apontamentos de medidas

Versão 1.0Setembro de 2004

Lucínio Preza de AraújoNOÇÃO DE MEDIDA

O acto de medir está sempre associado ao acto de comparar.

CENTRO DE FORMAÇÃO PROFISSIONAL DE MAZAGÃO Técnicas de Medida

Utilizamos como base de comparação uma unidade de medida,

Medir uma dada grandeza consiste em comparar o seu valor com a respectiva unidade de medida.

Nota: Grandeza é tudo o que se pode medir.

SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (S.I.)

Grandezas Fundamentais – Unidades Fundamentais do SI

Grandeza Unidade Símbolo

Comprimento Metro m

Massa Quilograma kg

Tempo Segundo s

Intensidade de corrente eléctrica Ampére A

Temperatura termodinâmica Kelvin K

Quantidade de substância Mole mol

Intensidade luminosa Candela cd

As restantes unidades eléctricas (Ohm, Volt, Watt, Hertz, etc.) também pertencem ao S.I. na condição de unidades de grandezas derivadas.

Múltiplos e Submúltiplos

Sucede por vezes, que a unidade adoptada é muito maior ou muito menor do que a grandeza a medir. Assim, teremos de usar submúltiplos ou múltiplos dessa unidade.O quadro seguinte indica as designações de alguns dos prefixos mais usados.

TIPOS DE MEDIÇÃO

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A medida do valor de uma grandeza pode ser obtida por dois processos distintos método directo e método indirecto.

Método directo: Quando o valor da grandeza nos é dado imediatamente pela leitura sobre a escala.

Método indirecto: Quando o valor da grandeza a medir é obtido a partir da medição prévia de outras grandezas de espécies diferentes, com as quais está relacionada, estamos na presença de uma medição indirecta.O método indirecto está sempre associado a cálculos e à aplicação de fórmulas.

ERROS DE UMA MEDIÇÃO

Uma medição implica sempre um erro por mais preciso que seja o aparelho de medida utilizado e o cuidado posto na medição pelo operador.

TIPOS DE ERRO

São vários os factores que nos impedem de realizar medições exactas. Esses factores conduzem-nos a erros que podem ser de dois tipos: erros sistemáticos e erros acidentais.

Erros sistemáticos: Os erros sistemáticos são aqueles cujas causas são quase sempre as mesmas, afectando o resultado das medições sempre no mesmo sentido.Resultam fundamentalmente de defeitos dos aparelhos de medida utilizados (escala mal graduada, fraca qualidade de construção).Os erros sistemáticos não podem ser eliminados. Para os reduzir, devemos utilizar aparelhos de medida mais rigorosos.

Erros acidentais. Os erros acidentais são imprevisíveis e devem-se a causas variáveis (utilização incorrecta do aparelho de medida, leituras incorrectas, má avaliação da menor divisão da escala, erro de paralaxe) que tanto podem originar valores menores ou maiores que o “verdadeiro”.Geralmente dependem do operador (pessoa que está a fazer a medição).Para reduzir os erros acidentais utiliza-se por vezes uma técnica que consiste em realizar várias medidas, nas mesmas condições, por um ou mais operadores. Somando o valor dessas medições e dividindo o resultado pelo número de medições (média aritmética) obtém-se um valor seguramente mais próximo do real. A este valor médio chamamos valor mais provável da medição.


Erro de paralaxe



INSTRUMENTOS DE MEDIDA

Os instrumentos ou aparelhos de medida têm todos a função de medir em cada instante o valor da grandeza.

Tipos de aparelhos de medida: Analógicos e Digitais.

Analógicos: efectuam a medição através do deslocamento de um ponteiro sobre uma escala graduada.

Digitais: Indica-nos directamente o valor da grandeza a medir através de vários algarismos ou dígitos.

Existem também aparelhos de medida analógicos – digitais.

Podemos por outro lado, classificar os aparelhos de medida em três tipos:

Aparelhos indicadores: apenas nos indicam o valor da grandeza medida.

Aparelhos contadores: além de medir, totalizam (contam) o valor da grandeza ao fim de um certo tempo (por exemplo os contadores de energia eléctrica).

Aparelhos registadores: a grandeza medida é continuamente registada em forma de gráfico. É vulgar este tipo de instrumentos, por exemplo, nas centrais geradoras de electricidade.

PARTES CONSTITUINTES DE UM APARELHO DE MEDIDA.

Índice: o índice de um aparelho de medida é o nome genérico atribuído ao ponteiro cuja posição sobre a escala nos indica o valor da grandeza a medir.

Escala: a escala representa o conjunto de marcas sobre a qual se observa a posição tomada pelo índice.Numa escala linear, é constante o comprimento de cada divisão em toda a sua extensão. Quando não se verifica esta característica, a escala diz-se não linear.

Divisão da escala: é a parte da escala definida por duas marcas consecutivas.

Campo de medida: nem sempre o valor máximo indicado na escala corresponde ao valor máximo da grandeza que o aparelho pode medir. Este pode ser maior ou menor e quem o determina é o campo de medida do aparelho.Factor de multiplicação: quando o campo de medida é diferente do valor máximo registado na escala, é evidente que o valor indicado pelo ponteiro não corresponde ao valor real da grandeza




que se está a medir. O factor de multiplicação (m) é o número pelo qual teremos de multiplicar o valor lido para obtermos o “verdadeiro” valor da grandeza. Esse factor determina-se:

Classe de precisão: alguns aparelhos de medida são mais rigorosos que outros. Esse grau de precisão é determinado pela sua classe.

Valores mais usuais de classes de precisão:

0,1 a 0,2 Aparelhos padrão

0,5 a 1 Aparelhos de precisão

1,5 a 2,5 Aparelhos de controlo

Sensibilidade: chama-se sensibilidade à relação entre a deslocação do ponteiro (trajecto que o ponteiro efectua sobre a escala durante a medição) e a variação da grandeza medida.

APARELHOS DE MEDIDA ELÉCTRICOS

A identificação dos aparelhos de medida bem como algumas informações relativas à sua correcta utilização obedecem a simbologias próprias.

Símbolos para quadrantes de aparelhos de medida:




Símbolos indicativos da natureza dos fenómenos que intervêm no funcionamento dos aparelhos de medida e símbolos de alguns acessórios




CUIDADOS A OBSERVAR NAS MEDIÇÕES

Leitura atenta de todas as informações disponíveis no aparelho de medida relativas à forma como ele deve ser usado e ao seu próprio funcionamento.

Selecção do campo de medida, adequado ao valor da grandeza que pretendemos medir. Não esquecer que, em escalas lineares, a precisão da leitura é tanto maior quanto maior for o desvio do ponteiro.Por uma questão de segurança, caso não se conheça o valor da grandeza a medir deve-se começar por seleccionar o maior campo de medida. Se tal for possível vamos diminuindo o campo de medida até aquele que for o mais adequado.

Colocar o aparelho na posição conveniente, fazer a leitura olhando perpendicularmente para a escala, afim de se evitarem erros de paralaxe.

Quando se efectuam medições em c.c., deve-se respeitar a polaridade dos aparelhos de medida, isto é, os seus terminais (+) e (-) devem ser convenientemente ligados, caso contrário o ponteiro desloca-se para fora da escala.

Os ohmímetros e multímetros de pilhas devem ser sempre desligados após a sua utilização para se evitar o desgaste prematuro das pilhas.

Nunca se deve iniciar a leitura sem se verificar se o ponteiro está sobre o zero da escala, quando não passa corrente.




AMPERÍMETRO

Aparelho de medida que serve para medir a intensidade da corrente eléctrica ( I ).

Grandeza Unidade Aparelho de medidaLigação do aparelho

de medida no circuitoIntensidade da

corrente eléctrica (I) Ampére (A)Amperímetro

O amperímetro é ligado em série no circuito.

Ligação de um amperímetro num circuito eléctrico.

Caso o amperímetro tenha polaridade devem-se fazer as ligações respeitando-se a sua polaridade (ou seja, o + do amperímetro deve ser ligado ao + do gerador e o - do amperímetro ao - do gerador).

Resistência interna de um amperímetro.

O amperímetro deve possuir uma resistência interna (resistência da bobina) a mais pequena possível (para evitar que a sua ligação no circuito vá alterar as características eléctricas do circuito).

VOLTÍMETRO

Aparelho de medida que serve para medir a tensão ou diferença de potencial ( d.d.p.).


de medida no circuitoTensão ou diferença

de potencial (U) Volt (V)Voltímetro O voltímetro é ligado

em paralelo no circuito.

Ligação de um voltímetro num circuito eléctrico.

O voltímetro é ligado em paralelo geralmente aos terminais do gerador ou do receptor

Resistência interna de um voltímetro.


A

V



A resistência interna do voltímetro deverá ser a mais elevada possível, isto é, pelo voltímetro deve circular uma corrente muito pequena que não influa em nada as características próprias de funcionamento do circuito sobre o qual se efectua a medição.OHMÍMETRO


de medida no circuitoResistência eléctrica

(R) Ohm ()Ohmímetro O ohmímetro é ligado

aos terminais da resistência.

São aparelhos de medida que por leitura directa nos indicam o valor da resistência a medir ligada aos seus terminais.Empregam-se com duas finalidades:

Verificação de continuidade dos circuitos. Medição de resistências.

Esquema de princípio de funcionamento de um ohmímetro.

Uma pilha, geralmente incorporada no ohmímetro, envia uma corrente através da resistência a medir. Esta corrente será indicada por um instrumento de bobina móvel em série com o circuito.

O valor da resistência mais pequena corresponderá ao curto-circuito ou seja R = 0

Logicamente com R= 0 produz-se a corrente mais alta

O

valor da resistência mais alta tem como indicação R = (infinito).

Naturalmente não passa qualquer corrente pelo circuito (circuito aberto).

A escala dos ohmímetros está invertida em relação à dos amperímetros ou dos voltímetros.


+

_

IR= ?

+

_

I= 0

R =

+

_

Imáx

R = 0



Além disso, a escala está dividida irregularmente (escala não linear), já que a resistência própria do ohmímetro faz com que o desvio da agulha não seja proporcional à resistência cujo valor se deseja medir.MULTÍMETRO

Aparelho de medida que serve para medir intensidades da corrente eléctrica (em DC ou AC), tensões ou d.d.p. (em DC ou AC) e resistências eléctricas.

Para a medição de resistências com um multímetro (a funcionar como ohmímetro) há algumas regras que se devem ter sempre presentes:

Multímetro analógico

Introduzir as pontas de prova nas tomadas respectivas. Seleccionar o campo de medida mais adequado. Ajustar o zero, sempre que se mudar de campo de

medida, curto circuitando para esse efeito as pontas de prova.

Fazer a leitura na escala respectiva (Ohm) não esquecendo de multiplicar a leitura pelo factor de multiplicação da escala.

Polaridade aos terminais de um multímetro analógico a funcionar como ohmímetro:

Multímetro digital

Introduzir as pontas de prova nas tomadas respectivas. Seleccionar o campo de medida mais adequado. Ler o valor indicado no display (se a resistência for infinita ou o valor da

resistência a medir exceder o campo de medida seleccionado surgirá no display o digito 1).

Ler o valor indicado no display (se a resistência estiver em curto-circuito ou o campo de medida utilizado for muito superior ao valor da resistência a medir surgirá no display o digito 0).

Cuidados a observar:




Não utilizar o ohmímetro para medir resistências que se encontram inseridas num circuito sob tensão. Se tiver que medir resistências que fazem parte de um circuito, é necessário antes, desligar o circuito.WATTÍMETRO

Grandeza Unidade Aparelho de medida

Potência eléctrica activa (P) Watt (W) Wattímetro

Os wattímetros permitem por leitura directa, medir a potência eléctrica consumida num receptor.

Um wattímetro electrodinâmico é constituído por uma bobina amperimétrica fixa, de fio grosso, montada em série com o receptor. Esta bobina cria um campo magnético, no interior do qual está colocada uma bobina voltimétrica, móvel de fio fino, que roda em torno de um eixo com um ponteiro.

Observe o seguinte quadrante de um wattímetro analógico e responda às seguintes questões.

1. Qual o valor da menor divisão da escala?

2. Qual o valor indicado pelo índice?


W

ReceptorRede de alimentação

ReceptorRede de alimentação

Bobina amperimétricaBobina voltimétrica



3. Qual o alcance de medida deste wattímetro?

4. Faça uma leitura dos símbolos existentes no quadrante do aparelho de medida.

CONTADOR DE ENERGIA ELÉCTRICA

Grandeza Unidade Aparelho de medida

Energia eléctrica (W) Watt – Hora (Wh)Contador de energia eléctrica

Para medir a Energia Eléctrica (W=P x t) em corrente alternada é usado o contador de energia eléctrica, que é constituído por um disco de alumínio que submetido à acção das correntes das bobinas amperimétrica e voltimétrica entra em movimento de rotação. A velocidade de rotação é proporcional à potência, pelo que o número de rotações é proporcional à energia.

A instalação de um contador monofásico para a medição da energia activa faz-se segundo o esquema da figura.

Os dois condutores que vêm da rede, entram no contador em 1 e 4. Do contador saiem, de 3 e 6, dois condutores para o circuito receptor. A caixa de terminais do contador tem pontes a ligar 2 com 1 e 5 com 4. Os bornes 4 e 6 só existem para dar continuidade directa ao condutor neutro, pelo que estão curto-circuitados internamente.A bobina amperimétrica (terminais 1-3) é ligada em série com o circuito dos receptores.A bobina voltimétrica (terminais 2-5) é ligada em paralelo entre a fase e o neutro.

A instalação de contadores trifásicos exige cuidados especiais para que os conjuntos de bobinas relativas a cada fase actuem sobre o sistema móvel de forma que os seus efeitos se adicionem. Para tal, é necessário respeitar as ligações dos esquemas que cada contador contém, em geral, na caixa de bornes.


Kwh

RedeF

230 Vc.a. N

Receptores

Bobina amperimétrica

Bobina voltimétrica



MEGAOHMÍMETRO

Medição da resistência de terra

A resistência de terra do eléctrodo de terra X, que é constituída praticamente pelas resistências de contacto e das camadas de terreno que ficam na proximidade do eléctrodo e nas quais a existência de uma densidade de corrente elevada provoca quedas de tensão sensíveis, pode medir-se fazendo circular entre X e um eléctrodo de terra auxiliar Z (eléctrodo auxiliar de corrente) uma corrente Ixz e medindo a tensão V entre X e outro eléctrodo auxiliar Y (eléctrodo auxiliar de tensão). O quociente VXY/IXZ toma um valor limite que é a resistência de terra quando os eléctrodos estiverem suficientemente afastados uns dos outros.

Nota: Utiliza-se normalmente o método de medida em linha também chamado método dos 62%, consiste em utilizar dois eléctrodos de terra auxiliares, colocados no mesmo alinhamento. Um dos eléctrodos, o que se coloca mais distante da terra a medir, serve para injectar no solo a corrente de medida – chama-se eléctrodo de injecção de corrente (Z) , o outro serve para a referência de potencial nulo (Y). O correcto posicionamento dos dois eléctrodos auxiliares (Z e Y) em relação à terra a medir (X) , tem uma grande importância para se obter uma leitura correcta. O eléctrodo de potencial nulo (Y) deverá estar a cerca de 62% da distância XZ. Fazem-se três medidas com Y colocado mais à direita Y’ ou mais à esquerda Y’’. se a leitura for igual para as três medidas então esse é o valor da resistência do eléctrodo a medir (X), se se obtiverem




valores diferentes para Y, Y’ e Y’’ então significa que na zona de Y o potencial não é nulo e há então que afastar mais o eléctrodo Z e repetir as medidas.

Caso haja necessidade de diminuir o valo da resistência de terra de um eléctrodo, pode recorrer-se a qualquer dos processos seguintes:

• Aumenta o comprimento dos tubos ou varetas enterradas no solo;• Aumentar a superfície das chapas ou das fitas em contacto com o solo;• Enterrar no solo um número de elementos suficiente para que, uma vez ligados em paralelo, se atinja o valor desejado

da resistência de terra, convindo que os vários elementos fiquem a uma distância entre si de cerca de 2m a 3m, ou, no caso de cabos ou fitas disposto radialmente, estes formem entre si ângulos não inferiores a 60º;

• Aumentar a profundidade a que o eléctrodo se encontra enterrado de forma a atingir uma camada de terra mais húmida e melhor condutora;

• Aumentar a condutibilidade do solo, preparando-o convenientemente com adição de substâncias condutoras adequadas, por exemplo o sulfato de cobre.

OSCILOSCÓPIO

O osciloscópio é um instrumento muito sensível à tensão, ou seja, é um voltímetro de alta impedância, logo, pode analisar com elevada precisão qualquer fenómeno que possa transformar-se em tensão.

O osciloscópio tem como finalidade reproduzir graficamente no ecrã do tubo de raios catódicos o evoluir de uma tensão eléctrica ao longo do tempo.Com os osciloscópios é possível visualizarmos sinais de elevada frequência, o que não acontece com muitos aparelhos de medida correntes, que se tornam inoperantes nesses circunstâncias.

As aplicações do osciloscópio são inumeráveis como: medição de frequências, medição de desfasamentos, medição de tensões e correntes alternadas, medição de tensões e correntes contínuas, bem como a análise, verificação, ajuste e reparação de equipamento electrónico.

GERADOR DE FUNÇÕES

É um equipamento muito útil para a análise do comportamento dos circuitos.É um instrumento que nos proporciona sinais de entrada para aplicar ao equipamento sob teste, que são o mais parecidos possíveis com aqueles com que na realidade o equipamento trabalhará.Há diferentes tipos de sinais que os geradores de funções são capazes de proporcionar, ou

seja, sinais sinusoidais, quadrados, triangulares, em rampa, um sinal de varrimento ou disparo, geração de impulsos, modulação AM e FM para alguns destes sinais, etc.

FREQUENCÍMETRO




Aparelho de medida usado para medir frequências, períodos, razão de frequências, intervalos de tempo entre dois sinais aplicados às suas entradas.



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