UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ – UNIFEI/CAMPUS ITABIRA
MEDIDAS ELÉTRICAS E INSTRUMENTAÇÃO EEL010 Professor: Roger Júnio Campos Curso: Engenharia Elétrica Período: 4º 2º/2010
Capítulo 1: Introdução e Princípios Fundamentais de Instrumentos de Medição Medição Elétrica
Capítulo 1: Introdução e Princípios Fundamentais de Instrumentos de Medição Medição Elétrica
1.1 – Introdução A medição é um conjunto de operações que visa visa compar comparar ar uma uma grande grandeza za com outra da mesma espécie, a qual é tomada como unidade padrão, e determinando o seu valor momentâneo momentâneo..
Um instrumento de medida é definido como um sistema que faz corresponder um estado de um fenômeno físico a outro ou tro estado, acessível aos sentidos humanos .
1.1 – Introdução
Esquema fundamental de uma medição:
Fenômeno físico
Instrumento de Medida
Órgão de Recepção
Se a medida tem a finalidade de manter uma máquina em um determinado regime de funcionamento, o esquema de medição é acrescido de mais uma etapa, ou seja:
Fenômeno físico
Instrumento de Medida Orgão de Decisão e Ação
Órgão de Recepção
1.1 – Introdução
Ma medição elétrica surgem 3 problemas cujas soluções devem ser avaliadas: − o que medir − com que medir − como avaliar a medição
1.1 – Introdução Quanto ao primeiro problema “O QUE MEDIR” existe uma gama bastante vasta de grandezas.
Na medição elétrica as grandezas fundamentais são: − corrente − tensão − frequência − potência − resistência − capacitância − indutância − fator de potência
1.1 – Introdução Com o emprego de dispositivos chamados transdutores existe a possibilidade de se medir grandezas físicas:
− temperatura com termopares ou termorresistências − velocidade com geradores − pH, umidade, com emissores − vazão,
pressão com transdutores especiaias
1.1 – Introdução O segundo problema “COM QUE MEDIR” exige os conhecimentos fundamentais da medição elétrica;
para que o emprego de um determinado instrumento seja adequado e exato para a medição desejada.
1.1 – Introdução Os instrumentos dividem-se de acordo com a finalidade e quanto ao sistema de medição com qual funcionam.
Os sistemas de medição mais empregados: − bobina móvel (A, V, R, ºC, r.p.m.) − ferro móvel (A, V) − lâminas vibráveis (Hz, r.p.m.) − eletrodinâmico (E, A,V Var, cos γ) − ímã móvel (A, V) − eletrônico digital (A,V, Hz)
Hoje em dia estão se impondo os instrumentos com sistema eletrônico em virtude do aperfeiçoamento e confiabilidade.
1.1 – Introdução A MEDIÇÃO” compreende o problema de, com os dados fornecidos pelos instrumentos, poder-se tirar as conclusões para tomar uma decisão ou certificar-se do desempenho da instalação.
“AVALIAR
A decisão para mudar algo poderá ser feita por intermédio de instrumentos reguladores .
Caso seja preciso avaliar os valores medidos por um período mais longo, é utilizado instrumentos registradores .
Logo, os instrumentos de medida dividem-se quanto ao seu emprego: − instrumentos indicadores − reguladores − registradores
1.1 – Introdução Os instrumentos indicadores são empregados para medidas contínuas, ou seja, controlam ou registram continuamente uma grandeza qualquer.
Podem ser analógicos ou digitais.
1.2 – Princípio fundamental de funcionamento
1.3 – Detalhes construtivos A
fig. mostra as partes principais de um instrumento de medida elétrica.
1.3 – Detalhes construtivos A
caixa do instrumento serve para proteção do sistema de medição.
O mecanismo ou sistema de medição compreende o conjunto de peças que possibilitam a transformação de uma corrente elétrica em movimento. Bobinas fixas ou móveis, eixo, mancais, molas espirais, amortecedor, ímã permanente, núcleo de ferro, etc.
Os ponteiros são as peças solidárias ao conjunto ou elemento móvel e que indicam sobre a escala o valor da grandeza medida.
1.3 – Detalhes construtivos Os acessórios externos do instrumento podem ser constituídos pelos cabos de ligação especiais, para a conexão do instrumento de medida a seu acessório, como também os resistores série ou paralelo (shunt), para a amplificação dos campos de medida.
Circuito de corrente ou série é aquele pelo qual circula a mesma corrente que atravessa o circuito a ser medido.
Circuito de tensão ou paralelo é aquele alimentado pel tensão do circuito a ser medido.
1.4 – Definições e nomenclatura Instrumento indicador → é aquele que indica em qualquer momento o valor instantâneo efetivo, médio, ou de pico de uma grandeza a ser medida.
Instrumento registrador→ é aquele que escreve ou registra sucessivamente os valores instantâneos, efetivos ou médios.
Instrumento com contato → é aquele no qual o elemento móvel fecha e abre contatos quanto atinge determinados valores.
Instrumento blindagem magnética → é aquele que está blindado contra influência de campos magnéticos externos.
Instrumento astático → é aquele no qual o elemento móvel é constituído de tal maneira a ser insensível a campos eletromagnéticos.
1.4 – Definições e nomenclatura
Multímetro→ é aquele que serve para a medição de diversas grandezas elétricas
no mesmo instrumento, por exemplo: corrente, tensão e resistência
1.4 – Definições e nomenclatura
Quanto ao sistema de medição, instrumentos de medida elétrica dividem-se em:
Instrumento ferro-móvel→ é aquele que, tendo uma peça móvel de material ferromagnético, desloca-se quando submetida a um campo magnético formado por uma corrente que atravessa uma bobina fixa.
Instr. de bobina móvel→ é aquele que tem um ímã permanente fixo e uma ou mais bobinas móveis. Seu funcionamento depende da reação entre a corrente da bobina móvel e o campo magnético do ímã permanente.
1.4 – Definições e nomenclatura Instr. ímã móvel→ é aquele constituído de uma bobina fixa percorrida por uma corrente dentro da qual giram um ou mais ímãs permanentes.
Instr.
eletrodinâmico→ é aquele que tendo bobinas fixas e bobinas móveis
deslocam as últimas eletrodinamicamente, pela ação das correntes que nelas atuam. Podem ser construídas com peças ferro-magnéticas para aumentar o campo eletromagnético.
Instr. de indução→ é aquele que tem bobinas fixas percorridas por corrente elétrica e de peças condutivas móveis, que são deslocadas pelas correntes induzidas nelas eletromagneticamente.
1.4 – Definições e nomenclatura Instr. de vibração→ é aquele que é formado por lâminas vibráteis que entram em ressonância sob a ação de uma corrente.
Instr. eletrostático→ é aquele que apresenta peças metálicas fixas e outras móveis sobre as quais agem forças do campo eletrostático.
Instr. bimetálico→ é aquele que tem um elemento móvel formado por bimetal que se deforma pela ação direta ou indireta de uma corrente.
1.5 – Erros em medidas
Define-se erro (ou erro absoluto) a diferença entre o valor real e o medido.
Em termos práticos, as medidas são classificadas em função do chamdo erro relativo
1.5 – Erros em medidas
Erros humanos são causados pela observação defeituosa por parte do operador.
O erro mais comum é o erro da paralaxe.
Para a diminuição ou total eliminação erro de paralaxe usam-se espelhos nas escalas.
1.5 – Erros em medidas
Exatidão→ é definida pelos limites de erros e pelos limites da variação na indicação
(↓erro = ↑exatidão).
O erro é inerente à todo instrumento.
Classe de exatidão→ é uma classificação de instrumentos de medida para designar a sua exatidão. O número que a designa chama-se índice de classe .
Índices de classes
Limites de erro
0,05
0,05%
0,1
0,1%
0,2
0,2%
0,5
0,5%
1,0
1,0%
1,5
1,5%
2,5
2,5%
5,0
5,0%
1.5 – Erros em medidas
Pela tabela tem-se: − Um instrumento da classe 1 poderá ter no máximo erro de ±1%; − Ou seja, se o valor do fim da escala do instrumento for 100V; − o erro poderá ser no máximo de ±1V. − Logo, se o ponteiro indicar 98V, o erro poderá permanecer na faixa de 97V a
99V.
1.5 – Erros em medidas Neste exemplo o erro absoluto está sempre ≤ ±1. O erro cometido em relação à medida é:
Logo:
1.5 – Erros em medidas Exemplo:
suponha um voltímetro de 150V fim de escala, com classe de exatidão 1,5; e no qual deseja-se determinar a faixa que compreende o valor real e o erro de medição no valor de 70V.
1.6 – Terminologia
PRECISÃO
Informa o máximo desvio entre leituras no mesmo ponto.
REPETIBILIDADE
Máxima diferença entre diversas medidas realizadas sob as mesmas condições.
1.6 – Terminologia
ZONA MORTA
Máxima variação que uma grandeza pode sofrer sem ocasionar alteração no instrumento de medida.
Exemplo: Considerando que a escala de um voltímetro é de 0 a 100 V com zona morta de 0,2%, tem-se:
Desta forma, o voltímetro apenas indicará um determinado valor, se a tensão variar com um valor superior a 0,2 V.
1.6 – Terminologia
SENSIBILIDADE
Mínima alteração que a entrada deve sofrer para que provoque uma alteração no sinal de saída.
Exemplo: Supondo um voltímetro com escala de 0 a 100 V e uma sensibilidade de 0,1%, tem-se:
Este resultado indica que o instrumento apresentará uma resposta se a tensão variar de, pelo menos, 0,1 V.
1.6 – Terminologia
RESOLUÇÃO
Variação na indicação quando o dígito menos significativo varia em uma unidade.
BIAS
Erro sistemático da indicação. Estimado pela média dos erros.
1.7 – Escala
Escala, range ou faixa → valores compreendidos entre máximo e mínimo.
Span → amplitude entre valores final e inicial da escala.
• Escala (range ): 45 a 65 Hz • span : 20 Hz • instrumentos podem apresentar mais
de uma escala
1.8 – Normas e Simbologia Para a identificação rápida das diversas características do instrumento de medida, foram adotados símbolos inscritos na escala, de modo que cada um determina uma destas características.
Os diversos símbolos empregados e normalizados estão indicados nas próximas tabelas.
1.8 – Normas e Simbologia: unidade de medição
1.8 – Normas e Simbologia: princípio de funcionamento
1.8 – Normas e Simbologia: outros símbolos
