magnéticodo imã permanente;

A interação produz forças Fque resulta num conjugadoem 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


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Funcionamento (cont.)Mola m com uma extremidade

presa ao eixo da bobina e aoutra à carcaça do instrumentoproduzem tensão mecânica;

Opõe-se ao movimento derotação da bobina, originandoum “conjugado antagonista”;



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Funcionamento (cont.) Para evitar oscilações do

conjunto móvel em torno daposição de equilíbrio, cria-seum “conjugado deamortecimento” por meio deartifícios externos ao sistema;


Dados Característicos

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Tipos de Escalas Uniforme: todas as divisões são iguais ao longo

de escala.

Quadrática: as divisões se ampliam no final daescala.

Logarítmica: as divisões são menores no final daescala.


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Exatidão ou acurácia Característica de um instrumento que exprime o

afastamento entre a medida nele efetuada e ovalor de referência aceito como verdadeiro.Ex: padrão = 1,000Ω;

instrumento (1) = 1,010Ωinstrumento (2) = 1,100Ω=> (1) é mais exato do que (2).


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Precisão (ou Repetibilidade) Característica de um instrumento (processo

estatístico) que exprime o afastamento mútuoentre as diversas medidas obtidas de umagrandeza dada, em relação à média aritméticadessas medidas;

Norma P-NB-278/73, da ABNT.


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Precisão (cont.) Ex: atirador tentando atingir o alvo

Em (a) não houve exatidão nem acurácia por parte do atirador;


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Em (b) podemos dizer queo atirador foi preciso, poistodos os tiros atingiram amesma região do alvo,porém não teve acurácia, jáque esta região estádistante do centro;


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Em (c) concluímos que oatirador foi exato, além depossuir acurácia.

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

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Amperímetro tipo alicate

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Ampliação do fundo de escala: derivação ou shunt

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Voltímetro Instrumento destinado à medida de tensões, o

voltímetro deve ser ligado em paralelo com o elemento cuja tensão deseja-se determinar

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Ampliação de escalas de voltímetros

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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

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Representação esquemática

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Multímetros Instrumentos projetados para medir diversas

grandezas, capaz de medir, pelo menos, tensão (CC e CA), corrente (normalmente só CC) e resistência.

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