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Medição de Tensão e Corrente e Multímetros
Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI
Disciplina ELE505 - Medidas
Prof. Fernando Belchior – Março/2014
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
Prof. Dr. Fernando Nunes Belchior [email protected] [email protected]
• Cap.4 - Medição de Tensão e Corrente
• Cap. 5 - Medidas com Multímetros
Analógicos e Digitais
Medição de Tensão e Corrente e Multímetros
Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI
Disciplina ELE505 - Medidas
Prof. Fernando Belchior – Março/2014
• Existem voltímetros para medições em corrente contínua e
alternada.
• Devem ser ligados em paralelo no circuito cuja diferença
de potencial se quer medir.
Medição de Tensão – A.Voltímetro
Idealmente, resistência do voltímetro seria igual a
infinito.
Voltímetro construído a partir de um
galvanômetro G, de resistência interna Rm.
Rm
Im G
SV
Medição de Tensão e Corrente
Medição de Tensão e Corrente e Multímetros
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Disciplina ELE505 - Medidas
Prof. Fernando Belchior – Março/2014
• Em CA, não é necessário preocupar-se com a sua polaridade, isto é,
qualquer um dos seus terminais pode ser conectado à fonte ou à carga.
• Em CC é necessário verificar os pólos, para que não haja inversão da leitura
e respectivo deslocamento do ponteiro abaixo do zero da escala.
Medição de Tensão e Corrente
Medição de Tensão – A.Voltímetro
Voltímetro de bancada
Voltímetro de
zero central
Voltímetro digital
Voltímetro de painel
Medição de Tensão e Corrente e Multímetros
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Disciplina ELE505 - Medidas
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Aumento de Faixa de medição com Resistência em Série com o
Voltímetro
UTILIZAÇÃO DO DIVISOR DE TENSÃO: Resistor inserido em série com o
voltímetro.
Caso o voltímetro deva ser utilizado para uma faixa de medição n vezes superior a
existente (fator de amplificação n), então uma parte da tensão será nele aplicada e
(n-1) partes na resistência.
• Exercício:
Qual deve ser o valor de uma
resistência série para ampliar
o fundo de escala do
voltímetro, cuja resistência
interna é de 2kΩ, de 12V para
60V ?
vs RnR . )1 -(
Medição de Tensão e Corrente
Medição de Tensão
Medição de Tensão e Corrente e Multímetros
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Disciplina ELE505 - Medidas
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B. Ponta de Prova ou Ponteira de Tensão
Medição de Tensão
UTILIZADA EM OSCILOSCÓPIOS OU
MULTÍMETROS
Medição de Tensão e Corrente
• Pode ser 1X, 10X, 20X, 50X,
100X, 1000X
Medição de Tensão e Corrente e Multímetros
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Disciplina ELE505 - Medidas
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C. TP – Transformador de Potencial
Medição de Tensão
Transformador convencional com saída
(secundário) padronizada em V2=115V.
O circuito primário de um TP é inserido
entre os terminais da rede de alimentação
de uma instalação ou equipamento onde
se deseja medições.
O circuito secundário alimenta as bobinas
de corrente dos aparelhos destinados para
tal fim.
Medição de Tensão e Corrente
Terminais de entrada
Terminais de saída
𝑽𝟏
𝑽𝟐=
𝑵𝟏
𝑵𝟐
V1 – Tensão no primário
V2 – Tensão no secundário
N1 – Número de espiras
N2 – Número de espiras
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D. Sensores de Tensão por Efeito Hall
Medição de Tensão
Note-se que a sua grande vantagem é a capacidade de medir tanto tensão contínua como
alternada em um único instrumento.
A faixa de operação desse componente é de 10 a 500[V]. Para realizar a medida, é preciso
alimentá-lo com tensões de ±12[V] ou ±15[V].
Trata-se de um medidor com boa linearidade, ótima imunidade contra ruídos, possui uma
grande largura de banda e ótima precisão.
Medição de Tensão e Corrente
Medição de Tensão e Corrente e Multímetros
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D. Sensores de Tensão por Efeito Hall
Medição de Tensão
Medição de Tensão e Corrente
A precisão ótima do transdutor é
obtida pela corrente primária
nominal (10 [mA]). Dessa forma R1
deve ser calculado de modo que, a
diferença de potencial entre +HT e
–HT gere uma corrente igual à
nominal.
Adotando como 220 [V] o valor da tensão nominal, tem-se:
𝐼 = 𝑉
𝑅 𝑅 =
220 [𝑉]
𝟏𝟎𝒎 [𝐴] R1 = 22KΩ
Já RM deve ser calculado analisando o valor desejado para a saída.
Quando em seu funcionamento nominal, a saída apresenta uma corrente
de 25 [mA].
Adotando o valor máximo da tensão no secundário como 10 [V] para a
tensão nominal na entrada, tem-se:
𝐼 = 𝑉
𝑅 𝑅𝑀 =
10,0 [𝑉]
25𝒎 [𝐴] RM = 400Ω
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D. Sensores de Tensão por Efeito Hall
Medição de Tensão
Medição de Tensão e Corrente
Testes com o sensor LV25-P
1-) Inserção de um sinal oriundo da
rede (110 [V]).
2-) Inserção de um sinal com 60Hz, adicionado
a sinais de 120Hz, 180Hz e 300Hz.
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• Voltímetros CC e CA, com ou sem aumento da faixa de medição;
• Ponta de Prova ou Ponteira de Tensão;
• Transformador de Potencial - TP;
• Sensores de Tensão por Efeito Hall.
Medição de Tensão
Medição de Tensão e Corrente
Resumindo...
Medição de Tensão e Corrente e Multímetros
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• Existem amperímetros para medições em corrente contínua e alternada.
• Devem ser ligados em série no circuito cuja corrente se quer medir.
Medição de Corrente – A. Amperímetro
Idealmente, resistência do amperímetro seria igual a zero.
G
Rm
S
I
Im
shunts
Amperímetro construído a partir de um
galvanômetro G, de resistência interna Rm.
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• Em CA, não é necessário preocupar-se com a sua polaridade, isto é,
qualquer um dos seus terminais pode ser conectado à fonte ou à carga.
• Em CC é necessário se ater ao sentido da corrente se o amperímetro for de
bobina móvel. Entrada de corrente: pólo positivo (+), normalmente indicado
pela cor vermelha) e Saída de corrente: pólo negativo (-), normalmente
indicado pela cor preta).
Medição de Tensão e Corrente
Medição de Corrente – A. Amperímetro
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Aumento de Faixa de medição Com Resistência em Paralelo com o
Amperímetro
Medição de Corrente
UTILIZAÇÃO DO SHUNT OU DERIVADOR: Resistor inserido em paralelo com o
amperímetro.
Caso o amperímetro deva ser utilizado para uma faixa de medição n vezes
superior a existente (fator de amplificação n), então uma parte da corrente
passará pelo amperímetro e (n-1) partes deverão passar pelo shunt.
1 -=
n
RR
i
s
• Exemplo 1:
Qual deve ser o valor de
uma resistência shunt para
ampliar o fundo de escala
de amperímetro, cuja
resistência interna é de
1,8Ω, de 1A para 10A ?
Medição de Tensão e Corrente
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Aumento de Faixa de medição Com Resistência em Paralelo com o
Amperímetro
Medição de Corrente
UTILIZAÇÃO DO SHUNT OU DERIVADOR: Resistor inserido em paralelo com o
amperímetro.
1 -=
n
RR
i
s
• Exemplo 2: Sabendo-se que o range de um amperímetro é de 0-100mA e sua resistência
interna de 2,7Ω; pergunta-se: Ao inserir uma resistência "shunt" de 0,3Ω; qual será a nova
faixa de medição?
Medição de Tensão e Corrente
• Exemplo 3: Considerando-se o sistema de medição do exemplo anterior, com range do
amperímetro é de 0-100mA e resistência interna de 2,7Ω, pergunta-se: qual o valor da
corrente I quando o amperímetro indica IA=95 mA?
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B. Shunt Resistivo
Medição de Corrente
Empregado para medições de correntes
elevadas
• Exercício:
Qual é o valor da corrente em circuito, se nos
terminais de um shunt resistivo de 100A / 30mV
obteve-se 18mV medidos com um milivoltímetro?
Ao circular por ele a corrente que se quer medir, pela
lei de Ohm, resultará uma tensão em seus terminais.
As tensões de saída nominais, geralmente, se
encontram na faixa de 30 a 300 mV.
Os shunts possuem uma queda de tensão
padronizada para uma determinada corrente
(exemplo: 200Ac.c./60mVc.c.), permitindo que o sinal
de medição (60mVc.c., 150mVc.c. ou 300mVc.c.) seja
levado a um transdutor analógico, indicador
analógico ou indicador digital.
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C. TC – Transformador de Corrente
Medição de Corrente
O circuito primário de um TC é ligado em
série com a alimentação de uma instalação
ou equipamento onde se deseja medições.
O circuito secundário alimenta as bobinas
de corrente dos aparelhos destinados para
tal fim, ou seja, medição de corrente.
Transformador convencional com saída
(secundário) padronizada em I2=5A.
Medição de Tensão e Corrente
𝑰𝟏
𝑰𝟐=
𝑵𝟐
𝑵𝟏
I1 – Corrente no primário
I2 – Corrente no secundário
N1 – Número de espiras
N2 – Número de espiras
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Sensores de Corrente por Efeito Hall
Medição de Corrente
São dispositivos semicondutores que geram um
sinal de corrente quando são inseridos em um
campo magnético e uma tensão é aplicada a eles.
A corrente de saída desses sensores é
proporcional à densidade de fluxo do campo
magnético.
Por outro lado, sabe-se que corrente circulando
em um condutor produz um campo magnético e,
sendo assim, é possível medi-la empregando
esse tipo de sensor.
Note-se que a sua grande vantagem é a
capacidade de medir tanto corrente contínua
como alternada em um único instrumento.
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Sensores de Corrente por Efeito Hall
Medição de Corrente
Medição de Tensão e Corrente
Modelo LEM LTS15-NP
. Necessita ser alimentado com tensão de 5 [V] e identificam valores
de 0 a 15 [A].
. Como resposta de saída, é atribuído um valor de tensão
proporcional.
Modelos LA 100-P (100A) e LA 55-P (55A) – tipo janela
. Necessita ser alimentado com tensão de 5 [V] e medem
valores de até 100[A] e 55 [A], respectivamente.
. Não existe resistência conectada ao primário;
. O valor de corrente do secundário é o mesmo para os dois
casos – 50mA. 𝐼 =
𝑉
𝑅 𝑅 =
𝟏𝟎 [𝑉]
0,0𝟓 [𝐴] R𝑴 = 2𝟎𝟎Ω
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Sensores de Corrente por Efeito Hall
Medição de Corrente
Medição de Tensão e Corrente
Testes com o sensor LTS-15 NP
1-) Corrente com sinal de 120Hz
somado ao sinal de corrente de 60Hz:
2-) Corrente com sinal de 180Hz e 120Hz
somado ao sinal de corrente de 60Hz
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E. Amperímetro Alicate
Medição de Corrente
TC com núcleo magnético separável ou basculante
(garras), para facilitar o enlaçamento do condutor
(primário) por onde circula a corrente que se quer
medir. No secundário, tem-se um amperímetro
conectado internamente, cuja indicação é proporcional
à corrente do primário.
Naturalmente, só são possíveis medições de correntes
alternadas para que o fluxo produzido também o seja e
induza tensões (igualmente alternadas) no secundário.
Se for medida as três correntes simultaneamente em
um sistema equilibrado, a leitura será nula.
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E. Amperímetro Alicate
Medição de Corrente
Um segundo tipo de amperímetro alicate é
aquele que emprega um sensor com base
no efeito Hall.
Naturalmente, ele é muito mais versátil que
o anterior, pois permite a medição de
corrente tanto contínua, quanto alternada.
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F. Pinças Amperímetras
Medição de Corrente
Estas pinças ao invés de incorporar um amperímetro
conectado internamente, disponibilizam uma saída em
tensão (proporcional ao valor da corrente), que pode
ser ligada a um voltímetro ou a um osciloscópio, por
exemplo.
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G. Bobina de Rogowski
Medição de Corrente
Medição de Tensão e Corrente
A Bobina de Rogowski é um dispositivo
eletrônico para medição de corrente
alternada (AC);
Mede a corrente elétrica independentemente
da geometria do condutor;
É constituída de um toróide com
enrolamento uniformemente distribuído em
um núcleo de material não magnético;
Seu princípio de funcionamento está
fundamentado na Lei de Ampère, e na Lei da
Indução de Faraday-Lenz;
Fornece um sinal de saída em tensão.
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Bobina de Rogowski
Medição de Corrente
Medição de Tensão e Corrente
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• Amperímetros CC e CA com ou sem aumento da faixa de medição;
• Shunt Resistivo;
• Transformador de Corrente – TC;
• Sensores de Corrente por Efeito Hall;
• Amperímetro Alicate CC e CA;
• Pinças Amperimétricas;
• Bobina de Rogowski.
Medição de Corrente
Medição de Tensão e Corrente
Resumindo...
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• São essencialmente eletromecânicos, utilizando um
ponteiro para representar o valor da grandeza medida
em uma escala.
• O princípio de funcionamento desses instrumentos é
baseado na atuação de um galvanômetro de quadro
móvel, o qual exige para o seu funcionamento, a
passagem de corrente por uma bobina.
Medidas com Multímetros Analógicos e Digitais
Multímetros Analógicos
Medição de Tensão e Corrente e Multímetros
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• Para efetuar uma medição com o
multímetro deve-se, primeiramente,
conectar-se as pontas de prova no aparelho
de medição (convencionalmente, vermelha
no terminal positivo e preta no negativo).
Multímetros Analógicos
A leitura deve ser realizada sempre de
frente e a 90º do mostrador, para reduzir os
erros devido à paralaxe. Cada leitura deve
ser realizada levando-se em conta a
grandeza e a escala selecionada.
Multímetros
Medição de Tensão e Corrente e Multímetros
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1. Voltímetro - tensão alternada.
Escalas de 1,5 V-500 V;
2. Voltímetro - tensão contínua.
Escalas de 0,15 V-1000 V;
3. Amperímetro - corrente alternada.
Escalas de 0,5 mA-5 A;
4. Amperímetro – corrente contínua.
Escalas de 0,5 mA-5 A;
5. Ohmímetro -
Escalas de 1-1000 Ω.
Multímetros Analógicos
Multímetros
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Medição de Tensão
Multímetros Analógicos
As medições de tensão sempre são efetuadas com as pontas de prova em
paralelo com as partes do circuito que se deseja medir.
Resistor
Multiplicador
Multímetros
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Medição de Corrente
Multímetros Analógicos
A medição de corrente sempre deve ser realizada com as pontas de prova em
série com o circuito, de modo que a corrente que circule pelo multímetro seja a
mesma do circuito.
O valor lido é a queda de tensão em cima de uma
resistência de valor muito baixo que está disposta
internamente no circuito do multímetro (comumente
chamada de resistência ou resistor shunt).
Essa tensão é proporcional à corrente que circula
pela resistência e, assim, a escala de corrente é
ajustada de forma a mostrar o valor de corrente
correspondente à queda tensão.
Multímetros
Medição de Tensão e Corrente e Multímetros
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Medição de Corrente
Multímetros Analógicos
Medição utilizando multímetros alicates, sem ter que abrir o circuito.
Multímetros
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Medição de Resistência
Multímetros Analógicos
Conexão em paralelo – Resistência a ser medida deve estar isolada do circuito.
Multímetros
Medição de Tensão e Corrente e Multímetros
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Tipos ou modelos
Multímetros Digitais – Leituras exibidas em um display
Multímetro digital com chave seletora Multímetro digital com teclas de pressão
Multímetros
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Tipos ou modelos
Multímetros Digitais – Leituras exibidas em um display
Multímetro digital com auto range Multímetro digital com identificador
automático da grandeza
Multímetros
Medição de Tensão e Corrente e Multímetros
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Tipos ou modelos
Multímetros Digitais – Leituras exibidas em um display
Multímetro digital com indicador de
forma de onda Multímetro digital de bancada
Multímetros
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• Fornecem a leitura em forma de dígitos;
• Basicamente, pode ser considerado um conversor analógico digital conectado a um
pequeno circuito de seleção e tratamento;
• Apresenta display e sua resolução é função do número de dígitos, onde o último á
direita representa a menor variação lida por este instrumento.
DÍGITOS CONTAGENS TOTAL
3 ½ 0 a 1999 2.000
3 ¾ 0 a 3999 4.000
4 ½ 0 a 19999 20.000
4 ¾ 0 a 39999 40.000
4 4/5 0 a 49999 50.000
Calibre 2V, 3 ½ dígitos:
Visor indicará 1,999V
Calibre 2V, 4 ½ dígitos:
Visor indicará 1,9999V
Calibre 20mA, 4 ½ dígitos:
Visor indicará 19,999mA
Multímetros Digitais – Leituras exibidas em um display
Multímetros
Quanto aos Dígitos
Medição de Tensão e Corrente e Multímetros
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Multímetros Digitais – Leituras exibidas em um display
Multímetro digital
de 3½ dígitos
• 1/2 dígito – limitado apenas ao
valor 1;
• dígito inteiro, pode assumir
valores entre 0 e 9 (número 2);
• dígito inteiro, pode assumir
valores entre 0 e 9 (número 3);
• dígito inteiro, pode assumir
valores entre 0 e 9 (número 4).
A medida de corrente é
de 1,234 mA
• Pilha;
• Desligamento automático;
• Display exibe o número 1.
Multímetros
Quanto aos Dígitos
Medição de Tensão e Corrente e Multímetros
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Multímetros Digitais – Leituras exibidas em um display
Mult. digital de 4½ dígitos
Multímetros
Quanto aos Dígitos
Multímetro digital de 6½ dígitos
Mult. digital de 3¾ dígitos Multímetro digital de 5 4/5 dígitos
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Medições com o Multímetro Digital – mesma
forma de medir que o analógico
Multímetros Digitais – Leituras exibidas em um display
Medição de tensão Medição de
corrente
Multímetro digital com
garras conectadas aos
terminais através de
adaptadores aplicado à
medição de corrente
Multímetros
Medição de Tensão e Corrente e Multímetros
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Teste de diodos
Multímetros Digitais – Leituras exibidas em um display
• Em alguns multímetros, a chave seletora pode
apresentar mais de uma função.
• O círculo vermelho destaca que o ponto escolhido
habilita o multímetro tanto para o teste de
continuidade, quanto para o de diodos.
• A escolha entre ambos, nesse aparelho, se faz
pressionando-se o botão seletor de função
(destacado com o círculo amarelo).
• Diodo está conduzindo, ou seja, está se aplicando
uma tensão positiva ao seu anodo e uma negativa ao
seu cátodo. Ao polarizá-lo reversamente, entretanto,
ocorrerá o bloqueio (não conduzirá).
• Caso a polarização fosse inversa ou se o diodo
estivesse aberto (junção rompida), o mostrador
indicaria a não continuidade.
• Se, eventualmente, estivesse curto-circuitado, a
indicação seria nula.
Multímetros
Medição de Tensão e Corrente e Multímetros
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Medição de Capacitância
Multímetros Digitais – Leituras exibidas em um display
• Deve-se atentar para que o capacitor sempre esteja
descarregado antes de se efetuar quaisquer
medições.
• A descarga pode ser realizada através de um curto-
circuito em seus terminais.
Multímetros
Medição de Tensão e Corrente e Multímetros
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Medição de Ganho de Transistores
Multímetros Digitais – Leituras exibidas em um display
• Alguns multímetros digitais apresentam escalas
para medição de ganho de transistores.
• Neste caso, em geral, eles possuem conectores
específicos para isso (círculo vermelho).
• A chave seletora deve ser colocada no ponto
identificado por, geralmente, hFE.
Multímetros
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Medição de Corrente
Multímetros Digitais
• O multímetro deve ser conectado em série no
circuito elétrico.
• Para tanto, coloque a chave seletora na escala
mais próxima acima da corrente a ser medida.
• Para isto é necessário saber qual a corrente que
passa pelo circuito.
• Interrompa uma parte do circuito.
Multímetros
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Obrigado pela atenção !!
FIM