Baixe ele03 basica e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity! Espírito Santo CPM - Programa de Certificação de Pessoal de Manutenção Metrologia Elétrica Básica Espírito Santo Metrologia Elétrica Básica - Elétrica © SENAI - ES, 1996 Trabalho realizado em parceria SENAI / CST (Companhia Siderúrgica de Tubarão) SENAI - Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial DAE - Divisão de Assistência às Empresas Departamento Regional do Espírito Santo Av. Nossa Senhora da Penha, 2053 - Vitória - ES. CEP 29045-401 - Caixa Postal 683 Telefone: (27) 3325-0255 Telefax: (27) 3227-9017 CST - Companhia Siderúrgica de Tubarão AHD - Divisão de Desenvolvimento de Recursos Humanos AV. Brigadeiro Eduardo Gomes, n° 930, Jardim Limoeiro - Serra - ES. CEP 29163-970 Telefone: (27) 3348-1333 Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 5 Quanto à apresentação da medida • Instrumentos Indicadores - apresentam o valor da medida no instante em que está sendo feita, perdendo-se esse valor no instante seguinte; • Instrumentos Registradores - apresentam o valor da medida no instante em que está sendo feita e registra-o de modo que não o perdemos; • Instrumentos Integradores - apresentam o valor acumulado das medidas efetuadas num determinado intervalo de tempo. Quanto ao uso • Instrumentos industriais; • Instrumentos de laboratório. Instrumento de Ferro Móvel Na parte interna de uma bobina, uma chapa de ferro doce fixa é montada em oposição a uma chapa móvel. Se na bobina circula corrente, então ambas as chapas são magnetizadas identicamente em relação aos pólos resultantes, e desta forma, se repelem. Quando se dá a inversão do sentido de circulação da corrente, na bobina, as chapas são novamente magnetizadas identicamente, e continuam se repelindo. Por isto, os instrumentos de ferro móvel são adequados para a medição, tanto de corrente quanto de tensão, em corrente contínua e em alternada. As forças magnéticas das chapas exercem um conjugado sobre o eixo do ponteiro. A grandeza deste conjugado não é proporcional à corrente na bobina, mas sim ao quadrado desta corrente que está sendo medida. Portanto, uma corrente três vezes maior ocasiona uma deflexão do ponteiro nove vezes superior. Por isto, a escala de leitura tem intervalos menores nos valores mais baixos do que nos mais elevados. Por meio de uma forma adequada das chapas no instrumento, é possível corrigir este detalhe, com exceção dos valores bem baixos. Em muitos instrumentos, uma leitura exata apenas é possível na faixa contida entre dois pontos bem destacados sobre a escala. A mola montada sobre o eixo do ponteiro desenvolve um conjugado oposto ao das chapas, levando assim o ponteiro novamente a zero, quando o instrumento é desligado. O ponteiro destes instrumentos não estabiliza imediatamente a sua posição de leitura sobre a escala, em virtude de vibrações do sistema de medição. Por isto, é necessário acrescentar ao sistema câmaras de amortecimento. Este amortecimento é conseqüente da ação entre uma lâmina que se desloca dentro de uma câmara, deslocamento este dificultado pela resistência do ar. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ CST 6 Companhia Siderúrgica de Tubarão Estes instrumentos são freqüentemente encontrados devido à sua construção robusta e mesmo assim simples, para aplicações industriais. Instrumento de ferro móvel Instrumento de Bobina Móvel No campo de um imã permanente, é montada uma bobina móvel, giratória, alternada por corrente elétrica. a corrente é levada até a bobina por meio de molas espiras, que simultaneamente desenvolvem o conjugado de oposição ao deslocamento da bobina. A rotação da bobina e consequente deflexão do ponteiro, são proporcionais à corrente, o que faz com que os intervalos sobre a escala estejam igualmente distanciados. O ponto zero da escala pode tanto ficar no meio quanto na extremidade. Quando ocorre inversão do sentido de circulação da corrente, ocorre também a inversão da rotação da bobina ou da deflexão do ponteiro. Disto resulta que este instrumento apenas pode ser usado para medição de tensão ou corrente contínua. O amortecimento do movimento do ponteiro é obtido por frenagem de correntes de histerese, oriundas do movimento de rotação de uma moldura de alumínio que envolve a bobina móvel, no campo magnético. Instrumento de bobina móvel Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 7 Instrumento Eletrodinâmico O sistema de medição eletrodinâmico consiste de uma bobina móvel e uma fixa. Perante a passagem de determinada corrente, as bobinas apresentarão a mesma polaridade e assim levarão o ponteiro à deflexão, por repulsão. A corrente que alimenta a bobina móvel é levada a esta por meio de 2 molas espirais, que, simultaneamente, desenvolvem uma força contrária ao deslocamento angular. Instrumento eletrodinâmico Numa inversão do sentido da corrente, ambas as bobinas invertem ao mesmo tempo a sua polaridade. Com isto, as condições de repulsão entre as bobinas não se alteram e a deflexão do ponteiro se dá sempre para o mesmo lado. Por esta razão, o instrumento pode ser utilizado tanto em corrente contínua quanto alternada. Usado como amperímetro ou como voltímetro, ambas as bobinas são ligadas em série ou, perante correntes muito elevadas, são ligadas em paralelo. A principal aplicação deste tipo de instrumento é encontrada nos medidores de potência (Wattímetros). Como a potência é obtida do produto da tensão pela corrente, a bobina fixa é dimensionada como bobina de corrente, e a móvel como de tensão. A potência, em watts, pode assim ser obtida diretamente por simples leitura. Na medição de potências em corrente alternada, a potência indicada é a potência útil, porque apenas aquela parte da corrente efetuará um trabalho, que estiver em fase com a tensão, e assim seu valor P = U x I x cosϕ. O amortecimento é obtido por uma câmara com ar, tal como no instrumento de ferro móvel. Às vezes são empregados instrumentos de medição blindados por uma chapa de ferro, para evitar influências magnéticas presentes no ambiente externo. Neste tipo, a bobina fixa é montada dentro de um anel de ferro fechado e laminado, evitando-se assim a formação de correntes parasitas. A precisão do instrumento é menor devido ao ferro. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ CST 10 Companhia Siderúrgica de Tubarão Sistema de medição com fio térmico Instrumento Eletrostático O funcionamento deste instrumento baseia-se na atração recíproca de corpos eletricamente carregados, com polaridades contrárias. o instrumento se compõe de placas fixas e móveis, às quais é ligada a tensão a ser medida. Sobre o eixo do disco móvel, é montado um ponteiro. Uma mola atua no sentido contrário ao deslocamento deste. Instrumentos eletrostáticos se destinam especificamente à medição de tensões elevadas, pois apenas estas são capazes de desenvolver um conjugado suficientemente elevado. O instrumento pode ser usado tanto em corrente contínua, quanto em corrente alternada. Instrumento Eletrostático Medição de corrente e de Tensão Medição de Corrente Todos os instrumentos destinados a medir correntes, que atualmente são utilizados, baseiam o seu funcionamento na ação magnética da corrente. Medidores de corrente ou amperímetros são ligados em série com o circuito de corrente, apresentando uma pequena resistência interna. Instrumentos de ferro móvel são fabricados para correntes até 250A, enquanto os de bobina móvel são executados para medir correntes de apenas alguns ampères. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 11 Medição de corrente mais elevadas. Liga-se exatamente ao instrumento um resistor em paralelo, designado por derivador (antigamente shunt). Amperímetro Caso o amperímetro deva ser utilizado para uma faixa de medição n vezes superior a existente (fator de amplificação n), então uma parte da corrente passará pelo amperímetro e (n-1) partes deverão passar pelo derivador. Re ~sistencia Resistencia do Instrumento R Fator de amplificacao 1 iR R R nn n i= − = − 1 Exemplo: A faixa de medição de amperímetro deve ser ampliada de 100µA para 1A. A resistência interna é de 2 ohms. Qual o tamanho do derivador Rn? Fator de amplificação: n R R n ohmsn i= = = − = − = = 1 01 10 1 2 10 1 2 9 0 22 , , , Para a medição de correntes alternadas elevadas, são usados transformadores de corrente. Medição de tensão Medidores de tensão ou voltímetros são medidores de corrente com elevada resistência interna. Quando da aplicação de uma tensão, circula nos aparelhos uma determinada corrente, que provoca a deflexão do ponteiro. Devido a resistência interna inalterável do instrumento, a escala pode ser ajustada em volts. Voltímetros são ligados em paralelo com o consumidor ou rede. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ CST 12 Companhia Siderúrgica de Tubarão Medição de tensão mais elevadas É utilizado um resistor de pré-ligação. Voltímetro com resistor de pré-ligação Se a tensão a ser medida é n vezes superior a faixa de medição existente, então o valor de tensão a ser consumido pelo resistor é de (n - 1) volts. RP = Resistor de pré-ligação Ri = Resistência interna do instrumento Rp = Ri x (n - 1) Exemplo: A faixa de medição de um voltímetro de 12 volts deve ser ampliada para 60 volts. A resistência interna do instrumento é de 2000 ohms. Qual o valor de Rp? Fator ( ) ( )n R R np i= = = − = − =6012 5 1 2000 5 1 8000; ohms . Para a medição de tensões alternadas elevadas, empregam-se transformadores de potencial. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 15 Na execução normal de pontes de medição usa-se um potenciômetro no lugar do fio com cursor. Para se obter valores de medição exatos, o valor de R2 deve se aproximar o mais possível do valor de Rx. Isto leva a fazer com que o resistor R2 seja executado nos tamanhos de 1 - 10 - 100 - 10 000 ohms. Ponte de Medição de Corrente Alternada Para a medição de resistências de líquidos ou aterramento, deve-se usar corrente alternada no lugar da corrente contínua, pois caso contrário aparecerá uma decomposição química, que influirá sobre o valor da medição. Da mesma forma, numa medição de um resistor com parte reativa, a ponte deve ser alimentada com corrente alternada. A corrente é então obtida da bateria, tornada pulsante e ajustada por meio de um transformador. No lugar do galvanômetro é colocado um fone. A ponte de medição é ajustada até a posição em que o som desaparece do fone. Ponte de medição de corrente contínua com campainha Medição de Potência Nos instrumentos eletrodinâmicos utilizados para a medição de potência, um resistor é ligado antes da bobina de tensão, quando a corrente nesta bobina não deve atingir valores muito elevados. Neste caso, a ligação deve ser feita de tal forma que a bobina de corrente e a de tensão em uma de suas extremidades estejam ligadas ao mesmo pólo (P). Ligação das bobinas do wattímetro Ligação do Wattímetro Assim, evita-se que entre as duas bobinas esteja atuando toda a tensão, o que poderia dar origem à descarga no instrumento. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ CST 16 Companhia Siderúrgica de Tubarão Se a deflexão do ponteiro se der no sentido inverso ao desejado, então é necessário inverter a polaridade de uma das bobinas não modificaria o sentido de deflexão. Nos casos de igual carga para a fase, a potência total é 3 vezes maior que a potência de uma fase. Por esta razão, um medidor de potência pode ser ligado a um dos condutores de fase (A). A bobina de tensão é ligada entre a fase considerada (R) e o condutor neutro ou ponto de estrela. Ligação do wattímetro para medir a potência de fase No caso de um sistema de 3 condutores, o ponto neutro é formado artificialmente por meio de 3 resistores, neste caso, o resistor de pré-ligação Rp deve ser menor que os resistores R1 e R2, pelo valor da resistência interna do aparelho Ri, de modo que R1 = R2 = Rp + Ri. Ligação da potência de fase com neutro artificial No caso de cargas desequilibradas nas diversas fases, a medição pode ser feita por meio de 3 wattímetros. Medição da potênica total com 3 wattímetros A potência total é dada pela soma das 3 potências parciais. A bobina de corrente é ligada nas 3 fases, e os terminais das 3 Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 17 bobinas de tensão são unidos entre si ou levados a um condutor neutro existente. A ligação com 3 wattímetros é pouco usada, empregando-se mais o sistema de 2 wattímetros, que permite obter o valor total, somando-se os valores medidos em ambos os instrumentos. Medição de potência total com 2 wattímetros As bobinas de corrente são inseridas em duas fases externas e as extremidades das duas bobinas de tensão são ligadas àquele condutor de fase, que ainda não recebeu ligação. Medidores de Energia Elétrica Generalidades Para a medição do trabalho elétrico, são empregados medidores de energia elétrica cujos valores são obtidos em função da tensão, da corrente e do tempo. Dependendo do seu emprego, são encontrados diversos tipos, classificados segundo: 1. Tipo de corrente: corrente contínua , alternada monofásica e alternada trifásica. 2. Tipo de medição: medidores de ampère-horas, medidor de watt-horas. 3. Tipo de construção: medidor com motor, medidor de indução, medidor eletrolítico. 4. Medidor de diversas tarifas: medidor que após um determinado tempo passa a um segundo sistema de medição ou um medidor que apenas marca consumo acima de um determinado valor, medida de máxima. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ CST 20 Companhia Siderúrgica de Tubarão A designação dos terminais dos medidores de corrente contínua e corrente alternada é normalizada. Designação dos terminais A ligação de um medidor de watt-horas de dois condutores e de três condutores pode ser vista nas figuras abaixo. Medidor de watt-horas de dois condutores Medidor de watt-horas de três condutores Medidor eletrolítico Este medidor baseia-se na decomposição eletrolítica de um líquido. Nesta decomposição, dá-se a liberação de hidrogênio ou metal. A quantidade que se desprende é proporcional à corrente e ao tempo, podendo, desta forma, ser usada como uma medida das ampères- horas. Tais medidores podem apenas ser usados em corrente contínua. Medidor de Corrente Alternada Funcionamento Um disco de alumínio, montado de tal forma que possa girar horizontalmente, fica sob a ação de diversos compos magnéticos alternados próximos. Por meio destes campos aparecem no disco correntes parasitas. Os efeitos magnéticos destas correntes influem entre si e originam a rotação do disco. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 21 a. Rotação do disco por blindagem Um campo magnético pode ser blindado parcial ou totalmente, quando o pólo do imã é dotado de um anel metálico. O mesmo efeito tem uma lâmina de ferro em presença de um campo. Rotação do disco por meio da ação de um anel de blindagem O fluxo magnético induz, assim, de um lado o anel metálico, e do outro, com seu fluxo não blindado, o disco. Desta forma desenvolvem-se correntes de igual sentido em ambos os lados, cujos campos se atraem, dando ao disco o movimento de rotação. b. Rotação do disco pela atuação de dois campos magnéticos Medidores de corrente alternada são construídos de tal modo que dois campos alternados, defasados entre si, atuam sobre um disco de alumínio. Rotação dos disco por meio de dois campos magnéticos Um dos campos é criado pela bobina de tensão, o outro pela bobina de corrente. O defasamento de 90º entre ambos é devido, em grande parte, ao fato de a bobina de tensão, com elevado número de espiras, apresentar uma indutância bem superior à bobina de corrente. Além disto, a bobina de tensão é feita com um circuito magnético paralelo, de modo que apenas parte do fluxo passa pelo disco. Desta forma, aparece mais um defasamento angular. Para o ajuste exato da posição de fase, os enrolamentos de tensão e de corrente são dotados de mais um enrolamento auxiliar, que é curtocircuitado por meio de um reostato. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ CST 22 Companhia Siderúrgica de Tubarão Construção O mecanismo registrador é acionado por meio de uma engrenagem, que está ligada ao eixo do induzido. Um imã permanente forma também aqui a força oposta à rotação, por meio da ação das correntes parasitas. Medidor de corrente monofásica Para compensar as forças de atrito, desenvolve-se um conjugado suplementar, obtido por meio de uma blindagem parcial do campo da bobina de tensão ou por meio de um pequeno parafuso de ferro, lateralmente ao campo magnético. Obtêm-se assim uma distribuição irregular do campo magnético e, com isto, uma força resultante que motiva a rotação. Uma lâmina de frenagem evita a rotação sem carga, tal como no medidor com motor de corrente contínua. Medidores Trifásicos Para a medição do trabalho em corrente trifásica, com carga equilibrada, basta um medidor de corrente monofásica. Este é ligado em uma das fases e o valor medido é multiplicado por três. No caso de carga desequilibrada, empregam-se dois instrumentos de medição, que estão interligados da mesma forma como os dois wattímetros. Medidor de watt-horas na ligação com dois wattímetros Os dois discos do induzido são, neste caso, montados sobre um mesmo eixo. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 25 Se os bornes L e T estiverem abertos, haverá circulação de corrente somente pela bobina B, que recebe tensão através do resistor de amortecimento R. O campo magnético criado por essa bobina B um deslocamento do conjunto de bobinas móveis, levando o ponteiro para o ponto infinito da escala graduada. Se os bornes L e T estiverem fechados em curto circuito haverá circulação de corrente também pela bobina B1, que receberá tensão através do resistor de amortecimento R1. O campo magnético criado pela bobina B1 será forte e oposto ao criado pela bobina, o que fará com que o conjunto de bobinas móveis se desloque para outro lado, levando o ponteiro para o ponto zero da escala graduada. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ CST 26 Companhia Siderúrgica de Tubarão Se os bornes L e T forem fechados através de um resistor Rx de valor elevado, a corrente que fluirá pela bobina B1 terá uma intensidade menor, ocasionada pela queda de tensão no resistor Rx. O campo magnético criado pela bobina B1 terá uma intensidade menor, porém ainda em oposição ao campo criado pela bobina B. Nessa situação o conjunto móvel se deslocará levando o ponteiro para um ponto intermediário da escala graduada. Esse ponto intermediário é o valor da resistência ôhmica do resistor Rx. A escala do megôhmetro é graduada em megohms e a sua graduação não é homogênea. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 27 A leitura da escala graduada do megômetro é direta, ou seja, basta localizar a posição do ponteiro sobre a escala graduada e fazer a leitura. - O ponteiro está localizado sobre o número 20. Portanto, Ri = 20 MΩ. - O ponteiro está localizado sobre o número 1,4. Portanto, Ri = 1,4 MΩ. Medição da resistência de isolamento entre a fiação e a tubulação metálica (massa) da instalação elétrica. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ CST 30 Companhia Siderúrgica de Tubarão O volt-amperímetro tipo alicate apresenta os seguintes componentes básicos externos: A - Gancho (secundário de um TC); B - Gatilho (para abrir o gancho); C - Parafuso de ajuste (para zerar o ponteiro); D - Visor da escala graduada; E - Terminais (para medição de tensão); F - Botão seletor de escala. O volt-amperímetro tipo alicate apresenta os seguintes componentes básicos internos: a - Gancho (bobinado secundário de um TC); b - Retificador; c - Resistor shunt para medições amperimétricas; d - Galvanômetro; e - Terminais; f - Seletor de escala; g - Resistores de amortecimento para medições voltimétricas. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 31 O princípio de funcionamento do volt-amperímetro tipo alicate é do tipo bobina móvel com retificador e é utilizado tanto para medições de tensão como de corrente elétrica. Observação: Quando o volt-amperímetro tipo alicate é utilizado na medição de tensão elétrica, funciona exatamente como o multiteste. Na medição da corrente o gancho do instrumento deve abraçar um dos condutores do circuito em que se deseja fazer a medição (seja o circuito trifásico ou monofásico). O condutor abraçado deve ficar o mais centralizado possível dentro do gancho. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ CST 32 Companhia Siderúrgica de Tubarão O condutor abraçado funciona como o primário do TC e induz uma corrente no secundário (o próprio gancho). Essa corrente secundária é retificada e enviada ao galvanômetro do instrumento, cujo o ponteiro indicará, na escala graduada, o valor da corrente no condutor. Os volt-amperímetros tipo alicate não apresentam uma boa precisão no início de sua escala graduada, mesmo assim podem ser empregados nas medições de correntes com baixos valores (menores que 1A). Nesse caso, deve-se passar o condutor duas ou mais vezes pelo gancho do instrumento. Para sabermos o resultado da medição basta dividirmos o valor lido pelo número de vezes que o condutor estiver passando pelo gancho. Suponha que o instrumento da figura acima esteja indicando uma corrente de 3A. A corrente real que circula no condutor será: I valor indicado pelo instrumento numero de voltas do condutor no gancho I A= ⇒ ⇒ =3 3 1 Precisão dos Instrumentos de Medidas Elétricas Para que a medição de uma grandeza elétrica seja correta, dois fatores devem ser observados: - A escolha correta dos instrumentos; - Precisão de leitura. Cada tipo de instrumento apresenta variações na precisão de sua escala, ou seja, a precisão da escala varia, de acordo com o princípio de funcionamento do mesmo. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 35 Precisão nos instrumentos do tipo bobina móvel A escala graduada dos instrumentos de medida do tipo bobina móvel é homogênea. A distância existente entre o número zero e o número 2 é igual à que existe entre o número 2 e o número 4. Essa homogeneidade ocorre porque o deslocamento do ponteiro nesse tipo de instrumento é linearmente proporcional ao aumento da corrente na sua bobina. Com a passagem de 1 A na bobina do instrumento, o ponteiro deflexiona 1 unidade na escala graduada. Esse tipo de instrumento é bastante sensível às variações de corrente na sua bobina, isto é, qualquer alteração no valor dessa corrente será prontamente registrada pelo ponteiro. Esse instrumento tem boa precisão em toda a sua escala graduada. Por isso, esse instrumento é bastante usado na medição de grandezas elétricas que requerem precisão (grandezas medidas em laboratórios). Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ CST 36 Companhia Siderúrgica de Tubarão Precisão nos instrumentos dos tipo eletrodinâmico A escala graduada dos instrumentos de medida do tipo eletrodinâmico é heterogênea. A graduação é mais concentrada no início, pois a distância entre o número zero e o número 20 é menor que a distância entre o número 20 e o número 40. Note que as distâncias vão aumentando até o centro da escala, decrescendo a seguir e voltando a concentrar-se no final. Essa variação é devido a este tipo de instrumento ter duas bobinas cruzadas, responsáveis pela variação do ponteiro (uma fixa A e outra móvel B que se repelem mutuamente com a passagem da corrente). A repulsão, no início da passagem da corrente, é mais fraca, aumentando de intensidade até que bobina móvel B atinja o centro do fluxo magnético da bobina fixa A. A partir desse ponto a repulsão volta a enfraquecer. Com a passagem dos primeiros 10 A o ponteiro deflexionará 2 mm. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 37 Com a passagem de 60 para 70 A o ponteiro deflexionará 10mm. Com a passagem de 70 para 80 A o ponteiro deflexionará 11mm. Esse tipo de instrumento apresenta precisão aceitável, nas medições de valores situados nos pontos intermediários de sua escala graduada, e é empregado com maior freqüência nos medidores de potência elétrica, como os wattímetros. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ CST 40 Companhia Siderúrgica de Tubarão Na posição abaixo, o leitor está fazendo a leitura do instrumento de um ângulo desfavorável. Ele está vendo a sombra do ponteiro refletida no espelho. A leitura efetuada estará errada, por efeito paralaxe. Classe de Precisão dos Instrumentos É a margem de erro percentual que se pode obter na medição de uma determinada grandeza, por meio de um instrumento de medidas elétricas. Os instrumentos de precisão para laboratório tem classe de precisão de 0, 1; 0,2 ou 0,5. Os instrumentos de serviço para fins normais tem, classe de precisão 1,0; 1,5; 2,5 ou 5,0. Consideremos a medição de tensão indicada em 120V por um voltímetro de serviço da classe precisão 1,5 e cuja escala graduada seja de 0 a 300 V. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 41 Matematicamente temos: 300 15 100 450 100 4 5x , ,= = . Esse resultado indica que os 120 V lidos no instrumentos são na realidade 120 ± 4,5 V, ou seja, pode variar de 115,5 a 124,5 V. Simbologia dos Instrumentos de Medidas Elétricas Para ter segurança no uso dos instrumentos de medidas elétricas você deverá escolher aquele que tem as características necessárias à medição a ser feita. Para tanto, observe que os instrumentos se distinguem por símbolos gravados em seus visores. Classe de precisão: A precisão do instrumento é indicada pelo seu erro em porcentagem do seu valor, no fim da escala. Classe Instrumentos de alta precisão Instrumentos para fins normais 0,1 0,2 0,5 1,0 1,5 2,5 5,0 Erro em percentagem do valor, no final da escala ± 0,1 ± 0,2 ± 0,5 ± 1,0 ± 1,5 ± 2,5 ± 5,0 Exemplo: Qual é o erro de um amperímetro para 60 A da classe 1,5, quando o instrumento indica 40 A? Erro de medição ± 1,5% de 60 A = 0,015 x 60 = ± 0,9 A O valor real está entre 39,1 e 40,9 A. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ CST 42 Companhia Siderúrgica de Tubarão Simbologia quanto às unidades de medidas A = Ampères Amperímetro V = Volts Voltímetro Ω = Ohm Ohmímetro W = Watts Wattímetro f ou Hz = freqüência Freqüencímetro cos ϕ ou ϕ = fator de potência Fasímetro Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 45 Há instrumentos que não trazem o símbolo característico da posição de funcionamento. Eles podem funcionar em qualquer posição. Posição Vertical Posição Horizontal Posição Inclinada Note que na posição inclinada o símbolo assinala também os graus da inclinação além dos símbolos normalizados, você poderá encontrar outras formas de representar a posição do instrumento: Posição Horizontal ⇒ Posição Vertical ⇒ Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ CST 46 Companhia Siderúrgica de Tubarão Simbologia quanto ao tipo de corrente Somente Corrente Contínua Somente Corrente Alternada Ambas as Correntes - Contínua e Alternada Além dos símbolos normalizados, você poderá encontrar outras formas de representar o tipo de corrente. Instrumento que mede ambas as correntes ⇒ Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 47 Simbologia quanto à tensão de isolação Tensão de isolação ou tensão de prova. É o valor máximo de tensão que um instrumento pode receber entre sua parte interna (de material condutor) e sua parte externa (de material isolante). Esse valor é simbolicamente representado nos instrumentos pelos números 1, 2 ou 3, contidos no interior de uma estrela. Note que os números significam os valores de tensão de isolação em KV. Observação: A existência da estrela sem número em seu interior indica que o valor da tensão de isolação é de 500 V. Usar instrumentos de medidas elétricas que apresentam tensão de isolação inferior à tensão da rede a ser medida pode causar danos aos instrumentos e risco do operador tomar choque elétrico. O instrumento pode ser utilizado, sempre que sua tensão de isolação for maior que a tensão da rede. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ CST 50 Companhia Siderúrgica de Tubarão Sensibilidade dos amperímetros Os amperímetros têm a sensibilidade caracterizada pelo valor de sua resistência ôhmica interna. Quanto menor for o valor da resistência ôhmica interna, mais sensível será o instrumento. O amperímetro é ligado em série com a carga. Logo, o valor da sua resistência ôhmica interna se soma ao valor da resistência ôhmica da carga. Por essa razão, ao fazermos a medição da intensidade da corrente de um circuito, devemos utilizar um amperímetro que tenha resistência ôhmica interna (Ri) no mínimo 100 vezes menor que a resistência de carga (R). Tomamos essa providência porque ela faz com que o resultado da medida se aproxime ao máximo da realidade. Exemplo 1: Observe o circuito abaixo: Ele é alimentado por uma fonte de 6 VCC e é formado por uma carga com resistência de 3 Ω. I E R I A= = ⇒ =6 3 2 Vamos supor que na medição dessa corrente o amperímetro tenha indicado o valor de 1,5 A em vez dos 2 A calculados. A indicação de amperagem menor ocorreu porque o amperímetro utilizado não estava adequado. Ao ser inserido no circuito o Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 51 amperímetro, com sua resistência ôhmica interna de 1 Ω, contribuiu para o aumento da resistência ôhmica do circuito, elevando-a de 3 para 4 Ω. Re = R + Ri = 3 + 1 ⇒ Re = 4 Ω. Esse aumento de resistência ôhmica do circuito fez com que o valor da corrente diminuísse: I E I A= = ⇒ = Re ,6 4 15 Houve um erro de 0,5 A devido ao uso de um amperímetro inadequado para a situação. Exemplo 2: Observe o circuito abaixo: Usemos agora um amperímetro de resistência ôhmica interna de 0,03 Ω (100 vezes menor que o valor da resistência ôhmica da carga = 3 Ω). Re = R + Ri = 3 + 0,03 ⇒ Re = 3,03 Ω. O novo valor de corrente será : I E I A= = ⇒ = Re , ,6 3 03 198 O novo valor de corrente (1,98 A) está bem próximo do valor calculado (2A). Portanto, o amperímetro do exemplo 2 é mais apropriado para a leitura da corrente do circuito do que o amperímetro do exemplo 1. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ CST 52 Companhia Siderúrgica de Tubarão Exercícios: 1. O símbolo abaixo, segundo a ABNT, representa o instrumento constituído de: a) ( ) eletroímã e bobina fixa; b) ( ) ímã permanente e bobina fixa; c) ( ) ímã permanente e bobina móvel; d) ( ) eletroímã e bobina móvel. A figura abaixo refere-se às questões 2 a 5 2. A tensão de ensaio na freqüência industrial é de: a) ( ) 2 KV; b) ( ) 500 V; c) ( ) 0,5 KV; d) ( ) 1 KV; e) ( ) instrumento não sujeito a ensaio de tensão. 3. O princípio de funcionamento do instrumento é de: a) ( ) bobina móvel; b) ( ) ferro móvel; c) ( ) eletrodinâmico; d) ( ) bimetálico; e) ( ) bobina cruzada. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 55 10. A tensão de ensaio na freqüência industrial é de: a) ( ) 2 KV; b) ( ) 500V; c) ( ) 5 KV; d) ( ) 1 KV; e) ( ) instrumento não sujeito a ensaio de tensão. 11. O instrumento deve ser utilizado com o mostrador: a) ( ) na posição vertical; b) ( ) na posição inclinada; c) ( ) na posição horizontal; d) ( ) na posição horizontal ou inclinada; e) ( ) na posição vertical ou horizontal. 12. O princípio de funcionamento do instrumento é de: a) ( ) bobina móvel; b) ( ) ferro móvel; c) ( ) eletrodinâmico; d) ( ) bimetálico; e) ( ) bobina cruzada. 13. O tipo de corrente medida pelo instrumento é: a) ( ) corrente contínua; b) ( ) corrente alternada; c) ( ) corrente contínua e alternada; d) ( ) corrente alternada trifásica equilibrada; e) ( ) corrente contínua estabilizada. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ CST 56 Companhia Siderúrgica de Tubarão 14. Considerando que este amperímetro indique 4A, o valor real da corrente pode variar entre: a) ( ) 3,8 e 4,2 A; b) ( ) 3,92 e 4,08 A; c) ( ) 3,98 e 4,02 A; d) ( ) 3,9 e 4,1 A; e) ( ) 3,2 e 4,8. 15. Um gavanômetro cujo fundo de escala é 1 micro ampère (µA) é colocado, em série, num trecho de circuito por onde circula corrente de intensidade 100 µA. Qual deve ser o valor da resistência shunt (Rs), se a resistência interna do aparelho é 9,9 Ω? a) ( ) 0,99 Ω; b) ( ) 99 Ω; c) ( ) 0,1 Ω; d) ( ) 9,9 Ω; e) ( ) 1 Ω. 16. O galvanômetro da figura abaixo não é atravessado por corrente elétrica. Qual o valor de resistência Rx? a) ( ) 3 Ω ; b) ( ) 16 Ω; c) ( ) 10 Ω; d) ( ) 4 Ω; e) ( ) 3,3 Ω. Espírito Santo ___________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________ SENAI Departamento Regional do Espírito Santo 57 17. Os intrumentos de medição I1, I2, I3 representam, respectivamente, a ligação de: a) ( ) frequencímetro, voltímetro, amperímetro; b) ( ) fasímetro, amperímetro, voltímetro; c) ( ) amperímetro, voltímetro, wattímetro; d) ( ) frequencímetro, wattímetro, fasímetro; e) ( ) amperímetro, wattímetro, fasímetro.