Instrumentos de Medição e técnicas de Medição, Notas de estudo de Cultura

Baixe Instrumentos de Medição e técnicas de Medição e outras Notas de estudo em PDF para Cultura, somente na Docsity! Livro didático Criado por: Revisado por: Aprovado por: Nº Revisão Data de vigência Página 1/ Este documento foi assinado eletronicamente em sua versão em espanhol. Aviso importante (para documentos impressos da Intranet): Este documento impresso já pode estar inválido, a menos que a cópia mostre indícios de ser controlada. Se a cópia não for controlada e o leitor não for sistematicamente alertado das modificações, verifique a versão mais recente aplicável publicada no LMS antes de implementação. A legislação local prevalece sobre o conteúdo descrito neste curso. PORTUGUÊS Medições elétricas IMTEL007-GBE 189 00 Propósito e objetivos deste livro didático No final deste curso de treinamento, o aluno será capaz de: / Rev.00 IMTEL007-GBE Este livro didático visa apresentar diferentes instrumentos de medição de tensão, corrente e resistência, os princípios físicos sob os quais eles funcionam e os procedimentos para realizar medições. 2 189 Aprender os recursos dos instrumentos de medição elétrica. Conhecer os conceitos básicos sobre medições elétricas. Analisar os diferentes tipos de medidas elétricas. É importante compreender as conseqüências que a não atenção aos conceitos e princípios explicados neste livro didático podem implicar em termos de saúde, segurança e meio ambiente e a qualidade final do produto. / Rev.00 IMTEL007-GBE Medições elétricas Introdução às medições elétricas 1 Este capítulo mostra os princípios básicos do aparelho de medição elétrica e os diferentes conceitos pertinentes. 12 5 189 TÓPICOS DO CAPÍTULO 1 24 15 61.1 Conceitos gerais 1.2 Sistemas de unidades 1.3 Princípios aplicáveis às técnicas de medição 1.4 Métodos de medição / Rev.00 IMTEL007-GBE O dispositivo de medição (conhecido também como aparato ou equipamento de medição) é o conjunto de todos os componentes com os quais é aplicado um método de medição, com base em um determinado princípio. Se o dispositivo possuir apenas um componente, é denominado instrumento de medição. 1. Introdução às medições elétricas 6 189 Conceitos gerais1.1 Medição é a ação de registrar numericamente quantidades cujo conhecimento seja importante, por exemplo, para estudos científicos, em reparos para instalação, em produção e distribuição de bens ou energia. Medir significa comparar a quantidade correspondente com uma unidade adequada. Em métodos de medição, determinadas propriedades ou efeitos do objeto medido são utilizados para relacionar a quantidade correspondente a uma unidade definida ou a um ou vários valores predefinidos, no dispositivo de medição adequado configurado para este fim. Medição Valor da medição O termo instrumento de medição refere-se também às partes de um dispositivo que forem decisivas para as propriedades de medição (amplificador de medição, transformador de corrente, padrões, etc). Os componentes restantes de um dispositivo de medição que não forem decisivos para as propriedades de medição, tais como fonte de alimentação, elementos de ajuste, amplificadores de valor zero, condutores de ligação, etc. são denominados conjuntos auxiliares (acessórios). Os componentes de um dispositivo de medição que podem ser diferenciados por sua função (detectores, elementos de transformação, elementos de fabricação, emissores) nem sempre são partes separadas do aparelho. Entre os diferentes componentes de um dispositivo de medição, não necessariamente os sinais de medição transmitidos precisam ser equivalentes a quantidade medida do ponto de vista físico. Exemplo disto é a medição de um torque mecanico que pode ser medido por uma corrente que passa por um transdutor. Ou uma corrente na saida de uma amplificador proporcional a uma tensão medida na entrada. Etc. É o ato de medir uma quantidade física, química, elétrica ou de qualquer outro componente que se necessite ter uma referência para futuras comparações. É a medição determinada com a ajuda de um dispositivo adequado. Ele é expresso como um valor numérico pela unidade correspondente. / Rev.00 IMTEL007-GBE Conceitos gerais1. Introdução às medições elétricas 7 189 Um valor de medição determinado por um instrumento de medição não está livre de erros. Nestas medições, o valor de qualquer medição pode ser continuamente representado e registrado dentro da margem esperada. Portanto, o sinal da medição pode assumir qualquer valor dentro da margem de sinais, correspondendo à margem de medição. Nestas medições, poderão ser apresentados valores de medição discretos de forma separada e descontínua com uma sutil graduação. O valor da medição é encontrado pela soma da valores parciais e é exibido por displays ou por impressoras. Como a maioria das medições pode variar continuamente, primeiro elas devem ser quantificadas, isto é, divididas em etapas às quais tiver sido atribuído um sinal de medição discreto. Medições analógicas Medições digitais O erro é expresso nas unidades de quantidade correspondentes (erro absoluto) ou como uma porcentagem de um valor de referência (erro relativo) da margem de medição ou do valor teórico. Os limites de erro na técnica de medição são os desvios extremos, sejam eles combinados ou garantidos, para mais ou para menos, da indicação correta ou valor predeterminado. A exatidão alcançável da medição depende, acima de tudo, do instrumento utilizado, mas também da composição e operação de todo o dispositivo de medição. Nem sempre é aconselhável tentar alcançar a exatidão mais alta possível. Em geral, se o aparelho de medição for mais caro, será de melhor qualidade; no entanto, ele também é mais sensível a perturbações. Além disso, é necessário dar atenção especial ao manuseio de um dispositivo caro e à leitura dos valores indicados se a intenção for realmente beneficiar-se de seus recursos. NOTA A exatidão dos métodos de medição digital depende totalmente do grau de aprimoramento das escalas de quantificação, sendo que medições mais precisas podem ser obtidas com aparelhos mais dispendiosos. A diferença entre o valor medido e o valor real é denominada erro. A principal vantagem dos métodos de medição digital é a possibilidade do armazenamento de sinais de medição quantificados e de seu processamento sem causar erros adicionais. / Rev.00 IMTEL007-GBE Conceitos gerais1. Introdução às medições elétricas 10 189 GLOSSÁRIO Registro: sinônimo de exame, identificação, inserção, etc. Tecnicamente falando, diferentes quantidades são medidas e, em seguida, anotadas. A ação de anotar medições cronologicamente e em seqüência é denominada registro. A obtenção destes valores na unidade de tempo resulta em gráficos do componente medido. Estes gráficos são armazenados para estudos subseqüentes, como análise, estatística, etc., os quais, por sua vez, serão utilizados mais tarde para tirar as conclusões necessárias. Representação gráfica: esboço, desenho, traçado. Tecnicamente falando, trata-se da ação de representar em um gráfico os valores medidos. Por exemplo, os valores da tensão de linha são obtidos em diferentes horas do dia durante um mês e, em seguida, - representados em papel – é possível ver o gráfico que ilustra o comportamento do sinal com todas as suas variantes. Isto faz com estes gráficos sejam salvos ou armazenados para a tomada de conclusões no futuro, de forma comparativa. Salvamento: armazenagem, preservação, guarda. Para estudos subseqüentes, é necessário salvar os gráficos de uma forma prática e simples para seu fácil reconhecimento e comparação. É aconselhável também haver a capacidade de se reunir o maior número possível de valores no menor espaço possível disponível, para que eles possam ser comparados com o menor esforço. Capacidade: espaço disponível, suficiência, ter o espaço e a maneira adequados para receber as informações enviadas sem nenhuma dificuldade. Ou seja, ser capaz de armazenar os valores e depois localizá-los facilmente para trabalho no futuro. O consumo de energia de um instrumento de resultado da medição da potência absorvida em condições de teste, pela portadora de sinal do sistema de medição e resistências em série e em paralelo incorporadas. A capacidade de sobrecarga instantânea pode ser verificada por meio de um breve impulso de corrente (que tem aproximadamente a mesma duração do tempo de ajuste), com o dobro do valor final da margem de medição no caso de instrumentos de precisão. Ela tem o dobro desse valor final no caso de instrumentos de painel e o circuito voltimétrico. Não circuito amperimétrico, ela possui dez vezes o valor extremo da margem de medição. Após esta carga, a deflexão zero do ponto deve ser de 0,5%, como um valor máximo da extensão da escala e as condições da classe correspondente devem permanecer inalteradas. Deve ser levado em consideração o consumo de energia em todas as medições precisas. NOTA A capacidade de sobrecarga permanente de um instrumento de medição geralmente equivale – dentro de uma faixa de temperatura de operação e sob condições nominais – ao valor final da margem de medição e à temperatura nominal daquele valor multiplicado por 1,2. As partes de um instrumento de medição sujeitas a tensão devem ser isoladas umas das outras e do exterior, em relação à tensão de operação (tensão nominal) do circuito de medição. Para as tensões nominais costumeiras, foram fixados valores de teste, com os quais o isolamento poderá ser verificado. NOTA / Rev.00 IMTEL007-GBE Conceitos gerais1. Introdução às medições elétricas 11 189 ATIVIDADE Valor de resposta Instrumento de medição Foram apresentados os conceitos gerais a respeito dos instrumentos de medição. Ligar o conceito à definição correspondente usando setas. Margem de medição Valor de medição Ponto zero mecânico Erro Dispositivo de medição Valor registrado pelo aparelho de medição em seu estado ocioso. Componente com o qual é aplicado um método de medição com base em um determinado princípio. Conjunto de componentes cujo método de medição tem por base um determinado princípio. Pode ser obtido com ajuda do dispositivo adequado. Faixa de valores dentro das quais o aparelho opera de acordo com os limites de erro atribuídos a cada classe. Variação de medição que causa uma alteração notável, embora mínima, na leitura. Diferença entre o valor medido e o valor real. / Rev.00 IMTEL007-GBE 1. Introdução às medições elétricas 12 189 Sistemas de unidades1.2 Sistema Internacional de Unidades (SI) As seguintes quantidades e unidades foram obtidas com base no Sistema Internacional: O sistema parcial baseado nas quatro unidades fundamentais - m, kg, s e A – é denominado MKSA ou sistema Georgi. NOTA Sistema Técnico de Medição As seguintes quantidades e unidades fundamentais são definidas no Sistema Técnico: Os sistemas de unidades consistem em um determinado número de unidades de base definidas de forma independente, das quais podem ser originadas outras. Metro (m)Comprimento Quilograma (kg) Massa Segundo (s) Tempo Ampère (A) Kelvin (K)Temperatura Candela (Cd)Intensidade luminosa Intensidade da corrente elétrica Metro (m) Quilograma-força (kgf) ou Kilopond (kp) Força Segundo (s)Tempo Comprimento / Rev.00 IMTEL007-GBE 1. Introdução às medições elétricas 15 189 Princípios aplicáveis às técnicas de medição 1.3 Forças eletrostáticas entre cargas elétricas EXEMPLO O fluxo de elétrons proveniente de uma válvula amplificadora pode ser regulado por meio da interação existente entre os campos elétricos e as portadoras de carga, neste caso os elétrons livres. Como é o caso de elétrons, as radiações corpusculares podem também ser influenciadas por campos elétricos. Descarga elétrica em gases Quando houver uma descarga elétrica em um gás, em princípio, as moléculas ionizadas existentes são aceleradas pelo efeito do campo elétrico. Dependendo da intensidade do campo elétrico, da pressão e do tipo de gás, as moléculas ionizadas acima mencionadas (íons) podem ionizar outras moléculas sucessivamente (ionização por colisão), fazendo com que o número de portadoras de carga aumente com rapidez. À medida que aumenta a pressão do gás, são produzidas descargas em arco (descargas de ponta e descargas disruptivas); quando a pressão é reduzida (em alguns Torrs), é originada uma descarga cintilante, exibindo, assim, um fenômeno de luminescência em camadas. Dependendo da disposição destas camadas e mantendo-se constante a pressão do gás, será possível inferir a polaridade e a magnitude aproximada da intensidade da tensão e da corrente existentes. O cátodo é coberto por uma fina película luminosa. No próximo espaço escuro, é produzida uma luminescência negativa com um contorno bem definido; em seguida, segue-se outro espaço escuro com uma área de transição difusa. A coluna positiva, que ocupa o espaço restante até o ânodo, pode ser contínua ou ser formada por camadas, dependendo da pressão do gás, da tensão e do comprimento do percurso da descarga. As cores exibidas pela luz são determinadas pelo tipo de gás em questão. Os trabalhos de um eletroscópio e de um eletrômetro têm por base a existência destas forças. Um eletroscópio é usado para o registro de cargas elétricas e um eletrômetro para a medição de cargas elétricas ou de diferenças de potencial (tensão) com potência praticamente nula. De acordo com a lei de Coulomb, uma força que depende do tamanho das cargas e da disposição geométrica de suas portadoras, age em cada uma das cargas elétricas situadas em outro campo elétrico. NOTA Cargas com o mesmo sinal se repelem, ao passo que cargas opostas se atraem. / Rev.00 IMTEL007-GBE Princípios aplicáveis à técnica de medição1. Introdução às medições elétricas 16 189 O trabalho dos contadores tubulares baseia-se no efeito ionizante das radiações, com energia considerável sobre as moléculas de gás. NOTA Tensão da descarga elétrica A tensão da descarga elétrica entre dois eletrodos depende da forma destes eletrodos e da distância entre eles, bem como do tipo dielétrico e estado de ionização. Fenômenos eletrolíticos Quando uma corrente elétrica atravessa líquidos condutivos, há uma troca de íons. Os fenômenos eletrolíticos podem ser usados para determinar a polaridade de correntes contínuas. Alguns fenômenos eletrolíticos são: Em uma solução ácida aquosa, é produzido hidrogênio no polo negativo. Papel tornassol assume a cor vermelha quando é umedecido no polo positivo. Em uma solução salina, íons metálicos mudam de direção, indo na direção do eletrodo, onde acabam sendo depositados. Com a ajuda dos chamados voltímetros, é possível determinar com exatidão a intensidade da corrente com base no tempo que ela demora para ir do ânodo ao cátodo e na quantidade de metal depositado. EXEMPLO Esta relação de tensões é usada, por exemplo, em distâncias entre esferas para medir altas tensões. D S Nota: UD são valores de limiar a 20°C e 760 Torr. Tensão da descarga elétrica em distâncias entre esferas no ar, de acordo com a norma VDE parte 2/8. D (cm) S (cm) UD (kV) 2 1 0 2 5 5 0 150 200 0,00 5 1 5 3 0 60 150 2,8 31,7 137 58 5 128 0 225 0 / Rev.00 IMTEL007-GBE Princípios aplicáveis à técnica de medição1. Introdução às medições elétricas 17 189 Efeito Joule A calor produzido pela corrente elétrica em um condutor depende de sua resistência, intensidade da corrente e das condições de resfriamento. Em conversores termoelétricos de alta freqüência, a tensão de um termopar aquecido pelo condutor principal é diretamente proporcional à intensidade da corrente que atravessa o condutor. No caso de amperímetros térmicos e bimetálicos, a expansão do material condutivo é usada para medir a intensidade da corrente. Os elementos bimetálicos são compostos de duas tiras metálicas firmemente unidas, com diferentes coeficientes de expansão térmica. Quando aquecido, o elemento curva-se na direção do lado metálico com menor coeficiente de expansão. Se o ponto de junção (soldagem) for aquecido, a tensão de contato aumentará em relação às extremidades do condutor frio, de forma que esta tensão termoelétrica possa ser usada para medir a temperatura. A tensão termoelétrica entre metais, indicada por uma diferença de temperatura de 100°C do ponto de medição e do ponto de comparação, é originada da diferença nos valores indicados na série de tensão termoelétrica. A série de tensão termoelétrica em metais é dada abaixo. Metal fem Metal fem Metal fem Constantan -3,47/- 3,40 Magnésio 0,4/0,43 Irídio 0,65/0,68 Bismuto -7,70 Chumbo 0,41/0,46 Manganês 0,57/0,82 Cobalto - 1,99/- 1,52 Alumínio 0,37/0,41 Ouro 0,56/0,80 Relação resistência-temperatura No ponto de contato de dois metais diferentes, há um fluxo de elétrons que cria um campo elétrico entre os dois metais, pois o trabalho de emissão de elétrons é diferente em cada metal. Termoeletricidade A dependência térmica da resistência em circuitos pode ser neutralizada, quando for apropriado, pelo uso de componentes com temperatura contrastante. NOTA Há termistores com coeficientes de temperatura negativos; ou seja, sua resistência diminui à medida que aumenta a temperatura e termistores com coeficientes de temperatura positivos, cuja resistência aumenta à medida que a temperatura também sobe. A dependência térmica da resistência, especialmente notável em determinados semicondutores, desempenha um importante papel na técnica de medição. / Rev.00 IMTEL007-GBE Princípios aplicáveis à técnica de medição1. Introdução às medições elétricas 20 189 Esta variação de densidade dura até que a força exercida pelo campo magnético criado nos elétrons fique igual à força desenvolvida pelo campo magnético na direção oposta. A tensão Hall, UH, é diretamente proporcional ao produto da intensidade da corrente, I, pela indução magnética, B, e inversamente proporcional à espessura da chapa, d. A constante Hall RH depende do material. Por exemplo, no caso de antimonieto de índio (Em Sb) a 20°C, ela é equivalente a 240 cm3/As e no caso de arsenieto de índio (Em As), é equivalente a 120 cm3/As. As chapas de campo de antimonieto de índio podem ser fabricadas com incrustações de antimonieto de níquel, com determinada orientação e considerável condutividade elétrica, que, após serem introduzidas em um campo magnético de 10 kG, sua resistência é aumentada até um valor dez vezes maior que a resistência básica R0. EXEMPLO Relação das resistências, RB/R0, dependendo da indução magnética, B, para chapas de campo de diferentes tipos A figura representa as curvas características de diferentes tipos de chapas de campo a 22°C. A resistência aumenta em relação à função quadrática, até atingir 4kG e a partir deste valor, ela aumenta de modo praticamente linear, até atingir 100 kG. A condição para as variações da resistência acima mencionada é que o campo magnético aja perpendicularmente à direção do fluxo da corrente. Quando a indução magnética é desviada daquela direção, a inclinação da curva característica é reduzida. UH = RH . I . B d Indução magnética B -10 -5 0 5 10 kG 15 10 5 RB/R0 D P L T M / Rev.00 IMTEL007-GBE Princípios aplicáveis à técnica de medição1. Introdução às medições elétricas 21 189 Efeito Gauss A resistência elétrica na direção do comprimento da chapa representada na figura depende da intensidade do campo magnético. Por esta razão, ela é conhecida como o efeito do campo magnético, que é usado em resistências que possam ser produzidas magneticamente. d B I UH Como era o caso dos geradores Hall, não foi possível desenvolver conjuntos da resistência magneticamente controlados (chapas de campo) para usos técnicos, até os novos materiais semicondutores para tais fins se tornem disponíveis. Magnetostrição São causadas vibrações sonoras pela freqüência das flutuações de campo, o que constitui o principal motivo pelo qual podem ser encontradas vibrações de 100 Hz ou de 120 Hz em máquinas elétricas, como motores e transformadores. Quando um corpo ferromagnético é introduzido em um campo magnético uniforme, os chamados invólucros de Weib são orientados. Invólucro de Weib é uma área com ímãs elementares feitos de átomos de 1011 a 1015 em um volume máximo de 10-8 cm3 aproximadamente. A estrutura de grade do material é deformada, resultando em uma tensão mecânica interna. Esta tensão mecânica gera mudanças no comprimento e volume; por exemplo, o ferro se expande e o níquel se contrai. O ponto de transição dos valores negativo para positivo, isto é, o ponto de magnetostrição nula, corresponde à liberação completa de tensão mecânica e, por conseqüência, os valores máximos de permeabilidade. Efeito magnetoelástico A tensão mecânica produz variações de magnetização (direções preferenciais). Este defeito foi descoberto há cerca de 100 anos, quando observou-se que a agulha de uma bússola acima de uma sonda metálica muda sua posição quando é aplicada uma carga mecânica à sonda. Cientistas estudaram a relação entre a tensão mecânica e as mudanças na derivação magnética metálica e criaram os métodos para localizar as linhas de concentração da tensão mecânica. GLOSSÁRIO Magnetostrição é a propriedade de materiais magnéticos que faz com que eles mudem sua forma na presença de um campo magnético. I / Rev.00 IMTEL007-GBE Princípios aplicáveis à técnica de medição1. Introdução às medições elétricas 22 189 Forças eletromagnéticas De acordo com a lei fundamental da eletrodinâmica, quando há movimento relativo entre cargas elétricas ou polos magnéticos, há forças que dependem da intensidade e da direção do campo magnético e da quantidade de carga, além da velocidade e direção do movimento. Um condutor através do qual flua uma corrente elétrica está sujeito – em um campo magnético – a uma força proporcional à intensidade da corrente e ao campo magnético. A operação de instrumentos de medição eletrodinâmicos e de bobina móvel baseia-se neste fenômeno. Da mesma forma, quando um condutor é movido em um campo magnético, uma corrente é induzida, que pode ser usada na técnica de medição, por exemplo, com a ajuda de emissores de velocidade de rotação. Uma corrente elétrica gera um campo magnético circundante. Em uma bobina enrolada na mesma direção, as intensidades de campo são adicionadas para cima das diferentes voltas. Quando são introduzidas peças de ferro doce em um campo da bobina, elas sofrem um processo de magnetização proporcional à intensidade da corrente. Uma peça de ferro móvel é atraída para dentro da bobina na direção da maior intensidade de campo, ao Passo que diversas peças de ferro magnetizadas na mesma direção repelem umas às outras. Quando um ímã permanente móvel é introduzido em um campo magnético externo, ele sempre será orientado na direção das linhas de força. No galvanômetro de tangente, usado para medições do magnetismo terrestre, uma agulha magnética aponta para a direção do campo, resultado no campo magnético terrestre sobrepondo o campo da bobina. NOTA Conhecendo-se a intensidade da corrente que atravessa a bobina e o número de voltas, será possível calcular a intensidade do campo magnético da Terra. Voltímetros e amperímetros com ímã móvel funcionam sob o mesmo princípio, porém são providos de uma blindagem contra campos magnéticos estranhos, além de um dispositivo mecânico de substituição para o sistema móvel. / Rev.00 IMTEL007-GBE Métodos de medição1. Introdução às medições elétricas 25 189 A lista de verificação abaixo deve ser observada ao serem realizadas medições precisas com instrumentos de precisão: Parabéns! Você concluiu o Capítulo 1. A seguir é apresentado o capítulo “Medição da tensão e da intensidade da corrente”. Assinale a opção correta. ATIVIDADE Os equipamentos auxiliares Os equipamentos principais 3 Determinadas medições requerem o uso de equipamentos principais e equipamentos auxiliares. Qual deles requer a maior exatidão? Antes da medição Após a medição 1 Quando a exatidão exigida em uma medição deve ser definida? da capacidade para fazer uma medição correta? dos custos excessivos decorrentes? 2 Se escolheu não ter exatidão excessiva do aparelho de medição, você faria isto por causa… O aparelho deve ser colocado em uma posição quase horizontal, de forma a não ficar exposto a movimentos. O aparelho deve ser colocado a uma distância suficiente de massas de ferro (aproximadamente 10 cm) e dos cabos de força. Se isto não for possível e houver influência de campos estranhos de intensidade considerável, será necessário verificar se algum campo perturbador influencia a posição de medição. O ponteiro deve indicar zero na escala quando não passar uma corrente pelo aparelho de medição. Se isto não acontecer, a indicação deverá ser corrigida pelo ajuste do dispositivo em uso. Durante o procedimento de medição, o vidro da escala não deve ser limpo, pois poderá ser carregado com energia estática e influenciar a leitura. As cargas eletrostáticas podem ser eliminadas pela aplicação de vapor ao vidro. 1 2 3 4 / Rev.00 IMTEL007-GBE medições elétricas Medição da Intensidade da Tensão e da Corrente 2 Este capítulo descreve os diferentes instrumentos usados para medir a tensão e a corrente. 36 272.1 Amperímetros e Voltímetros 2.2 Galvanômetros 2.3 Amperímetros de alicate e Medidores de painel 33 26 189 / Rev.00 IMTEL007-GBE 2. Medição da tensão e da intensidade da corrente 27 189 Amperímetros e Voltímetros2.1 Para medir simultaneamente a intensidade da tensão e da corrente, poderão ser usados os circuitos A e B, que estão representados nas figuras abaixo. Estes circuitos podem ser utilizados também para conectar os circuitos do amperímetro e do voltímetro de um wattímetro. Nas medições da tensão, nas quais devem ser levados em conta os erros atribuíveis ao circuito, é preferível usar o circuito A, pois a resistência interna dos voltímetro geralmente é conhecida e está sujeita a muito menos variações que a resistência do amperímetro. Os amperímetros são conectados à linha cuja intensidade da corrente gostaríamos de medir e os voltímetros são aplicados aos pontos cuja diferença de potencial será determinada. A Símbolo geral de amperímetro V Símbolo geral de voltímetro • No circuito A, são medidas a tensão correta, U, e a intensidade da corrente, I=I1+I2. No entanto, este circuito será apropriado, se I1/I2 for muito alto. • No circuito B, são medidas a intensidade da corrente correta, I, e a tensão, U= U1 + U2. No entanto, este circuito será apropriado, se U1/U2 for muito alto. Medição da intensidade da corrente e da tensão na carga R V A RU1 U2 U Circuito B U=U1+U2 I U I1 RV A I2 I=I1+I2 Circuito A Um amperímetro deve causar apenas uma ligeira queda de tensão, isto é, sua resistência interna deve ser pequena. Por outro lado, um voltímetro deve absorver somente uma corrente de baixa intensidade, isto é, sua resistência interna deve ser a mais alta possível. APÊNDICE As referências dos símbolos utilizados estão informadas no apêndice. II v / Rev.00 IMTEL007-GBE Amperímetros e Voltímetros2. Medição da tensão e da intensidade da corrente 30 189 Os instrumentos de mesa providos de bobina móvel e retificadores são, em geral, instrumentos múltiplos. A figura abaixo mostra o circuito básico em um aparelho deste tipo. I~ I~ U~ U~ U~ U.I~ Instrumento múltiplo com sistema de medição com bobina móvel e retificadores (circuito básico). Neste tipo de instrumento, é possível também ampliar as margens de medição da corrente elétrica, por meio de transformadores de corrente externos ou resistências em paralelo e ampliar as margens de medição da tensão por meio de transformadores de tensão externos ou resistências em série. Para medir uma corrente contínua de alta intensidade, é usado um método especialmente vantajoso, com base no efeito Hall. A figura abaixo representa a disposição de um gerador Hall na ranhura de um núcleo de ferro que envolve o condutor. A tensão de Hall é medida com um instrumento de bobina móvel devidamente calibrado; esta tensão é proporcional à intensidade do campo magnético existente na ranhura e, portanto, à corrente que atravessa o condutor principal. O circuito de medição é galvanicamente isolado do circuito principal. Medição da Corrente contínua com um Gerador Hall IX ICONST UM / Rev.00 IMTEL007-GBE Amperímetros e Voltímetros2. Medição da tensão e da intensidade da corrente 31 189 Amperímetros e voltímetros de ferro móvel A Instrumento de medição de ferro móvel para corrente contínua e alternada, usado como amperímetro V Instrumento de medição de ferro móvel para corrente contínua e alternada, usado como voltímetro Amperímetros e voltímetros de ferro móvel indicam valores eficazes, sem levar em consideração o tipo de corrente e a forma da curva. A escala de um voltímetro pode ser influenciada com diodos Zener. Um diodo Zener conectado em série (conforme mostrado na figura) não permite que a corrente atravesse o circuito de medição, até ter sido atingida uma determinada tensão, denominada tensão de Zener. A partir desse momento, a intensidade da corrente aumenta aproximadamente da mesma forma que a tensão. 0 80 90 100% Conexão de diodo Zener em série Um diodo Zener conectado em paralelo (conforme mostrado na figura) dificilmente influencia a leitura abaixo da tensão de Zener. Ao exceder esta tensão, o diodo produz curtos-circuitos cada vez maiores no dispositivo de medição. Este tipo de circuito pode ser usado para proteger o dispositivo de medição contra excesso de tensão. 0 10 20 100% Conexão de diodo Zener em paralelo / Rev.00 IMTEL007-GBE A margem de medição de amperímetros de ferro móvel é determinada pela bobina de campo e não pode ser ampliada por meio da resistências externas em paralelo, devido ao alto consumo de energia. Conseqüentemente, margens de medição só podem ser variadas pela troca de partes da bobina (sem trocar o número de ampère-espiras). Pela conexão da resistências em série, é possível ampliar a margem de medição da tensão da mesma forma que os instrumentos de bobina móvel. Amperímetros e Voltímetros2. Medição da tensão e da intensidade da corrente 32 189 O consumo de energia de instrumentos de ferro móvel geralmente é maior que em instrumentos de bobina móvel com as mesmas dimensões e a graduação da escala é menos linear. Todavia, muitas vezes os primeiros são preferidos para painéis de comando e aparelhos, pois são mais robustos e menos dispendiosos. NOTA Há também uma série de aparelho de precisão equipados com dispositivos de ferro móvel; alguns deles que têm sido especialmente projetados para medir a intensidade da tensão e da corrente alternada são consideravelmente sensíveis. Com esta finalidade, sua reduzida dependência da forma da curva comprova-se muito importante. A margem de freqüência de amperímetros e voltímetros de ferro móvel que forem adequados para painéis de comando vai de 15 a 60 Hz. Há também desempenhos especiais, ajustados para uma freqüência predeterminada de 1000 Hz. Em instrumentos de mesa e de precisão, poderão ser alcançadas também margens de 10 a 1000 Hz, com o uso dos recursos de construção adequados. Responda às seguintes perguntas. ATIVIDADE 3 Por que você preferiria um instrumento de ferro móvel a um de bobina móvel? 1 Como devem ser as resistências internas de amperímetros e voltímetros? Por quê? 2 Qual é a vantagem de se usar um retificador para medir tensão e corrente? / Rev.00 IMTEL007-GBE Galvanômetro é um dispositivo que faz com que um ponteiro se desloque ao longo de uma escala, onde a amplitude de deslocamento é proporcional à corrente que atravessa o dispositivo. O deslocamento total do ponteiro será sempre feito na mesma corrente (1 mA), razão pela qual qualquer variável elétrica a ser medida deve ser convertida e escalonada em uma corrente contínua naquela faixa. Galvanômetros2. Medição da tensão e da intensidade da corrente 35 189 Como conseqüência, quando nenhuma corrente circular, qualquer variável elétrica a ser medida deverá ter um escalonamento e conversão em corrente contínua em uma faixa de 0 a 1 mA. Se for aplicada uma corrente mais alta ao galvanômetro, talvez seu mecanismo seja danificado. pela bobina. pelo ímã. 3 O fluxo magnético é proporcionado… danificará o galvanômetro. não danificará o galvanômetro. 1 Uma corrente acima de 1mA… não é necessário verificar a escala. é necessário verificar a escala. 2 Quando o parâmetro a ser medido for modificado, .. para medir baixas tensões e correntes. para medir altas tensões e correntes. 5 O galvanômetro é usado… o ponteiro está na extremidade esquerda. o ponteiro está na extremidade direita. 4 Determina-se que nenhuma corrente flui porque… Assinale a opção correta. ATIVIDADE Ao mudar a posição do seletor da variável a ser medida (tensão, corrente ou resistência), é preciso tomar cuidado para continuar a medição na escala correspondente. NOTA Concluindo... / Rev.00 IMTEL007-GBE 2. Medição da tensão e da intensidade da corrente 36 189 Amperímetros de alicate e medidores de painel 2.3 Amperímetros de alicate Medição da intensidade da corrente em um sistema trifásico com braçadeira elétrica As três fases devem ser medidas separadamente (intensidade da corrente IR, IS, e IT). Se o sistema for balanceado, as três fases terão a mesma medição. M 3 ~ U V W Método de medição correto A soma das três intensidades da corrente, quando medidas juntas com a braçadeira elétrica, é igual a zero. Isto acontecerá se for usado o método de medição incorreto. Método de medição incorreto M 3 ~ U V W / Rev.00 IMTEL007-GBE Amperímetros de alicate e Medidores de painel2. Medição da tensão e da intensidade da corrente 37 189 Medidores de painel de tensão, corrente e freqüência Parabéns! Você concluiu o Capítulo 2. A seguir é apresentado o capítulo “O multímetro”. Diga se as seguintes afirmações são verdadeiras ou falsas. ATIVIDADE FALSOVERDADEIRO Para um sistema balanceado, as intensidades da corrente de cada fase serão equivalentes. 2 É correto medir a intensidade da corrente passando os três condutores pela braçadeira elétrica. 1 Medidores portáteis de tensão e corrente • Para medições elétricas básicas • Eles podem medir tensão, continuidade e corrente com um único instrumento compacto. • Selecione volts, ohms ou ampères e o instrumento faz o restante. • A tecnologia "open-jaw" permite a medição de correntes de até 100 A. • Diferentes formatos: 48 x 48, 22 x 22, 96 x 96, 96 x 48 • Programável • Medição do valor eficaz • Classe 0,1; 0,2; 0,5 • Resolução: até 13 bits • Capacidade do visor: 3½ dígitos • Saída de relé disponível • Saída analógica • Comunicação com PC RS 232, RS 485, Mod bus RTU / Rev.00 IMTEL007-GBE Circuito desmultiplicador e circuito de retificação Circuito desmultiplicador Outra parte principal dos medidores analógicos é o circuito desmultiplicador, que permite obter medições em diferentes faixas como, por exemplo: 1 volt, 50 volts, 100 volts e 500 volts com o mesmo instrumento. O circuito desmultiplicador consiste em seletores da resistência que podem medir tensões e correntes de diferentes faixas de magnitude, em cada caso, mantendo a corrente passando pelo galvanômetro dentro da mesma faixa. A principal razão para a existência destes circuitos é que o movimento do ponteiro do galvanômetro na escala é feito em uma única faixa de correntes, geralmente de 0 a 1mA em escala plena. Portanto, o circuito desmultiplicador permite a redução de magnitudes, em medições de corrente ou de tensão, até a faixa de operação do galvanômetro, de 0 a 1mA. Circuito de retificação Como o galvanômetro é um dispositivo que funciona em corrente contínua, o circuito de retificação fica encarregado de converter sinais de corrente e tensão CA em um valor CC equivalente. O circuito de retificação é composto de diodos – dispositivos semicondutores que possibilitam que uma corrente elétrica flua somente em uma direção. O circuito de retificação, junto com o circuito desmultiplicador e o galvanômetro, permite a leitura da amplitude do sinal, pela observação da posição do ponteiro em uma escala graduada. Multímetro analógico3. O multímetro 40 189 0 2 4 6 8 10 v Ponteiro medidor simples Ponteiro medidor com múltiplas escalas / Rev.00 IMTEL007-GBE Multímetro analógico3. O multímetro 41 189 ATIVIDADE Com base na explanação acima sobre o multímetro analógico, realize a seguinte atividade. Responda às seguintes perguntas. 4 Qual dispositivo é encarregado de converter sinais de corrente e de tensão CA em um valor CC equivalente? 3 Por que o multímetro precisa de um circuito desmultiplicador? 2 Qual é o papel do seletor de função e do circuito de conversão em um galvanômetro? 1 Com que tipo de corrente o galvanômetro funciona? / Rev.00 IMTEL007-GBE EXEMPLO 3. O multímetro 42 189 Medição com o multímetro analógico3.2 Medição da corrente Com um multímetro analógico, a corrente deve ser medida em série e, dependendo de seu valor, como as resistências são conectadas em paralelo com o galvanômetro para que a corrente a ser medida seja dividida, mantendo o fluxo de corrente de 0 a 1 mA através do galvanômetro. Vamos analisar os seguintes exemplos de medições para diferentes valores I (corrente). Se a corrente a ser medida tiver um valor dentro da faixa de 0 a 1 mA, nenhuma resistência será necessária. Isto deve-se ao fato de que não há necessidade de que o valor CC da corrente seja dividido para que uma parte possa atravessar o galvanômetro sem danificá-lo. ESCALA GALVANÔMETRO 0,5 mA I = 0,5 mA R V O circuito de medição precisará de uma resistência em paralelo com o galvanômetro através da qual 99 mA possam passar, pois 1 mA atravessará o galvanômetro. I= 0,5 mA de CC I= 100 mA de CC I = 100 mA R V GALVANÔMETRO ESCALA R 100 mA / Rev.00 IMTEL007-GBE Medição com o multímetro analógico3. O multímetro 45 189 LEMBRETE É importante observar que na escala da resistência, a indicação de valor infinito (∞) ou de uma resistência muito alta fica situada na extremidade esquerda (o ponteiro ficará perto de sua posição direita total) e a indicação da resistência 0 zero ficará totalmente à direita (neste caso, a corrente é máxima e o ponteiro move-se para a direita). Antes de medir a resistência em um circuito, os pontos de teste ou sondas do multímetro são unidos para calibrar o medidor para zero porque há variações, devido ao uso da bateria interna e ao comprimento dos pontos de teste, entre outros fatores. Como os pontos estão em curto-circuito, a corrente do medidor fica em seu valor máximo e o ponteiro terá de ser calibrado para indicar um valor zero (0). A indicação do valor infinito (∞) será lida quando os pontos do medidor estiverem separados e abertos, pois há precisamente uma resistência infinita entre eles, sem nenhum fluxo de corrente. Escala do multímetro analógico Em relação às escalas de tensão e corrente, a escala da resistência é invertida, mostrando seus valores mínimos à direita e os valores máximos à esquerda. NOTA / Rev.00 IMTEL007-GBE Medição de uma resistência desconhecida Para medir uma resistência desconhecida (RX), é necessária uma resistência interna (calibração e faixa) no multímetro, além da bateria. Neste caso, os seguintes valores são conhecidos: •Corrente (I) •Tensão (V) •Resistência da faixa (R) Como RX e R são em série, temos: Medição com o multímetro analógico3. O multímetro 46 189 Medição de uma resistência desconhecida R V Rx GALVANÔMETRO ESCALA I BATERIA Sendo o valor de Rx : Rx+R = V I Rx = V I -R / Rev.00 IMTEL007-GBE Medição da resistência em um circuito Às vezes, é necessário medir a resistência de um circuito. Medição com o multímetro analógico3. O multímetro 47 189 Esta figura mostra a forma pela qual as conexões devem ser feitas para o procedimento de medição. Neste circuito, a corrente I da bateria atravessa a resistência do circuito, a resistência da faixa selecionada, e o galvanômetro, controlando, assim o movimento do ponteiro. O fluxo de corrente dependerá do circuito RC, da resistência da faixa e da resistência do galvanômetro. ESCALA GALVANÔMETRO V R1 R3 R2 CHAVE ABERTA CIRCUITO V R C I BATERIA Antes de medir a resistência em um circuito, o multímetro deve ser calibrado para zero, a fim de eliminar quaisquer variações que possam ter sido causadas. A chave do circuito deve estar sempre em uma posição off ou aberta. Isto evita que a tensão gerada pelo fornecimento do circuito atravesse o medidor, o que causaria dano ao galvanômetro ou uma divergência de medição. NOTA / Rev.00 IMTEL007-GBE Medição com o multímetro analógico3. O multímetro 50 189 ATIVIDADE 2 1 3 Para reforçar o conteúdo tratado na seção Medição com o multímetro analógico, tente fazer a seguinte atividade. Abaixo são apresentadas três condições de medição de corrente. Assinale a(s) opção(ões) que considerar correta(s) em cada caso, de acordo com o layout do circuito correspondente a cada medição. I = 0,7 mA I = 0,5 mA I = 150 mA I = 10 mA de CA I = 1000 mA de CA I = 1000 mA de CC I = 100 mA ESCALA I = 1000 mA I = 100 mA de CA GALVANÔMETRO R V I R V GALVANÔMETRO ESCALA R I R V GALVANÔMETRO ESCALA R I / Rev.00 IMTEL007-GBE 3. O multímetro Os multímetros digitais são classificados de acordo com o conversor analógico para digital (A/D), incluído em seu projeto. A função do conversor A/D é transformar ou converter uma tensão de entrada analógica em uma representação numérica. 51 189 Multímetro digital3.3 Visor Botões de função Chave rotativa Entradas da sonda de teste Sondas de teste Multímetro digital: Partes principais Visor Entradas da sonda de teste Botões de função Chave rotativa Sondas de teste 1 2 3 4 5 / Rev.00 IMTEL007-GBE Visor O visor do multímetro é dividido em duas partes: 1.1 Parte digital 1.2 Parte analógica Multímetro digital3. O multímetro 52 189 1.1 Parte digital A parte digital mostra as seguintes leituras: •Em valores de 00000 a 99999. •No caso de um valor negativo, é mostrado o sinal de menos (-). •O ponto decimal é colocado automaticamente. 1.2 Parte analógica A parte analógica mostra as leituras em um ponteiro de 32 segmentos. Outros modelos possuem 31 segmentos. O ponteiro analógico atualiza sua leitura 25 vezes por segundo, ao passo que o ponteiro digital o faz somente duas vezes por segundo. É preciso observar que, como nem todos os multímetros digitais possuem este componente, ele é mencionado somente como dispositivo suplementar. parte digital Multímetro analógico e parte digital parte analógica 1 / Rev.00 IMTEL007-GBE Sondas de teste Uma extremidade da sonda de teste é vermelha e a outra é preta; às vezes, uma ou ambas as extremidades são condicionadas com garras jacaré para facilitar a fixação. Multímetro digital 3. O multímetro 55 189 Para COM comumSonda de teste preta Sonda de teste vermelha Para a entrada requerida: A, mA, mA ou V Ω Para efetuar medições, são sempre feitas as seguintes conexões: 5 Para que são usadas as entradas da sonda de teste? •A: Medição da corrente em ampères. Usado para medições da corrente (CA ou CC) até 10 ampères contínuos ou 20 ampères por apenas 30 segundos. •mA, µA: Medição da corrente em miliampères e microampères. Usado para medições da corrente até 400 mA (CA ou CC) ou menos. •COM: Sonda comum. É a sonda comum ou de retorno usada em todas as medições. •V Ω : Usado para medição da tensão, resistência ou teste do semicondutor. Para reforçar os conceitos do multímetro digital, assinale a opção correta das seguintes afirmações. ATIVIDADE 4 Ao ser ligado o multímetro, a seleção automática é… Entrada exigida: A, mA, mA ou V Ω comum COM 2 A sonda de teste preta é conectada à seguinte entrada: 3 A sonda COM comum é usada para… Sim Não 1 O multímetro digital mede apenas tensão e corrente. Medição apenas da corrente. Todas as medições. CC. CA. / Rev.00 IMTEL007-GBE 3. O multímetro 56 189 Operação do multímetro digital3.4 Precaução: Para evitar descarga elétrica ou dano ao multímetro, não devem ser aplicados mais de 600 volts entre a sonda e a terra. NOTA • Evite efetuar medições se você estiver sozinho. • Para evitar medições incorretas, não use o multímetro se ele estiver danificado. • Verifique se o isolamento da sonda de teste não está danificado. Verifique a continuidade da sonda de teste e substitua as sondas se estiverem danificadas. • O multímetro deve estar em boas condições de funcionamento. No teste de continuidade, uma leitura de OL a 0 geralmente indica funcionamento apropriado do multímetro. • Selecione a função de medição e a faixa adequadas. Para evitar choque elétrico, é preciso tomar cuidado especial ao se trabalhar com tensões acima de 60 VCC ou 25 VCA RMS. • Em primeiro lugar, desconecte a sonda de teste conectada à tensão (viva) antes de desconectar a sonda conectada a um ponto comum (terra). • Siga todos os procedimentos de segurança do equipamento que estiver sendo testado. Desconecte a tensão da rede elétrica e descarregue todos os capacitores (especialmente os de alta tensão) antes de testar as funções de continuidade Ω. • Ao medir a corrente (o circuito é aberto e o multímetro é conectado em série), desconecte a rede elétrica antes de conectar o multímetro ao circuito. • Verifique os fusíveis do multímetro antes de medir a corrente em transformadores de corrente. Um fusível queimado pode causar tensão perigosamente alta. Antes de usar um multímetro digital, você deve ser informado sobre as medidas de segurança, tanto para o usuário quanto para o dispositivo. Serão usadas as seguintes palavras: Advertência : para referir-se a algo que possa danificar o multímetro Precaução : para referir-se a algo que possa representar perigo para o usuário Medidas de segurança / Rev.00 IMTEL007-GBE Instruções de operação do multímetro digital Abaixo é apresentada uma descrição de como operar um multímetro digital. Estas instruções têm por base a série comercial 80 V, marca registrada da FLUKE. Operação do multímetro digital3. O multímetro 57 189 A forma do multímetro a ser usado ao serem efetuadas de medições pode variar, bem como suas funções especiais e limitações. Por esta razão, é aconselhável examinar o manual específico do multímetro caso sejam necessárias informações adicionais. Medição da tensão da corrente alternada Para medir a corrente alternada, primeiro é necessário desconectar as extremidades do multímetro de um ponto de medição. Em seguida, siga estes passos: Antes de iniciar qualquer medição elétrica, é necessário tomar precauções e verifique se a posição do multímetro é a correta. NOTA A mA µA COM CAT III 1000 CAT IV 600 V 10A MÁX COM FUSÍVEL VΩ→+ EXTREMIDADE VERMELHAEXTREMIDADE PRETA Conecte as extremidades preta e vermelha conforme mostrado na figura. 1 / Rev.00 IMTEL007-GBE Operação do multímetro digital3. O multímetro 60 189 3 Pegue as extremidades preta e vermelha e conecte-as em paralelo ao ponto a ser medido, conforme mostrado na figura. Lembre-se de que a extremidade vermelha é usada para o terminal positivo e a extremidade preta para o terminal negativo. Se eles forem conectados de outra forma, a leitura da tensão será invertida. Por exemplo, supondo que a leitura da bateria na figura seja de 24 VCC. Se as conexões da extremidade tiverem sido invertidas, a tensão medida seria de -24 VCC. Leitura da tensão de CC Medição da resistência Para medir valores da resistência no circuito, é necessário desconectar as extremidades de qualquer circuito onde elas podem estar colocadas. Em seguida, são seguidos estes passos: 1 FLUKE 87 V O mesmo que o Passo Nº 1 de Medição de CA. / Rev.00 IMTEL007-GBE Operação do multímetro digital3. O multímetro 61 189 Botão do multímetro na posição para leitura da resistência, da capacitância e do teste de continuidade. 3 Conecte as extremidades ao circuito ou ao elemento resistivo a ser medido. Lembre- se que o multímetro fará com que uma corrente bem pequena atravesse o circuito ao qual ele estava conectado para medir a resistência. Portanto, caso se pretenda somente um valor da resistência de um determinado elemento e não do circuito todo, certifique-se de desconectar o elemento antes de medi-lo, conforme mostrado na figura. Alimentação do circuito desligada Leitura de um valor da resistência em dois pontos do circuito (resistência e potenciômetro). Exemplo de medição de um valor da resistência de dois elementos desconectados de um circuito. V OFF V mA A µA MIN MÁX RANGE HOLD H pico MIN MÁX REL HZ mV Gire o botão do multímetro, conforme mostrado na figura. Este modelo de multímetro possui um componente de medição da resistência incorporado, bem como leitura da capacitância e da continuidade no circuito. 2 1 2 3 Sondas de teste desconectadas / Rev.00 IMTEL007-GBE Medição da capacitância A maioria dos multímetros digitais possui recursos de medição da capacitância incorporados, como é o caso da resistência. Operação do multímetro digital3. O multímetro 62 189 1 O mesmo que o Passo Nº 1 de Medição de CA 2 O mesmo que o Passo Nº 2 de Medição da resistência 3 Organize os pontos de teste, conforme mostrado na figura. Para medir um valor de capacitância, primeiro tenha certeza de que as extremidades de qualquer circuito estejam desconectadas. + Leitura de um capacitor / Rev.00 IMTEL007-GBE Operação do multímetro digital3. O multímetro 65 189 3 Estabeleça contato com as extremidades do multímetro nos terminais do diodo. As leituras correspondentes às condições do diodo são interpretadas da seguinte forma: V< 0,85 VCC.Bom V≤ 0,1 VCC (Curto-circuito) ou “OL” (se o diodo estiver aberto). Insuficiente Medição de CA e CC Para medir a corrente que atravessa um circuito (seja CA ou CC), siga estes passos: 1 Conecte as extremidades do multímetro, conforme mostrado na figura. Observe que há duas entradas diferentes para medição da corrente. Uma delas é para mA/µA e a outra é para A; conseqüentemente, você deve ter uma idéia da magnitude da corrente destinada a ser lida. A mA µA COM CAT III 1000 CAT IV 600 V 10 A MÁX COM FUSÍVEL V 100 mA COM FUSÍVEL A mA µA COM CAT III 1000 CAT IV 600 V 10 A MÁX COM FUSÍVEL V 100 mA COM FUSÍVEL Conexão das extremidades do multímetro para leitura da corrente em mA Conexão das extremidades do multímetro para leitura da corrente em A Se não tiver certeza da magnitude que a corrente pode atingir, não conecte o multímetro, conforme mostrado na figura correspondente à leitura em mA, pois uma exposição prolongada a uma corrente superior à que ele é capaz de suportar fará com que o fusível se queime. NOTA NOTA É importante lembrar-se de que sob nenhuma circunstância as extremidades do multímetro devem ser colocadas no circuito se ele não estiver pronto para medição. / Rev.00 IMTEL007-GBE Operação do multímetro digital3. O multímetro 66 189 2 Gire o botão até a posição mostrada na figura. 3 Desligue a fonte de alimentação do circuito a ser examinado e, em seguida, abra o ramal onde pretende medir a corrente. OFF 4 Conecte o multímetro em série, de forma que o circuito fique fechado. A figura mostra como um multímetro deve e como não deve ser conectado para medir a corrente que atravessa a resistência. Conexão correta Conexão incorreta Botão na posição de leitura CC e/ou CA 5 Após a medição, desligue a fonte de alimentação, desconecte o multímetro e feche o ramal que estava anteriormente aberto. V OFF V mA A µA MIN MAX RANGE HOLD H pico MIN MÁX REL HZ mV / Rev.00 IMTEL007-GBE Operação do multímetro digital3. O multímetro 67 189 Manutenção preventiva e verificação Ponteiras de teste e cabos tendem a ser fontes de problema, pois estão sujeitas a manuseio contínuo. Além disso, ponteiras de teste removíveis podem soltar-se e fazer um contato incorreto ou as conexões internas podem partir-se e girar de forma intermitente. Verificação das ponteiras de teste Estas inconveniências podem ser verificadas colocando-se a tecla de função em  e provocando curto-circuito nas ponteiras, curvando os condutores e puxando-os. Enquanto isso, verificar se não ocorrem nenhuma alteração irregular na leitura (se ocorrerem, isto indica conexões soltas). As funções de intensidade e tensão devem ser verificadas de maneira similar enquanto estiverem conectados a uma fonte de tensão de teste. É muito importante para a segurança pessoal verificar a condição dos instrumentos quando forem executadas tarefas em circuitos energizados. NOTA Verificação da bateria (Analógica) Para efetuar uma medição correta da resistência, deve ser verificada a condição da bateria. 1. Coloque o seletor de função em . 2. Coloque o controle de faixa em Rx1 e ponha em curto-circuito os pontos. Gire o potenciômetro de ajuste em  para levar o ponteiro até uma deflexão de escala plena (posição) ou ajuste a zero. 3. Se possível, ajuste o ponteiro até a escala plena; do contrário, a bateria deve ser substituída. 4. Se ele atingir a escala plena, os pontos devem ser mantidos em curto-circuito por 10 segundos. Se for notada qualquer deflexão significativa do ponteiro, afastando- o da posição de escala plena, isto indica que a bateria está fraca. Etapas de verificação: D Verificação da bateria (Digital) 1. A leitura Low Batt aparecerá no visor. / Rev.00 IMTEL007-GBE 3. O multímetro As maneiras de efetuar medições com um multímetro digital estão descritas abaixo. Ao mesmo tempo, também são fornecidos detalhes das medidas preventivas que devem ser tomadas ao serem efetuadas estas medições. 70 189 Medição com o multímetro digital3.5 Se, ao ser efetuada qualquer medição, aparecerem no visor as letras OL, isto significa que foi excedido o valor máximo da faixa (acima do limite). Medição da tensão Para medir a tensão, é seguido este procedimento: A sonda de teste é colocada em cada extremidade do dispositivo para o qual a tensão será medida, de forma que ela fique em paralelo com o multímetro, conforme mostrado na figura. É selecionado o tipo de tensão: CA, CC de 0,001 V-1000 V e CC de 0,01 mV-400 mV. O multímetro é colocado em paralelo com o dispositivo para o qual a tensão será medida. A sonda de teste vermelha é inserida na entrada VΩ. A sonda de teste preta é inserida na entrada COM.1 3 2 4 Fonte de tensão R1 R2 V Medição da tensão / Rev.00 IMTEL007-GBE Medição com o multímetro digital3. O multímetro 71 189 Medição da alta tensão A maioria dos multímetros digitais pode medir até 600 volts em sua faixa mais alta. No entanto, às vezes é necessária uma tensão mais alta e, para esta finalidade, deve ser usado um ponto de teste de alta tensão. Um ponto de teste de alta tensão é um divisor de resistências, como o mostrado no exemplo abaixo. EXEMPLO Como a resistência em série é de 999 MΩ e a resistência na saída do divisor é de 1 MΩ, o divisor possui uma relação de 1000 para 1. 30,000 volts no ponto de teste de alta tensão serão convertidos em 30 volts na entrada do multímetro. Ponto de teste de alta tensão Sinal a ser medido 990 M 1 M RL Devido à presença de alta tensão, as resistências em série devem ser seladas e instaladas na parte isolada do ponto de teste de alta tensão. Considerando uma relação do divisor de 1000 para 1, até mesmo as resistências de pequena variação na saída do divisor afetam a exatidão da medição. A alta tensão da medição de CC terá uma exatidão de 1%, observando as especificações de temperatura e umidade. Se a umidade relativa estiver acima de 90% ou se a temperatura estiver abaixo de -16°C (3,2°F) ou acima de 40°C (104 °F), a medição não será muito precisa. Em medições de CC de alta tensão, o terminal de terra normalmente será um cabo preto separado proveniente da conexão do ponto de alta tensão. A medição de alta tensão com um multímetro digital é como qualquer outra medição de alta tensão, com a exceção de que, além da exatidão do ponto de teste de alta tensão a ser usado, deve ser levado em consideração o perigo representado pela alta tensão. / Rev.00 IMTEL007-GBE Medição com o multímetro digital3. O multímetro 72 189 CAT III CAT II CAT I Conexão trifásica no dispositivo, qualquer condutor externo Distribuição trifásica, incluindo iluminação comercial monofásica Cargas de recebimento monofásicas conectadas Dispositivos eletrônicos •Indica a “origem da instalação”, isto é, onde é feita a conexão de baixa tensão à fonte de alta tensão. •Medidores de eletricidade e equipamentos de proteção principal contra sobrecorrente. •Entrada externa e de serviço, cabo de ligação da fonte de alta tensão até o prédio, seção entre o medidor e o painel •Linhas aéreas até prédios não adjacentes, linha subterrânea até a bomba do poço •Equipamentos em instalações fixas, tais como conjunto de manobra de alta tensão e motores polifásicos •Alimentadores e coletores de instalações fabris •Fiação de alimentadores e curtas, dispositivos do painel de distribuição •Sistemas de iluminação em prédios de grande porte •Tomadas de força de dispositivo elétrico com conexões curtas até as entradas de serviço•Cargas de eletrodomésticos, instrumentos portáteis e outros aparelhos de uso doméstico similares •Tomadas de força e fiação mais longas •Tomadas de força em mais de 10 medidores provenientes de uma fonte CAT III •Tomadas de força em mais de 20 medidores provenientes de uma fonte CAT IV •Equipamentos eletrônicos protegidos •Equipamentos conectados a circuitos (fonte) nos quais foram tomadas medidas para reduzir sobretensão transitória até um baixo nível adequado •Qualquer fonte de alta tensão e baixa potência originada de um transformador de enrolamento de alta resistência transformador de enrolamento, como a parte de alta tensão de uma fotocopiadora Categorias de instalação baseadas em sobretensão CAT IV Categoria da sobretensão ExemplosEm resumo Nota: As normas IEC 61010 – 1 aplicam-se a equipamentos de medição de baixa tensão (< 1000 V). / Rev.00 IMTEL007-GBE Teste de continuidade Com o teste de continuidade, é feita uma verificação para ver se as conexões do circuito e as linhas do circuito (condutores) estão em boas condições. O teste de continuidade é tão rápido que é usado para detectar aberturas do circuito ou curtos-circuitos de apenas 1 milissegundo. Este recurso também permite a busca de falhas intermitentes em cabos, conexões, chaves, relés, etc. Medição com o multímetro digital3. O multímetro 75 189 Este teste é realizado com o seguinte procedimento: Medição da corrente Para medir a corrente, é seguido este procedimento: A sonda de teste preta é conectada à entrada COM e a sonda de teste vermelha é conectada à entrada VΩ. O botão é pressionado. Isto permite um alarme audível; no entanto, nem todos os multímetros possuem este botão. A chave rotativa é colocada na posição “Ω”. A sonda de teste de cada multímetro é colocada em uma das partes do circuito entre as quais a continuidade pode ser verificada. Se for produzido um som, isto significa que há continuidade (ligação elétrica) entre as duas partes. Caso contrário, não há continuidade. 1 2 3 4 5 Em seguida, é escolhido onde inserir a sonda de teste vermelha, conforme abaixo: Em A For CC ou CA, cujos valores estejam entre 0,1 µA e 400 mA. Em mA, µA Para CC ou CA, cujos valores estejam entre 1 mA e 20 A. 2 A sonda de teste preta é inserida na entrada COM.1 LEMBRETE É importante desenergizar o equipamento que estiver sendo testado e descarregar todos os capacitores. / Rev.00 IMTEL007-GBE A corrente elétrica é medida. A corrente elétrica é medida. A posição da chave rotativa é selecionada conforme abaixo: O multímetro é conectado em série, conforme mostrado na figura. Medição com o multímetro digital3. O multímetro 76 189 3 5 6 Não deve haver nenhuma tentativa de medir a corrente em um circuito cujo potencial esteja acima de 600 volts. Isto danificaria o multímetro (ou seu fusível), e, acima de tudo, o usuário estaria em considerável perigo de descarga elétrica. NOTA For CC ou CA cujos valores estejam entre 0,01 mA e 20 AEm mA, A For CC ou CA cujos valores estejam entre 0,1 µA e 4000 µA Em µA Quando a corrente é medida, o multímetro é colocado em série com o dispositivo cuja medição será efetuada. 4 R V I / Rev.00 IMTEL007-GBE Medição de sinais CA Medição com o multímetro digital3. O multímetro 77 189 Os seguintes conceitos serão definidos abaixo: a. Tensão máxima ou de pico b. Tensão média ou de corrente contínua c. Tensão efetiva ou RMS a. Tensão máxima ou de pico A tensão da corrente alternada usada em aplicações tanto domésticas quanto industriais exibe a forma de um sinal senoidal; sua freqüência é de 50 Hz ou 50 cps. Nesta tensão da corrente alternada, a freqüência de 50 Hz indica que este sinal aparece 50 vezes em 1 segundo. O período do sinal é o tempo decorrido entre 2 valores máximos e 2 valores de pico; no caso de 50 Hz, ele é de 0,02 segundo ou 20 milissegundos, que pode também ser representado como 2 ou 360°. VMAX= VPICO = 170 V VCA = 120 V Um ciclo = 2= 360° Um ciclo= 20,00 mseg Ciclo de tensão da corrente alternada e relação de tensão CA na tensão de pico É importante ter uma clara noção do que significa uma medição. Portanto, para o mesmo sinal, poderá haver um valor máximo ou de pico, um valor médio ou de corrente contínua e um valor RMS ou efetivo. A compreensão destes termos permitirá que o aluno entenda a diferença entre estas medições. No caso de 60 Hz, o período é 0,016 segundo ou 16,67 ms. / Rev.00 IMTEL007-GBE Tensão efetiva ou RMS Medição com o multímetro digital3. O multímetro 80 189 Ao operar com: •Corrente contínua, os valores de corrente e de tensão permanecem constantes e são relacionados a qualquer circuito pela aplicação da lei de Ohm. •Corrente alternada, os valores instantâneos tanto de tensão quanto de corrente estão mudando constantemente; até mesmo quando eles puderem ser descritos através de seus valores máximo ou de pico, será necessário encontrar uma equivalência em relação a seus valores similares de corrente contínua. O método seguido para determinar esta equivalência usa o efeito de aquecimento que ocorre tanto com tensões quanto com correntes contínuas e alternadas em cargas resistivas. Isto deve-se ao fato de que o aquecimento é independente da direção do fluxo da corrente. O aquecimento produzido pela resistência é relacionado à potência consumida por esta resistência, que é definido por: Sendo: P = potência em watts I = corrente em ampères R = resistência em ohms O objetivo é encontrar um valor de corrente alternada cuja magnitude em corrente contínua produza o mesmo efeito de aquecimento. Este valor é conhecido como o valor eficaz ou RMS. P = I2 · R A tensão efetiva ou RMS é um dos conceitos usados com maior freqüência em sistemas elétricos e eletrônicos. É importante saber com clareza o significado. 1. Eleve ao quadrado o valores instantâneos do sinal em um determinado período. 2. Calcule a média dos valores resultantes; este resultado é equivalente ao quadrado do sinal da corrente contínua. 3. Por fim, pegue a raiz quadrada do valor médio resultante; desta forma, é obtido o valor eficaz ou RMS. No caso de outra forma de onda em corrente alternada (quadrada ou retangular), poderá ser seguido este procedimento: / Rev.00 IMTEL007-GBE Medição com o multímetro digital3. O multímetro 81 189 Para medir o RMS ou valor eficaz, é usado um multímetro digital, com a seleção da tensão ou corrente CA. Todos os multímetros digitais possuem a capacidade de mostrar o valor RMS dos sinais senoidais, mas nem todos eles podem mostrar o valor RMS dos sinais não senoidais. Para medir um sinal sem uma forma senoidal, podem ser usados multímetros digitais com a especificação TRUE RMS (RMS verdadeiro); do contrário, seria obtida uma medição errônea. Portanto, é importante conhecer o tipo de sinal a ser medido. A figura abaixo mostra o valor RMS de uma onda senoidal, uma quadrada e uma triangular, respectivamente. A A A ARMS= 0,707 A ARMS= 1 A ARMS= 0,577 A Valor máximo e RMS de diferentes sinais GLOSSÁRIO O termo RMS vem das palavras Root-Mean-Square (média quadrática), que descreve o procedimento já apresentado, isto é, a raiz quadrada dos valores elevados ao quadrado. Se nos casos acima, os valores máximos fossem multiplicados por 0,707, o resultado só estaria correto para o sinal senoidal. É preciso tomar cuidado especial na medição de valores RMS em inversores e conversores, pois em algumas ocasiões as variáveis sob medição não possuem uma forma senoidal. Neste caso, deverá ser usado um multímetro capaz de medir valores RMS VERDADEIROS. NOTA / Rev.00 IMTEL007-GBE Qualquer fonte de alimentação que alimenta o capacitor é desconectada. O capacitor é descarregado. Para verificar se o capacitor está descarregado, é medida a corrente contínua entre seus terminais. A sonda de teste preta é introduzida na entrada COM e a sonda de teste vermelha é introduzida na entrada VΩ. A chave rotativa é colocada na posição “Ω”. O botão azul é pressionado para selecionar o modo de medição da capacitância (em alguns capacitores, a seleção desta função pode variar). Os valores mensuráveis da capacitância vão de 0,01 nF a 5.00 μA ou para F. Se o capacitor for eletrolítico, a sonda de teste vermelha é ligada ao terminal positivo do capacitor e a sonda de teste preta é ligada ao terminal negativo do capacitor, conforme mostrado na figura. Medição da capacitância Para obter o valor da capacitância em capacitores, é seguido este procedimento: Medição com o multímetro digital3. O multímetro 82 189 1 2 3 4 5 6 7 + Se o capacitor não for eletrolítico, as sondas de teste serão ligadas aos terminais do capacitor em qualquer ordem. É efetuada a medição. 8 9 / Rev.00 IMTEL007-GBE Medições elétricas Medição da potência 4 Este capítulo mostra os diferentes circuitos que nos possibilitam medir a potência. TÓPICOS DO CAPÍTULO 4 99 96 93 864.1 Medição da potência real 4.2 Medição da potência reativa 4.3 Medição do fator de potência 4.4 Instrumentos de medição da potência 4.5 Medidor da variável elétrica multifunção 91 85 189 / Rev.00 IMTEL007-GBE 4. Medição da potência 86 189 Medição da potência real4.1 Uma potência de corrente contínua (sempre potência real) pode ser determinada pela medição da tensão e da corrente e com o uso da seguinte equação: No entanto, na maioria dos casos, são usados wattímetros com dispositivos eletrodinâmicos, que indicam diretamente a potência real, se os circuitos amperimétricos e voltimétricos estiverem corretamente conectados. Na medição de correntes contínuas de maior intensidade, aproximadamente acima de 20 A, a bobina de campo é colocada sob tensão através de uma resistência em série. Conseqüentemente, a bobina móvel forma o circuito amperimétrico com essa resistência, conectado a uma resistência em paralelo. Como trata-se de uma corrente alternada monofásica, um medidor de potência ou contador, conectado conforme mostrado na figura abaixo, indica a potência real, cuja equação é: A R S 1 2 3 5 (neutro) B   I0 IR URS A. Conexão direta B. Deslocamento de fase da corrente que atravessa a bobina móvel e tensão URS em relação ao fluxo fi existente na bobina móvel com corrente IR (refere- se ao gráfico A) C. Conexão através de um transformador de corrente e tensão C u U v V 1 32 5 k l K L Medidor da potência real para corrente alternada monofásica P = U · I P = U · I · cos / Rev.00 IMTEL007-GBE Medição da potência real4. Medição da potência 87 189 MANUTENÇÃO É preciso observar que, de acordo com as Normas DIN43807, os circuitos voltimétricos correspondentes aos instrumentos a serem usados para o aparelho e painéis de controle devem ser dispostos na frente de circuitos amperimétricos (com direção da potência da esquerda para a direita) e, no caso de conexão através de transformadores, a fiação secundária deve ser totalmente aterrada. Caso contrário, poderá ser gerada tensão inadmissivelmente alta entre os circuitos amperimétricos e voltimétricos. A potência real da corrente trifásica é equivalente à soma das potências das três fases. A maneira mais correta e precisa para medir a potência acima mencionada é usar três sistemas de medição, cujos respectivos componentes de torque são mecanicamente somados através de um acoplamento de banda, para indicar ou registrar os valores totais. Para reduzir os custos, e, como nas caixas nem sempre há espaço suficiente para um conjunto de três sistemas, são escolhidas soluções mais simples, se for permitido pela exatidão exigida. Dispositivo de medição da potência com um sistema Pela incorporação de uma reatância (circuito artificial), o caminho da tensão pode ser disposto em um triângulo (ver a figura abaixo). A reatância suprime o deslocamento de fase em 30° em relação à tensão até o neutro. R S T k l K L 1 2 3 5 8 A A: Conexão através de um transformador de corrente B: Conexão através de um transformador de corrente e dois transformadores de tensão com isolamento bipolar Medidor da potência real para corrente trifásica em três condutores de carga equivalente, com um sistema de medição simples e resistências ajustadas a zero B R S T 1 2 3 5 8 u v u v U V U V k l K L ()P=(√3) . UL . I . cos (Y)P=3 · UF · I · cos / Rev.00 IMTEL007-GBE Medição da potência real4. Medição da potência 90 189 Neste caso, a potência da corrente trifásica também é : Se as tensões forem simétricas: Na substituição de US= UR-UT Resulta o seguinte: O btém-se: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 R S T (neutro) K L K L K L k l k l k l A IR IS IT IRS ITS UR UT B A: Conexão através de um transformador de corrente B: Diagrama vetorial de circuitos 2 ½ para cos = 1 Os dois sistemas criam os produtos UR.IRS e UT.ITS. IRS antecede UR em 30°; ITS vem após UT com um deslocamento de fase de 30°. Medidor da potência real de corrente trifásica em quatro condutores com uma carga arbitrária e duplo sistema de medição em um circuito 2½ UR + US + UT =0 P= UR IR + US IS + UT IT P = UR · IRS + UT · ITS / Rev.00 IMTEL007-GBE No caso de corrente alternada monofásica (PQ=U·I·sen), o deslocamento acima mencionado é feito com um circuito, como o mostrado na figura anterior (“conexão a 90°”), ao passo que no caso de uma corrente trifásica y (PQ=3·UF·I·sen, () PQ=3·UL·I·sen), este deslocamento é obtido pela aplicação aos dispositivos de medição de uma tensão girada 90° em relação ao usado para medir a potência real. 4. Medição da potência 91 189 Medição da potência reativa4.2 Os instrumentos de serviço que medem a potência reativa são providos de dispositivos de medição eletrodinâmicos, incluindo um circuito magnético de ferro e um, dois ou três sistemas. Os circuitos mostrados na figura abaixo são especialmente apropriados para contadores ou instrumentos de montagem em painéis de comando. Uma vez medida a potência real, a potência reativa PQ é medida deslocando-se a tensão em um ângulo de 90°. 1 2 3 5 R S u v U V k l K L (neutro) Medidor da potência reativa para corrente alternada monofásica em um circuito de 90°. 1 83 5 R S T u v U V k l K L Medidor da potência reativa para corrente trifásica em três condutores com uma carga arbitrária com um duplo sistema de medição. Wattímetros portáteis são conectados de maneira similar, mas eles podem ser comutados a diferentes tensões e alguns deles à potência real ou reativa. NOTA / Rev.00 IMTEL007-GBE Medição da potência reativa4. Medição da potência 92 189 Outro método que oferece a vantagem da medição que não dependa da freqüência, ao contrário da “conexão a 90°”, é mostrado abaixo. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 R S T neutro k l k l k l K L K L K L Medidor da potência reativa para corrente trifásica em quatro condutores com uma carga arbitrária, com duplo sistema de medição em “circuito 2½” Medidor da potência reativa para corrente trifásica em três condutores com uma carga arbitrária, com duplo sistema de medição u v u v U V U VR S T k l k l K L K L 1 3 5 7 92 8 Diga se estas afirmações são Verdadeiras ou Falsas. ATIVIDADE FALSOVERDADEIRO Wattímetros portáteis medem apenas a potência real. 2 Os dispositivos de medição da potência com dois ou três sistemas são independentes das assimetrias de tensão. 1 LEMBRETE A unidade de potência reativa é o VAr (volt-ampère reativo). / Rev.00 IMTEL007-GBE Medição do fator de potência4. Medição da potência 95 189 Ajuste do torque Medidores de fase são desprovidos de molas direcionais; por isso, quando a corrente atravessa o instrumento, o ponteiro não indica nenhuma posição livre conhecida. É preciso lembrar-se de que medidores de fase indicam o fator de potência da linha à qual a bobina estiver conectada e, conseqüentemente, deve-se partir do princípio de haver uma carga uniforme para uma corrente trifásica. NOTA R ST IR cos= 0 indutivo ID1ID2 IR UR B 1 2 3 5 8 U V U V U V U V k l K L R S T A A: Conexão através de um transformador de corrente e tensão B: Diagrama vetorial para medição do fator de potência em corrente trifásica em três condutores. As correntes que atravessam a bobina móvel ID1 e ID2 estão fora de fase em relação a UR em 30°, isto é, elas estão em fase com URs e UTR . Medição do fator de potência para corrente trifásica em três condutores de carga equivalente, com uma margem de medição de 0-1 Ajuste É uma função direta do ângulo de deslocamento de fase , de forma que a escala possa ser graduada em valores cos (0,5 cap- 1-0,5 ind; 0,8 cap-1-0,2 ind; 0-1, partindo-se do princípio que a carga seja indutiva). Depende da intensidade da corrente que atravessa um circuito amperimétrico; sua magnitude é tanta que, em uma tensão nominal, 20% da corrente nominal são suficientes para um ajuste seguro do ponteiro. Dispositivos de medição são praticamente insensíveis a perturbações causadas pelo campo magnético disperso. / Rev.00 IMTEL007-GBE 4. Medição da potência 96 189 Instrumentos de medição da potência 4.4 Medidor de energia Medidor trifásico diretamente conectado Conexão de um transformador trifásico à rede elétrica por meio de transformadores de três correntes e dispersão da fiação secundária à terra 1 2 2 2 3 3 1 1 4 4 5 5 6 6 7 R S T 0 1. Dispositivo de ajuste no loop de resistência 2. Ímã de frenagem 3. Parafuso de ajuste de carga pequena em núcleo de tensão 4. Ângulo de marcha suave 5. Gancho de marcha suave 6. Dispositivo de ajuste 7. Dispositivo de ajuste do campo errático Medidor de indução com três sistemas de medição, para corrente alternada trifásica neutra R S T R S T Neutro Neutro / Rev.00 IMTEL007-GBE Instrumentos de medição da potência4. Medição da potência 97 189 Medidor da seqüência de fases Trata-se de um medidor que consiste em duas lâmpadas, duas resistências e um capacitor. Dependendo da ordem da seqüência de fases, uma ou outra lâmpada é acesa. É importante certificar-se de que haja tensão entre as três fases para evitar qualquer leitura errônea. Trata-se de um medidor que consiste em três bobinas que agem em um pequeno tambor ou disco, cuja direção de rotação é o resultado da ordem da seqüência de fases. I II III I II III