B.8 – MEDIDAS DE TENSÕES E CORRENTES .
B.8.1 – Nomenclatura e disposições técnicas em instrumentação e medições. A ABNT (1) .
• Para estar lendo esta parte das instruções você já deve estar executando a Segunda experiência. Considera-se que já
possui alguma intimidade com o instrumento que manuseou .
• Na primeira experiência não foram citados termos técnicos rigorosos, e foi adotada uma metodologia quase que intuitiva e com um linguajar informal, para não sobrecarregar o aluno .
• Nesta Segunda experiência CONTINUAREMOS COM A MESMA POLÍTICA, porém, em obediência a ABNT,
introduziremos uns poucos termos técnicos, e acredite que será o mínimo necessário, da NBR 5456 (2) ,
NBR 6509 (3) e NBR 5180 (4) .
• Sempre que o termo existir na ABNT, e quando necessário, o mesmo aparecerá em negrito sublinhado e colocaremos uma nota de rodapé com a sua identificação e significado. Observe como já adotamos esta metodologia NESSA PÁGINA quando citamos pela 1ª vez a NBR 5456 , NBR 6509 e NBR 5180 .
• Procure sempre que possível usar os termos da ABNT em suas explanações pois, futuramente, em sua profissão isso
terá caracter obrigatório .
• O multímetro eletrônico genérico ( VOM com amplificador ) indicado na pag. B.6 também tem uma bateria. Por
ser “ mais sensível ” , um dos modelos disponíveis no laboratório usa somente uma bateria de 1,5 Volts no bloco de
FUNÇÕES conforme o diagrama a baixo ( veja o esquema
elétrico completo, à pag. B.7 ).
• PORTANTO quando pensar em medir resistores em circuitos elétricos:
x 1k
x 100
x 10
4 kΩ
390 Ω
37,5 Ω
x1
2,7 kΩ
5,7 kΩ
570 Ω
bloco miliamperímetro
57 Ω
5,7 Ω
0,62 Ω
D1
0,6 A
2 kΩ
µA
2,6 kΩ
25 µA
-, COM
B.8.2.a - Nunca utilize a função OHMS de um instrumento de medição (6)`tipo
multímetro quando o mesmo estiver conectado a um circuito que possua
qualquer manifestação de energia elétrica .
B.8.2.b - Caso o seu circuito possua fontes de energia ativas, tais como geradores
ou baterias, você terá que desligá-los e, por uma questão de segurança,
desconectá-los do circuito.
B.8.2.c - Caso o seu circuito possua parâmetros que armazenem energia, tais como
INDUTÂNCIAS e, ou CAPACITÂNCIAS você terá que retirar-lhes a
energia, isto é, descarregá-los (7) .
Ajusta zero ohms
BATERIA
1,5 Volts
OHMS
DCDC+
AC
OFF
2
1
D2
2 kΩ
• O VOM que você está utilizando possui internamente duas
baterias de 1,5 Volts, conforme o esquema ao lado ( veja o
esquema elétrico completo do multímetro à pag. B.6 ) .
44 kΩ
bloco divisor
de tensão
• Os multímetros (5) , em sua esmagadora maioria, quando
na função ohms possuem a sua própria fonte de energia
conforme item B-1 à pag. B.2 , geralmente uma pequena
bateria, responsável pelo seu adequado desempenho.
BATERIA ESQUEMA DO MULTÍMETRO
2x 1,5 V MINIPA ET-304 NA FUNÇÃO
OHMS
20 kΩ
• Muito embora, nesse momento, estejamos tratando de
medições de tensões e correntes, são importantes e oportunas as observações seguintes:
+, V, A, Ω
bloco função
B.8.2 – Últimas observações sobre a função OHMS .
FUNÇÃO
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas - Fundada em 1940, é o órgão responsável pela normalização
técnica no país, fornecendo a base necessária ao desenvolvimento tecnológico brasileiro. É uma entidade privada,
sem fins lucrativos, reconhecida como Fórum Nacional de Normalização -ÚNICO - através da Resolução n° 07 do
CONMETRO, de 24.08.1992 . Está situada no SINMETRO sob orientação direta do CNN – Comitê Nacional de
Normalização ou deste por meio do INMETRO – Instituto Nacional de Metrologia , fazendo parte do SBN – Sistema
Brasileiro de Normalização ( ver apostilha de Medidas Elétricas e Magnética – 6º período )
2
NBR5 456 – ELETRICIDADE GERAL – Terminologia .
3
NBR 6509 – ELETROTÉCNICA E ELETRÔNICA – INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO (6) – Terminologia.
4
NBR 5180 – INSTRUMENTOS ELÉTRICOS INDICADORES – Especificação .
5
NBR 6590 – 4.5.13 – MULTÍMETRO .
Instrumento que, mediante comutação dos circuitos internos e das escalas (13) pode ser utilizado para medir diversas grandezas .
6
NBR 6509 – 4.1.1 – INSTRUMENTO DE MEDIÇÃO
Dispositivo destinado a detectar ou medir uma grandeza, ou fornecer uma grandeza para fins de medição.
7
As indutâncias normalmente descarregam-se sem que haja necessidade de sua intervenção. Sua preocupação deve ser
exclusivamente com as capacitâncias pois essas, normalmente, não conseguem se descarregar sem auxilio externo.
UERJ – 2002 – 1º SEMESTRE – ELETRICIDADE II – APÊNDICE B – INSTRUMENTAÇÃO
pag. B.8
Indutância, capacitância ( ver nota de rodapé 6)
GJ
Fonte CC
B.8.2.e - Siga a seqüência, 1, 2, 3 indicada na figura ao lado.
B.8.3 – MEDIÇÃO (8) de tensões e correntes.
Métodos adequados. Instrumentos e seu emprego.
B.8.4.b - O aparelho deve ser ajustado para receber a quantidade adequada, pois se
receber energia ( potência ) a menos fornecerá valores imprecisos e, ou
inexatos ( ver item B.8.8 à pag. B.15 ) e se receber energia ( potência ) em
excesso possivelmente sofrerá danos.
Obs.1 Observe uma diferença com relação a primeira experiência, isto é, na função Ohms foi o aparelho quem forneceu energia ao circuito ( ver item B.1 à
pag. B-2 e B.8.2 à pag. B-8 ) e nas próximas experiências o aparelho receberá energia do circuito.
Obs.2 Funcionalmente ( além da ausência da bateria explicada acima ) o esquema
ao lado do VOM na função CC difere do esquema na função OHMS no
bloco do miliamperímetro pela ausência do resistor variável ( potenciômetro ) que permite o ajuste de 0 ( zero ) ohms.
B.8.5 – Voltímetros: posição no circuito, conseqüências para o circuito .
I
µA
circuito equivalente
de um voltímetro
Z
um bom voltímetro, quando comparado
com o circuito, deve ocasionar o menor
I , isto é, deve possuir o maior |Z| possível
Em CC Z≡R
Em CA |Z|≡|R+jX|
8
Ao extrair ou receber uma pequena amostra
da energia existente no circuito elétrico,
voltímetros e amperímetros são cargas e,
portanto, os fabricantes sempre procuram
fazê-los de modo a perturbarem o mínimo
possível o circuito em que venham a ser
conectados.
Os voltímetros são conectados
de modo a sentirem a ddp entre dois nós,
ficando portanto, em paralelo com qualquer
coisa que esteja ligada entre esses dois nós
onde desejamos medir o potencial, e são
feitos com a maior impedância (9) possível
para não “ roubarem “ muita energia, pois,
por exemplo, para um voltímetro na função
CC onde Z = R , P = V2 / R e para P ser o
menor possível, para qualquer V, R necessita ser o maior possível.
ESQUEMA DO MULTÍMETRO
MINIPA ET-304 NA FUNÇÃO
VOLTS CC
DC 1kV
21,4 MΩ
+, V, A, Ω
4,6 kΩ
21,4 kΩ
43 kΩ
214 kΩ
1,14 MΩ
5,7 MΩ
-, COM
0,25
1
2,5
10
50
bloco miliamperímetro
B.8.4.a - O aparelho de medição quando na função Volts ou Ampères é uma carga
pois extrai ( recebe ) uma pequena amostra da energia existente no circuito elétrico.
circuito
em exame
•
Réguas de
terminais 1 - desligue o gerador
2 - desconecte o gerador
3 - descarregue os parâmetros
(geralmente só os capacitivos
B.8.4 – Princípios de funcionamento de voltímetros e amperímetros:
ligação de voltímetro a um circuito
..
:::: ::::
Resistores do divisor de tensão
N
ON
OFF
Chave para ajuste
de alcance
( fundo de escala )
• Nas próximas experiências mediremos grandezas elétricas diferentes daquelas que tratamos na 1ª . A forma de
fazê-lo também é diferente. Compare o que será, e como
será feito com aquilo que realizou na primeira experiência: fique atento.
VOM na
Função OHMS
:::: ::::
...
Valores de tensão de fundo de escala
B.8.2.d - Agindo dessa forma você está evitando a hipótese
do circuito, estando energizado, forçar para dentro
do multímetro uma quantidade de energia maior que
o mesmo poderá manipular e que possivelmente
ocasionará danos aos mesmos.
250 & UP
D2
D1
2 kΩ
µA
2,6 kΩ
25 µA
0,6 A
NBR 6509 – 5.2.1 – MEDIÇÃO
Determinação do valor de uma grandeza, mediante o emprego de instrumentos e métodos adequados.
9
NBR 5456 – 6.1.22 – Impedância (complexa) – Grandeza complexa cujo módulo é o módulo da impedância, e cujo
ângulo é igual ao ângulo de fase da tensão, menos o ângulo de fase da corrente.
IMPEDÂNCIA: entenda a palavra impedância, nessa fase de seus estudos, como uma maneira algébrica prática de
representar-se simultaneamente os efeitos resistivos, indutivos e capacitivos dos parâmetros elétricos em circuitos com
tensões e correntes senoidais . Um conceito mais detalhado de impedância será desenvolvido posteriormente quando
estudar Tensões e Correntes Senoidais .
UERJ – 2002 – 1º SEMESTRE – ELETRICIDADE II – APÊNDICE B – INSTRUMENTAÇÃO
pag. B.9
B.8.6 - O multímetro na função volts CC .
B.8.6.a - O VOM usado, na função Volts CC ( VDC ) tem impedâncias diferentes
conforme os ajustes que forem feitos. No alcance de ( até ) 1 kV todos os resistores do divisor de tensão serão usados, totalizando 28,523 MΩ enquanto
que no alcance de ( até ) 0,25 Volts somente a resistência de 4,6 kΩ será utilizada. A essas impedâncias devemos adicionar a impedância resultante do
conjunto que está associado ao miliamperímetro ( D1 , D2, o potenciômetro
de aferição de 2kΩ, e R interno do µA = 2,6 kΩ ) , que eqüivalem a aproximadamente a 2,67 kΩ . Os demais valores estão indicados no quadro ao
lado.
Circuito equivalente do VOM
Na função Volts CC ( VDC )
R resultante do divisor de tensão
para diversos ajustes ( alcances )
B.8.6.b - O multímetro eletrônico genérico ( VOM com amplificador ) indicado na
pag. B.6 , possui um comportamento diferente. Multímetros desse tipo
costumam ter sua impedância praticamente constante ao longo de toda a faixa de alcances. Um dos modelos disponível no laboratório, possui uma impedância de 11 MΩ em qualquer alcance ( que vai de 1,5 Volts a 1500
Volts ) , isto é, o circuito que está sendo testado o verá sempre como uma resistência de 11 MΩ em paralelo, qualquer que seja o alcance utilizado. Consultando a tabela ao lado podemos verificar que o multímetro eletrônico é
mais sensível ( possui impedância interna maior ) que o VOM até o alcance de
250 Volts, somente sendo superado ( é menos sensível ) no alcance de 1kVolt.
8,67 kΩ
R equivalente do comjunto do miliamperímetro
µA
Miliamperímetro ideal ( R=0 )
190 kΩ
950 kΩ
1,9 MΩ
µA
2,5
10
25
100
250
D3
1000
D4
-, COM
2 kΩ
D2
D1
µA
2,6 kΩ
25 µA
0,6 A
circuito equivalente de
um voltímetro em CA
circuito
em exame
circuito equivalente de um
voltímetro eletrônico para
qualquer alcance em
CC
CA
Z
C
I
µA
60 pF
1 MΩ
11 MΩ
B.8.7.d - Quando medimos tensões alternadas a capacitância dos cabos, além da capacitância existente entre os diversos dispositivos internos ao
voltímetro, devem ser avaliadas, pois ficarão
em paralelo com todo o sistema de medida.
95 kΩ
9,5 MΩ
6.8.7.b - Também o multímetro eletrônico ( VOM com amplificador indicado na
pag. B.6 ) , possui um comportamento diferente em CA . Da mesma forma
que em CC multímetros desse tipo costumam ter sua impedância praticamente constante ao longo de todas a faixa de alcances. O mesmo modelo
citado acima, disponível no laboratório, possui uma impedância composta
de uma resistência de 1 MΩ em paralelo com uma capacitância C = 60 pF ,
em qualquer alcance ( que também vai de 1,5 Volts a 1500 Volts ) , isto é, o
circuito que está sendo testado o verá sempre como uma resistência de
1 MΩ em paralelo com XC ( que dependerá da freqüência ) qualquer que
seja o alcance utilizado ( figura ao lado ). Consultando a tabela acima podemos verificar que o multímetro eletrônico é mais sensível ( possui impedância interna maior ) que o VOM até o alcance de 25 Volts, sendo superado ( é menos sensível ) nos alcances de 100 Volts, 250 Volts e 1kVolt.
Mas enquanto o VOM foi projetado para operar somente em freqüências
industriais ( 50 Hz ou 60 Hz ) o multímetro eletrônico ( conforme o
manual do fabricante ) pode fazer medições em freqüências até 100 kHz .
B.8.7.c - Nas medições de tensões CA, subtende-se
que a forma de onda seja sempre senoidal, caso
contrário as medidas fornecidas por esses aparelhos não terão significado.
23 kΩ
bloco função da função CA
1 kV=> 12,658 MΩ
250 V=> 3,158 MΩ
100 V=> 1,258 MΩ
25 V=> 0,308 MΩ
10 V=> 0,118 kΩ
2,5 V=> 23,000 kΩ
+, V, A, Ω
bloco miliamperímetro
R resultante do divisor de tensão
para diversos ajustes ( alcances )
ESQUEMA DO MULTÍMETRO
MINIPA ET-304 NA FUNÇÃO
VOLTS CA
Valores de tensão de fundo
de escala ( alcance )
Circuito equivalente do VOM
Na função Volts CA ( VAC )
µA
Miliamperímetro ideal ( R=0 )
Chave para ajuste
de alcance
( fundo de escala )
B.8.7.a - Da mesma forma que na função Volts
CC, o VOM quando usado, na função
Volts CA ( VAC ) tem impedâncias diferentes conforme os ajustes que forem feitos. No alcance de ( até ) 1 kV todos os
resistores do divisor de tensão serão usados, totalizando 12,658 MΩ enquanto que
no alcance de ( até ) 2,5 Volts somente a
resistência de 23 kΩ será utilizada. A essas impedâncias devemos adicionar a impedância resultante do conjunto que está
associado ao miliamperímetro ( D1 , D2, o
potenciômetro de aferição de 2kΩ, R interno do µA = 2,6 kΩ ) , além dos diodos
D3 e D4 que na função CA são usados na
retificação da senóide e eqüivalem a aproximadamente 8,67 kΩ . Os demais valores estão no quadro ao lado.
2,67 kΩ
R equivalente do comjunto do miliamperímetro
Resistores do divisor de tensão
B.8.7 - O multímetro na função volts CA .
1 kV=> 28,253 MΩ
250 V=> 7,123 MΩ
50 V=> 1,423 MΩ
10 V=> 0,283 MΩ
2,5 V=> 69,000 kΩ
1 V=> 23,000 kΩ
0,25 V=> 4,600 kΩ
µA
B.8.7.e - O VOM que utilizamos é indicado para medições CA , em freqüências industriais, 50 ou 60 Hz. A reatância de C
indicado na figura ao lado é muito alta ( XC ≈ ∞ ) e seu efeito é desprezível .
Efeito da capacitância dos cabos nas
medições em CA
UERJ – 2002 – 1º SEMESTRE – ELETRICIDADE II – APÊNDICE B – INSTRUMENTAÇÃO
pag. B.10
B.8.7.f - Observe como ambos os multímetros possuem em CC impedâncias maiores ( 4,6 kΩ a 28,253 MΩ e 11 MΩ
respectivamente ) que em CA ( 23 kΩ a 12,658 MΩ e 1 MΩ respectivamente ) , isto é são mais sensíveis
( possuem impedância maior ou exigem menos energia, ou potência, do circuito ) para medições em CC .
ligação de amperímetro a um circuito
B.8.8 - Amperímetros: posição no circuito: conseqüências para o circuito.
V
• Para conseguir os diversos ajustes ( alcances ) os fabricantes usam o conceito de divisor de corrente onde “ as correntes em um circuito paralelo
dividem-se inversamente proporcionais às impedâncias de cada braço do
paralelo ”.
As impedâncias colocadas em paralelo com o Amperímetro
para aumentar o alcance da medida têm o nome particular de “ impedâncias SHUNTS ”
Ramo de circuito aberto
para medição de corrente
um bom amperímetro, quando comparado com
o circuito, deve ocasionar a menor diferença
de potencial V entre os pontos onde é inserido,
isto é, deve possuir o menor |Z| possível
Em CC Z≡R
Em CA |Z|≡|R+jX|
B.8.9 - O multímetro na função ampères CC
• O VOM usado, na função ampères CC ( DCA ) tem impedâncias diferentes conforme os ajustes que forem feitos.
No alcance de ( até ) 6 A um único resistor ( R26 ) (10) estará em paralelo com um circuito série formado por R=6,8
kΩ + R≈4,7/2 kΩ + o bloco do miliamperímetro ( R≈2,67
kΩ ). No alcance de ( até ) 0,5 A um único resistor ( do
divisor de corrente ) de 0,62 Ω estará em paralelo com um
circuito série formado por R=9,0 kΩ ( os outros resistores
do divisor de corrente ) + o bloco do miliamperímetro.
No alcance de ( até ) 50 µA um total de 6,3 kΩ ( todos os
resistores do divisor de corrente, exceto o de 2,7 kΩ ) estará em paralelo com um circuito série formado por este
mesmo resistor e o bloco do miliamperímetro. Lembrar
que a impedância resultante do bloco do miliamperímetro
resulta da presença de D1 , D2, o potenciômetro de aferição de 2kΩ, e R interno do µA = 2,6 kΩ , que eqüivalem a
aproximadamente a 2,67 kΩ . O motivo pelo qual o projetista colocou alguns dos resistores do divisor de corrente
em série com o bloco do amperímetro fogem um pouco do
programa e por isso não serão apresentados.
•
ESQUEMA DO MULTÍMETRO
MINIPA ET-304 NA FUNÇÃO
AMPERES
+, V, A, Ω
2,7 kΩ
50 µA
5,7 kΩ
5 mA
570 Ω
50 mA
57 Ω
0,5 A
5,7 Ω
DC 6A
R26??Ω
SHUNT
0,6 A
0,62 Ω
-, COM
4,7 KΩ
I1
I
= 2
1
1
Z1
Z2
Z2
µA
Z
bloco miliamperímetro
D2
6,8 KΩ
I2
Z1
I
bloco divisor de corrente
Ι
I1
• Os amperímetros são conectados de modo a receberem toda a corrente de um braço de circuito que une
dois nós, ficando portanto, em série com qualquer coisa
que esteja nesse braço onde desejamos medir a corrente,
e são feitos com a menor impedância possível para não
“ roubarem ” muita energia, pois, por exemplo, para um
amperímetro na função CC onde Z = R , P = I2 R e para
P ser o menor possível, para qualquer I, R necessita ser
o menor possível.
circuito
em exame
Divisor de corrente
D1
2 kΩ
µA
2,6 kΩ
25 µA
O multímetro eletrônico na medição de correntes é implementado de uma forma peculiar. Normalmente uma única
“ impedância SHUNT ” é utilizada, e o multímetro mede a ddp nesse de “ SHUNT ”, e então, da mesma forma que
nas medições de tensões costumam ter sua impedância praticamente constante ao longo de toda a faixa de alcances.
B.8.10 - O multímetro na função ampères -CA
•
Não faremos esse tipo de medição, diretamente, nesse período.
Ver experiência nº 5 .
B.9 – RISCOS, CAUTELAS E ALGUMAS PARTICULARIDADES :
B.9.1 – Não sobrecarregue o instrumento.
•
Sempre que for usar um voltímetro ou um amperímetro e antes de conectá-lo ao circuito, verifique se o mesmo está
ajustado (11) para uma faixa ( alcance ) superior ao da maior tensão ou corrente que possam ser encontrados em
qualquer parte do circuito em estudo. Caso não saiba qual será a maior tensão ou corrente possíveis de ocorrer no
seu circuito ( e você ainda não tem conhecimentos teóricos para isso, e somente, no futuro, os que se dedicarem à
engenharia elétrica poderão fazer uma análise mais exata do fato ) coloque no maior alcance possível.
•
Se o voltímetro ou amperímetro estiver ajustado (11) para uma faixa ( alcance ) inferior, a energia ( potência ) que
receberá do circuito ao qual for conectado será maior que a permitida pelo ajuste feito e o mesmo poderá ser
danificado pois não está em condições de a manipular com segurança.
10
O fabricante não informa o valor de R26, porém você já tem condições de fazer uma estimativa de seu valor, com
base nas informações que seguem no parágrafo.
11
NBR 6509 – 5.9.2 – AJUSTE
Conjunto de operações especificadas pelo fabricante, que devem ser feitas antes de se utilizar um instrumento (5)
UERJ – 2002 – 1º SEMESTRE – ELETRICIDADE II – APÊNDICE B – INSTRUMENTAÇÃO
pag. B.11
N
N
Considera-se que nesse período todos os alunos ( não há exceções ) não tem conhecimentos teóricos e práticos suficientes e deverão iniciar qualquer medida, de tensão ou corrente, sempre pela maior faixa ( alcance ) existente no
instrumento que estiver usando.
Somente após a conclusão de todas as experiências e observando o que lá ocorreu poderá o aluno avaliar melhor o
significado desta obrigação.
Forma de onda CC
B.9.2 – A forma de onda ( ver B.8.7.c )
•
•
Os instrumentos de medições são sensíveis à forma de onda. Os instrumentos
apropriados ( ou ajustados ) para medições em CC não fornecem valores corretos
e, ou podem danificar-se quando usados em CA senoidais, e vice-versa.
E
quando tratar-se de formas alternadas, somente as senoidais serão “ bem recebidas ” , isto é, corretamente interpretadas.
Portanto verifique sempre se o circuito que vai examinar possui tensões contínuas, ou alternadas senoidais, ou as duas, ou outra forma de onda qualquer e
ajuste detidamente e corretamente o aparelho para a função adequada.
•
Medições de formas de ondas compostas ( CC + CA ) como a terceira da figura ao lado necessitam de alguns cuidados para que possam ser feitas pelos
instrumentos comumente usados em medidas elétricas
•
Voltímetros e amperímetros não costumam ser projetados para medir formas de ondas tais como, na figura ao lado, a penúltima ( que é contínua ) e,
ou a última ( que é alternada ) . Normalmente somente medem formas
contínuas constantes ( 1º gráfico ) e, ou alternadas senoidais .
•
O galvanômetro, o elemento principal que compõe o miliamperímetro existente na maioria dos instrumentos analógicos, mede somente grandezas
contínuas.
Para poder executar a função CA são colocados díodos cujo
objetivo é modificar a forma alternada para uma forma contínua Identifique os díodos que executam esta atividade na 2ª figura da pag. B.8 e na 2ª
figura da pag. B.10 .
B.9.3 – Cuidados na conexão do instrumento ao circuito:
B.9.3.a – Conectando:
•
Forma de onda alternada senoidal
Forma de onda alternada senoidal+CC
Deslocamento CC
Forma de onda “ dente de serra ”
Forma de onda alternada “ qualquer ”
PONTA
REFERIDA:
COR VERMELHA
PONTA DE
REFERÊNCIA:
COR PRETA
Somente mexa na ponta de prova referida enquanto a de
referência estiver conectada ao circuito em exame.
•
•
•
Ao iniciar a medição conecte ao circuito primeiro a
ponta de prova de referência ( 1 ) e depois a referida
(2).
Ao terminar proceda de maneira inversa: desconecte
primeiro a ponta de prova referida ( 3 ) e por último a
ponta de prova de referência ( 4 ) .
No amperímetro de painel a ponta de prova de referência será aquela conectada ao borne marcado com
polaridade negativa.
2
ÚLTIMA
A SER CONECTADA
3 PRIMEIRA A SER
RETIRADA
1 PRIMEIRA A
SER CONECTADA
4 ÚLTIMA A SER
RETIRADA
B.9.3.b – A polaridade em CC:
•
Os instrumentos de medições de grandezas elétricas contínuas são sensíveis à polaridade. Caso o que esteja examinando seja um circuito de tensão contínua, quando conectar as pontas de provas verifique a polaridade dos nós onde
pretende medir. Se a polaridade não for obedecida o instrumento tentará a fornecer valores negativos ou, como
acontece na maioria das vezes por não ter esse recurso, nada conseguirá informar.
•
Alguns alunos já aprenderam que deve-se inverter as pontas de provas quando o instrumento não indica alguma
leitura ou tenda fornecer valores negativos. Trata-se de um comportamento errado, e indica o grau de ignorância
do aluno com relação ao experimento. Todos os alunos já têm condições de determinar a polaridade que encontrará no circuito e fazer corretamente as ligações dos instrumentos sem usar o método de “tentativa e erro ” .
•
Alguns instrumentos analógicos modernos, e também os digitais, já possuem meios de detectar qual a polaridade
que encontrou no circuito em exame, e conseguem se ajustar informando que está fazendo uma leitura negativa.
B.9 3.c. – O aterramento em CA:
• Alguns instrumentos de medições, principalmente aqueles que necessitam de
energia elétrica para alimentar seus circuitos internos ( seus amplificadores eletrônicos, por exemplo ) podem possuir algumas de suas partes elétricas, internas,
conectadas a um referencial elétrico denominado “ BARRA ELÉTRICA COMUM ” que costuma ser conectada ao neutro e, ou aterramento da rede elétrica.
• Além da carcaça externa, o terminal de referência ( o negativo ) do instrumento
acima poderá estar também ligado a esse barramento comum.
Aparelho de medição
referida
referência
Barramento
“ comum ”
UERJ – 2002 – 1º SEMESTRE – ELETRICIDADE II – APÊNDICE B – INSTRUMENTAÇÃO
Aterramento
ou “ ground ”
pag. B.12
• Tome cuidado quando examinar circuitos elétricos que não possuam isolamento
galvânico da rede elétrica, e caso algum ponto desse circuito que esteja a um
potencial elevado com relação a terra venha ser usado como referência de potenciais para medições, pois você poderá causar um curto circuito.
Z1 poderá ser danificada se não conseguir suportar a potência que passará
a desenvolver.
•
O fio da ponta de prova de referência e o circuito “ comum ” interno ao
instrumento de medições e seus acessórios, em geral, não são projetados
para manipular intensidade de correntes ( e conseqüentes potências )
muito elevadas.
Z1
Z2
1
Z3
•
2
N Os amperímetros são os maiores causadores de problemas nas situações acima.
Z3
Z do aluno
Z2
curto circuito provocado pelo instrumento
Z2
• Evite “ abrir ” ( interromper ) o circuito que possua um parâmetro indutivo, ou “
fechar ” ( curtocircuitar ) trechos de circuitos que possuam parâmetro capacitivos quando qualquer instrumento de medição estiver ligado ao circuito. Ver
itens 2.1.2 às pag. 2 e 3 da parte teórica Parâmetros .
Z3
B.9.3.d – Cuidado com dispositivos que armazenam energia.
Z1
Na hipótese do instrumento não estar aterrado, todo aquele que encostar na CIRCUITOS EQUIVALENTES
ponta de prova de referência e, ou nas partes metálicas da carcaça ( e alguns
instrumentos possuem uma caixa metálica como envoltório ) e não estiver devi2
1
damente isolado da terra, levará um choque pois servirá de aterramento para o
instrumento (2).
Z1
N
No circuito da figura ao lado (1), caso um instrumento similar ao descrito
acima esteja aterrado, Z2 e Z3 estão curtocircuitadas pela ligação à terra que
existe internamente no instrumento . Somente Z1 receberá toda a tensão
aplicada originalmente ao circuito e devemos prever duas possíveis conseqüências, ambas perigosas:
127 Volts RMS
•
Aparelho de
medição
• Quando estiver trabalhando com amperímetros redobre os seus cuidados pois:
• Como possuem impedância praticamente igual a zero, caso sejam conectados
ao local errado poderão provocar um curto circuito e se houver um capacitor
com grande capacidade ligado aos mesmos nós do amperímetro o resultado
poderá ser pior ainda que um “ simples curto circuito ” ( A ) .
• Quando for necessária a modificação de ajuste do amperímetro, durante a
comutação dos componentes internos do aparelho, normalmente o circuito
do amperímetro é interrompido ( B ) e como os amperímetros são ligados
em série forçosamente esta interrupção será percebida pelo circuito externo
no qual estiver sendo usado. Se o circuito onde estiver conectado for muito
indutivo poderão ocorrer centelhamentos na chave que faz a comutação resultando em algum dano.
• Este segundo caso ocorrerá na 3ª experiência porém fique tranqüilo pois
foi prevista uma proteção para evitar-se danos aos equipamentos e, ou
materiais ( e claro, a você também ) desde que a sua montagem esteja
correta.
• Amperímetros com vários alcances, de boa procedência, costumam ter
esse problema resolvido internamente por meio de uma chave comutadora especial ( C ) que quando é acionada não interrompe o circuito interno do amperímetro
Z µA ≅ 0
A
µA
Zµa
I
Z
Z >> 0
Z está curtocircuitada
pelo amperímetro
B
µA
o acionamento da chave
interrompe o circuito
C
chave especial que não
interrompe o circuito
UERJ – 2002 – 1º SEMESTRE – ELETRICIDADE II – APÊNDICE B – INSTRUMENTAÇÃO
pag. B.13
B.10 – Leitura
•
Realize um processo de leitura para determinar qual o melhor alcance
do instrumento, similar ao da 1ª experiência.
B.10.1 – comece pelo maior alcance ( ver item B.9.1 à pag. B.11 ) . Para
cada mudança de alcance e respectiva leitura marque um ponto no seu
gráfico “ alcance x tolerância visual ” conforme exemplo a seguir.
•
Exemplo: ao tentar medir 1,5 Volts ( conforme mostrado no desenho
do multímetro a baixo ), um aluno montou o gráfico e tabela ao lado.
•
Nesse exemplo após as leituras feitas nos alcances de 250, 50, 10 e
2,5, o aluno TEM QUE PERCEBER que no alcance de ( até ) 2,5
Volt o aparelho já indica um valor, para a grandeza em exame, maior
que o maior valor mensurável no próximo alcance ( 1 Volt )
E PORTANTO não poderá mais tentar executar a medida neste próximo alcance de ( até ) 1 Volt .
N
ASSIM SENDO SEJA CUIDADOSO E:
B.10.2 – após cada leitura verifique se ao ajustar o instrumento para o
próximo, menor, alcance o INDICE (12) não irá ultrapassar o fim da
ESCALA (13) .
O gráfico nas funções Volts ou Ampères tem diferenças sensíveis com
relação ao da função ohms.
• O melhor ajuste ( melhor precisão ) sempre
ocorrerá no último alcance possível de se
executar uma leitura, enquanto na função
ohms foi possível observar, em algumas medidas, o gráfico passar por um mínimo.
N No exemplo acima o alcance correto já é o de
( até ) 2,5 Volts.
•
Não existe alcance inferior. Não é possível
leitura em alcance inferior pois o índice ultrapassa o fim da escala .
N Não será possível medir no próximo, menor,
alcance pois então o fim de escala só permitirá valores de ( até ) 1 volt .
•
3 0 kΩ / VDC
1 0 kΩ / VAC
0dB=1mW600Ω
FUSE &DIODE
PROTECTION
O nome do eixo horizontal é ALCANCE,
diferente do nome dos eixos horizontais dos
gráficos que você traçou em sua 1ª experiência ( MULTIPLICADOR ).
TAUT BAND
RANGE db
ACV ADD
25
8
100
20
250
28
1000
40
B.10.3 - MEDIDA14 :
• Entenda como medida o valor obtido no alcance correto considerando-se o erro garantido pelo fabricante na classe
de exatidão15 ou índice de classe16 do instrumento. Nos voltímetros e amperímetros, o erro garantido pelo fabricante ( exatidão ) é obtido como um percentual do maior valor existente na escala, e o valor desse percentual acompanha a leitura feita em qualquer posição que esteja o índice ( ponteiro ).
12
NBR 6509 – 4.12.19 – ÍNDICE ( DE UM INSTRUMENTO ANALÓGICO )
Parte móvel ou fixa do dispositivo indicador ( ponteiro, agulha, ponto luminoso, ranhura, etc. ) cuja posição em
relação à escala permite a determinação do valor da grandeza medida.
13
NBR 6509 – 4.12.19 – ESCALA ( DE UM INSTRUMENTO ANALÓGICO )
Série de números e, ou marcas no dispositivo indicador e que, combinada com o índice, permite a leitura do valor
da grandeza medida.
14
NBR 6509 – 5.2.2 – MEDIDA
Valor de uma grandeza física obtido por medição .
15
NBR 6509 – 5.4.2 – CLASSE DE EXATIDÃO
Característica comum aos instrumentos ou medidas materializadas cuja exatidão está dentro de um conjunto
de exigências especificadas, às quais eles devem satisfazer.
NBR 6509 – 4.1.5 – MEDIDA MATERIALIZADA
Dispositivo para fins de medição destinado a reproduzir de maneira permanenter, durante a sua vida útil, um ou
mais valores conhecidos de uma grandeza.
NBR 6509 – 5.4.11 – EXATIDÃO
Característica de um instrumento ou medida materializada, que exprime a sua aptidão de efetuar medições com
resultados próximos dos valores aceitos como verdadeiros.
16
NBR 6509 – 5.4.12 – ÍNDICE DE CLASSE
Designação convencional de uma classe de exatidão, por um número ou um símbolo.
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pag. B.14
B.8 – MEDIDAS DE TENSÕES E CORRENTES .
B.8.1 – Nomenclatura e disposições técnicas em instrumentação e medições. A ABNT.
B.8.2 – Últimas observações sobre a função OHMS .
B.8.3 – MEDIÇÃO de tensões e correntes:
Métodos adequados; Instrumentos e seu emprego
B.8.4 – Princípios de funcionamento de voltímetros e amperímetros:
B.8.5 – Voltímetros: posição no circuito: conseqüências para o circuito .
B.8.6 - O multímetro na função volts CC .
B.8.7 - O multímetro na função volts CA .
B.8.8 - Amperímetros: posição no circuito: conseqüências para o circuito.
B.8.9 - O multímetro na função ampéres CC
B.8.10 - O multímetro na função ampères –CA
B.9 – RISCOS, CAUTELAS E ALGUMAS PARTICULARIDADES :
B.9.1 – Não sobrecarregue o instrumento.
B.9.2 – A forma de onda
B.9.3 – Cuidados na conexão do instrumento ao circuito:
B.9.3.a – Conectando:
B.9.3.b – A polaridade em CC:
B.9 3.c. – O aterramento em CA:
B.9.3.d – Dispositivos que armazenam energia.
B.10 – Leitura
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pag. B.15
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B.8 – MEDIDAS DE TENSÕES E CORRENTES .
B.8.1 – Nomenclatura e disposições técnicas em instrumentação e medições. A ABNT.
B.8.2 – Últimas observações sobre a função OHMS .
B.8.2.a B.8.2.b B.8.2.c B.8.2.d B.8.2.e
B.8.3 – MEDIÇÃO de tensões e correntes:
Métodos adequados; Instrumentos e seu emprego
B.8.4 – Princípios de funcionamento de voltímetros e amperímetros:
B.8.5 – Voltímetros: posição no circuito: conseqüências para o circuito .
B.8.6 - O multímetro na função volts CC .
B.8.7 - O multímetro na função volts CA .
B.8.8 - Amperímetros: posição no circuito: conseqüências para o circuito.
B.8.9 - O multímetro na função ampéres CC
B.8.10 - O multímetro na função ampères –CA
B.9 – RISCOS, CAUTELAS E ALGUMAS PARTICULARIDADES :
B.9.1 – Não sobrecarregue o instrumento.
B.9.2 – A forma de onda
B.9.3 – Cuidados na conexão do instrumento ao circuito:
B.9.3.a – Conectando:
B.9.3.b – A polaridade em CC:
B.9 3.c. – O aterramento em CA:
B.9.3.d – Dispositivos que armazenam energia.
B.10 – Leitura
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