caderno de laboratório de medidas elétricas...

Pontifícia Universidade Católica de Goiás

Escola de Engenharia

Caderno de Laboratório de

Medidas Elétricas (ENG3500)

Goiânia 2019

2

Sumário

Pontifícia Universidade Católica de Goiás .............................................................................. 1

Caderno de Laboratório de Medidas Elétricas (ENG3500) .................................................. 1

Aula Prática 01 - Utilização de medidas do S. I. (Sistema Internacional) ...................................... 3

Aula Prática 02- Utilização de instrumentos de medição de pesos e dimensões ......................... 7

Aula Prática 03 – Princípio de funcionamento do voltímetro ....................................................... 9

Aula Prática 04 – Princípio de funcionamento do Amperímetro................................................. 13

Aula Prática 05 – Princípio de funcionamento do Ohmímetro.................................................... 16

Aula Prática 06- Utilização de instrumentos de medição de grandezas elétricas ....................... 19

Aula Prática 07- Utilização de instrumentos de medição de grandezas elétricas corrente

alternada ...................................................................................................................................... 24

Aula Prática 08 - Utilização de instrumentos para realizar medidas de temperatura ................ 28

Aula Prática 09 – Wattímetro ...................................................................................................... 31

Aula Prática 10 – Medidores de Energia ...................................................................................... 34

Aula Prática 11 – Osciloscópios.................................................................................................... 36

Aula Prática 12 – Princípio de Funcionamento do Osciloscópio ................................................. 38

Aula Prática 13 – Noções de Eletrônica Analógica e Eletrônica Digital ...................................... 41

Aula Prática 14 –Sinais e Ruídos .................................................................................................. 47

Aula Prática 15 - Utilização de sensores de presença indutivos e capacitivos ............................ 52

3

Pontifícia Universidade Católica de Goiás Escola de Engenharia ENG 3500 – Medidas Elétricas Prof (a): ____________________________________ Aluno (a):____________________________________

Aula Prática 01 - Utilização de medidas do S. I. (Sistema Internacional)

1- Objetivos: Compreender as sete unidades básicas do Sistema Internacional de

medidas e realizar conversão destas com outras unidades utilizadas.

2- Conceitos adicionais:

O S.I foi definido com objetivo de proporcionar um padrão mundial para determinadas grandezas e facilitar as transações comerciais entre países com a implantação de um sistema único de medidas. A Tabela 1 apresenta as sete unidades básicas do S.I. e a Tabela 2 apresenta as unidades complementares.

Laboratório

01

Tabela 1: Unidades do S. I. de medidas

Tabela 2: Unidades derivadas de medidas

4

3- Materiais e Equipamentos: a) Um calculadora b) Lápis c) Borracha

4- Procedimento Prático: Converter os valores abaixo.

a) Conversão de metros para quilômetros:

metros km

30000

200

200000

45690

b) Conversão de quilômetros para metros:

km m

3,2

20

1,9

1

Conversão de temperaturas:

273

1,8 32

k C

F C

T T

T T

= +

= +

c) Conversão de kelvin para graus célsius e Fahrenheit:

k F C

35

390

190

320

5

d) Conversão de graus célsius para Fahrenheit e kelvin:

C F K

34

100

-30

0

e) Conversão de gramas para quilo:

g kg

3200

20000

19

19876

f) Conversão de quilo para gramas:

kg G

7

1,9

2,3

4,9

g) Conversão de segundos para minutos:

segundo m

32

20

3600

10000

6

h) Conversão de horas para minutos:

hora m

3

2

1

7

i) Conversão de minutos para horas:

min hora

560

200

100

700

5- Questões:

a) Descreva as definições das unidades básicas de medidas? __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Bibliografia: BALBINOT, A., BRUSAMARELLO, V. J., "Instrumentação e Fundamentos de Medidas", Volume 1, 2a Edição, LTC, Rio de Janeiro, 2011.

7


Aula Prática 02- Utilização de instrumentos de medição de pesos e dimensões

1- Objetivos:

Aplicar conceitos básicos de medidas e usar instrumentos para realizar medições de peso e dimensões de objetos.

2- Conceitos adicionais: a) Paquímetro: instrumento usado para medir com precisão dimensões

de pequenos objetos.

b) Balança: utilizada para realizar medidas de massa de corpos diversos.

3- Materiais e Equipamentos: a) 1 paquímetro digital; b) 1 balança digital ; c) 1 conjunto de pesos padrões;

Laboratório

02

Figura 1: Imagem de um paquímetro digital.

.

Figura 2: Balança digital.

8

4- Procedimento Prático Parte 1: Medir dimensões usando paquímetro

Item dimensões mm Volume mm3.

Objeto 1

Objeto 2

Objeto 3

5- Procedimento Prático Parte 2: Medir massa usando a balança

Item Massa kg

Objeto 1

Objeto 2

Objeto 3

6- Procedimento Prático Parte 3: calcular a densidade dos

objetos:

Item Densidade kg/m3.

Objeto 1

Objeto 2

Objeto 3

7- Questões:

a) Quais os tipos de paquímetros existentes no mercado? ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

b) Quais os tipos de balança existentes no mercado? ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Bibliografia: BALBINOT, A., BRUSAMARELLO, V. J., "Instrumentação e Fundamentos de Medidas", Volume 1, 2a Edição, LTC, Rio de Janeiro, 2011. Figura balança: iconedocs.com.br.

Tabela 1: Resultados apresentados pelo paquímetro.

Tabela 2: Resultados apresentados pela balança.

Tabela 3: Resultados apresentados pela balança.

9


Aula Prática 03 – Princípio de funcionamento do voltímetro

1- Objetivos:

Verificar o princípio de funcionamento dos voltímetros C.C.


2.1 Voltímetro

Para converter um galvanômetro de bobina móvel em um voltímetro de corrente contínua basta associar um resistor (ou multiplicador) em série à bobina móvel. Para ampliar a escala de tensão de um voltímetro, o resistor multiplicador deve ser calculado da seguinte forma:

𝑉 = 𝐼𝑏𝑚𝑎𝑥 × (𝑅𝑚 + 𝑅𝑔) (1)

𝑅𝑚 =𝑉−𝐼𝑚𝑎𝑥×𝑅𝑔

𝐼𝑏𝑚𝑎𝑥 (2)

O resistor multiplicador limita a corrente no mecanismo móvel, de forma a

não exceder a corrente de fundo de escala (Ibmax). Um voltímetro CC mede a diferença de potencial (ddp) entre dois pontos de um circuito. Ele deve ser ligado em paralelo ao circuito que se deseja aferir valores de tensão. Um voltímetro de escalas múltiplas pode ser obtido através da combinação de vários resistores de amplificação de escalas com uma chave seletora de faixas. A Figura 1 apresenta um voltímetro de múltiplas escalas.

Laboratório

03

10

3- Materiais e Equipamentos:

• Módulo da Minipa SD-1102;

• Dois multímetros digitais;

• Cabos e assessórios;

• Fonte de Tensão CC.

4- Procedimento Prático Parte 1: Montar o circuito na configuração Voltímetros

a) Identifique as características do instrumento de medição do Circuito 02 do móduloM-1102 através da simbologia apresentada na escala do instrumento.

b) No circuito 02 do módulo M-1102 faça com que a corrente de fundo de escala (Ibmax) do galvanômetro de bobina móvel seja 1 mA. Para realizar esse procedimento os terminais 2c e 2d devem ser curto-circuitados.

c) Meça a resistência interna do mecanismo móvel (Rg) através da inserção de um multímetro digital entre os pontos 2a e 2b do Circuito 02.

Rg

d) Com o valor obtido no item anterior, calcule as resistências multiplicadoras

(Eq. 2) de forma que o que instrumento em questão seja capaz de medir as tensões da tabela a seguir.

Faixa Valor

1,5 V

5,0 V

15V

e) Meça através do multímetro as resistências R1, R2, R3 e R4 do circuito 1 e

anote os valores.

Resistência Medida Valor

R1

R2

R3

R4

Figura 1: configuração voltímetro.

11

f) Aplique tensão de 1,5 V e 5V e 15 V para cada faixa do circuito 02 meça com o multímetro digital a corrente total do circuito.

Faixa Tensão Aplicada Escala Multiplicador medido

R1 0,2 V 1,5 V

R1 0,9 V 1,5 V

R1 1,17V 1,5 V

R1 1,5 V 1,5 V


R2 1,5 V 5 V

R2 2,5 V 5 V

R2 4 V 5 V

R2 5 V 5 V


R3 5 V 15 V

R3

10 V 15 V

R3 12 V 15 V

R3 15 V 15 V

12

6 Questões:

a) Qual a configuração adequada para ligar um voltímetro ao circuito que se deseja verificar valores de tensão.

b) Um galvanômetro que possui resistência Rg=100Ω e Ibmax=1mA, deve ser convertido em um voltímetro com as escalas de 0-10V, 0-50V, 0-250V e 0-500V. Faça o cálculo dos multiplicadores de forma que o arranjo do circuito deve ser o da Figura abaixo.

Bibliografia: BALBINOT, A., BRUSAMARELLO, V. J., "Instrumentação e Fundamentos de Medidas", Volume 1, 2a Edição, LTC, Rio de Janeiro, 2011. FILHO, SÓLON DE MEDEIROS. Fundamentos de Medidas Elétricas. Editora Guanabara. Segunda Edição. 1991

13


Aula Prática 04 – Princípio de funcionamento do Amperímetro

1- Objetivos:

Verificar o princípio de funcionamento dos amperímetros CC.


2.1 Amperímetro O galvanômetro é um instrumento de bobina móvel e imã permanente que não pode ser operado com altos valores de corrente. Para realizar a medida de maiores valores de corrente é necessário a utilização de um resistor ligado em paralelo com a bobina móvel, denominado derivador. A faixa de medição de um instrumento de bobina móvel pode ser expandida com o uso de vários derivadores selecionados por uma chave seletora de faixas. A Figura 2 apresenta um amperímetro de múltiplas escalas.






Laboratório

04

Figura 1: configuração amperímetro.

14

4- Procedimento Prático Parte 1: Montar o circuito na configuração Amperímetros

a) No circuito 02 do módulo M-1102 faça com que a corrente de fundo de escala (Ibmax) do galvanômetro de bobina móvel seja 1 mA. Para realizar esse procedimento os terminais 2c e 2d devem ser curto-circuitados.

b) Projete o circuito 03 do módulo M-1102 para se obter os valores solicitados abaixo.

c) Meça a resistência interna do mecanismo móvel (Rg) através da inserção de um multímetro digital entre os pontos 2a e 2b do Circuito 02.

Rg

d) Monte os circuitos das Figuras 04, 05 e 06 e verifique o que ocorre com os

valores indicados pelo instrumento de bobina móvel.


R1 1 V 1 mA

R2 1,5 V 1 mA

R3 2 V 1 mA

Figura 2: configuração para 1mA

.

15


R1 1 V 10 mA

R2 1,5 V 10 mA

R3 2 V 10 mA


R1 1 V 100 mA

R2 1,5 V 100 mA

R3 2 V 100 mA

7 Questões: a) Qual a configuração adequada para ligar um amperímetro ao circuito que se

deseja verificar valores de corrente.

b) Um mecanismo de dÁrsonval no qual o Rg= 100Ω e Ibmax = 1mA deve ser

convertido em um amperímetro de calibre igual a 0,5A. Calcule o valor da resistência

do derivador.



.


.

16


Aula Prática 05 – Princípio de funcionamento do Ohmímetro

1- Objetivos:

Verificar o princípio de funcionamento dos Ohmímetros


2.1 Ohmímetros Para realizar medidas de resistência, utilizando um galvanômetro com sua escala graduada em ohms, é necessário que circule uma corrente pelo elemento a ser medido, que provoca a movimentação do ponteiro proporcional ao valor deste. Para isso é necessário formar um circuito composto por um galvanômetro, uma fonte, elementos resistivos e o elemento desconhecido. Pode ser ligado em série ou em paralelo. Observando o circuito, é possível verificar que o potenciômetro R serve para ajustar o zero ohm, isto é, a corrente de fundo de escala do galvanômetro, quando os terminais A e B estiverem curto-circuitados. Retirando o curto-circuito, ao ligar o resistor desconhecido Rx, circulará uma corrente proporcional a esse elemento.

Portanto, pode-se escrever: Para Rx=0

Laboratório

05

Figura 1: Circuito Ohmímetro Série.

17

𝐸 = (𝑔 + 𝑅). 𝐼𝑔

𝑅 =𝐸

𝐼𝑔− 𝑔

Para Rx≠0

𝐸 = (𝑔 + 𝑅 + 𝑅𝑥). 𝐼𝑥 , 𝑜𝑛𝑑𝑒 𝐼𝑥 < 𝐼𝑔

𝐸 = (𝑔 + 𝑅). 𝐼𝑥 + 𝑅𝑥 . 𝐼𝑥

𝑅𝑥 =𝐸

𝐼𝑥− (𝑔 + 𝑅)

Substituindo (1) em (2):

𝑅𝑥 =𝐸

𝐼𝑥− [𝑔 + (

𝐸

𝐼𝑔− 𝑔)]

𝑅𝑥 =𝐸

𝐼𝑥− [𝑔 + (

𝐸

𝐼𝑔− 𝑔)]

𝑅𝑥 =𝐸

𝐼𝑥− [𝑔 + (

𝐸

𝐼𝑔− 𝑔)]





• Resistências: 750, 2k 4,5k e 12k


4- Procedimento Prático Parte 1: Montar o circuito na configuração Ohmímetro

a) No circuito 02 do módulo M-1102 faça com que a corrente de fundo de escala (Ibmax) do galvanômetro de bobina móvel seja 1 mA. Para realizar esse procedimento os terminais 2c e 2d devem ser curto-circuitados.

b) No circuito 04 faça as seguintes conexões:

• Ajuste a fonte CC para 3 volts;

• Positivo da fonte no ponto 4n;

• Negativo da fonte no ponto 4m;

• O ponto 4i no ponto 2b;

• O ponto 4k no ponto 2a;

18

• As pontas de provas (ou resistências que devem ser medidas) devem ser ligadas no ponto 4a e 4b.

c) Para calibrar o ohmímetro realize um curto-circuito entre os pontos 4a e 4b e realize o ajuste do zero com potenciômetro do kit (zero adj);

d) Monte a tabela abaixo:

Resistência Resistência

Multímetro

Resistência medida no

Galvanômetro

R1

R2

R3

R4

8 Questões:

a) Elabore um gráfico com os valores verificados de resistências.


19


Aula Prática 06- Utilização de instrumentos de medição de grandezas elétricas

1- Objetivos: Aplicar conceitos básicos de estatística. Utilizar ferramentas gráficas

para comprovação de dados experimentais. Aplicar conceitos de medição de grandezas elétricas.


a) Resistores: dispositivo elétrico muito utilizado em eletrônica, que oferece resistência a passagem de corrente elétrica.

b) Ohmímetro: deve se realizar a medição com o circuito desligado e com cuidado para não tocar no componente.

Laboratório

06

http://pt.wikipedia.org/wiki/Eletricidade

http://pt.wikipedia.org/wiki/Eletr%C3%B4nica

20

c) Voltímetro: importe ajustar a escala de tensão para corrente contínua ou alternada e o mesmo deve ser ligado em paralelo ao circuito.

d) Amperímetro: importe ajustar a escala de corrente para contínua ou alternada e o mesmo deve ser ligado em série com o circuito.

e) Multímetro: junção dos três medidores citados anteriormente. Apresenta a versão digital e a analógica .

Figura 1: exemplos de multímetros analógicos e digitais

Equações para valor médio e desvio padrão

( )

1

2

1

1

1

1

N

i

i

N

i

i

x xN

x xN

=

=

=

= −−

3- Materiais e Equipamentos: a) 2 tipos Multímetro digitais

b) 1 resistência de 100 Ω com 5% de tolerância

c) 1 resistência de 200 Ω com 5% de tolerância

d) 1 resistência de 300 Ω com 5% de tolerância

e) 1 matriz de contatos

f) fonte de corrente contínua ajustável

4- Procedimento Prático Parte 1: Medir Valores de Resistência

a) Medir os valores de resistência dos resistores com 5% de tolerância calcule também a média e o desvio padrão .

Resistência Medida 1 Medida 2 Medida 3 Média Desvio

padrão

R1

R2

R3

21

Tabela 1- Medida da resistência usando multímetro digital 1.

Resistência Medida 1 Medida 2 Medida 3 Média Desvio

padrão

R1

R2

R3

Tabela 2- Medida de resistência usando multímetro digital 2.

5- Procedimento Prático Parte 2: Medir Valores de Corrente a) Monte um circuito de malha simples com cada um dos resistores, individualmente. b) Medir os valores de corrente utilizando os resistores com 5% de tolerância e calcule a média e o desvio padrão da corrente.

RESISTÊNCIA DE 100 Ω 5%

Corrente Medida 1 Medida 2 Medida 3 Média Desvio

padrão

i

Tabela 3 - medida da corrente usando multímetro digital 1.



padrão

i

Tabela 4 – Medida da corrente usando multímetro digital 1.



padrão

i

Tabela 5 - Medida de corrente usando multímetro digital 1.

22



padrão




padrão

i




padrão


6- Procedimento Prático Parte 3: Medir Valores de Tensão da Fonte

Tensão Medida 1 Medida 2 Medida 3 Média Desvio

padrão

V1

V2

V3

Tabela 9 - Medida de tensão usando multímetro digital 1.

23

Tensão Medida 1 Medida 2 Medida 3 Média Desvio

padrão

V1

V2

V3

Tabela 12 - Medida de tensão usando multímetro digital 2.

7- Questões:

a) Em qual escala os instrumentos foram ajustados para realizar as medidas?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

b) O que é erro de paralaxe? Em qual tipo de equipamento ele acontece? ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

c) Cite três vantagens dos instrumentos digitais quando comparados com os instrumentos analógicos?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


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Aula Prática 07- Utilização de instrumentos de medição de grandezas elétricas corrente

alternada

1. Objetivos: Aplicar conceitos básicos de medições de corrente, tensão e potência.

2. Conceitos adicionais:

a) Lâmpadas: emitem luz devido um filamento de tungstênio que se torna incandescente durante a passagem de corrente elétrica. Para evitar a combustão do filamento todo o ar é retirado da lâmpada deixando apenas gases inertes (nitrogênio, argônio entre outros)

Figura 1 - exemplo de lâmpada incandescente.

b) Voltímetro: não importa ajustar a escala de tensão para corrente contínua ou alternada o mesmo deve ser ligado em paralelo ao circuito. c) Amperímetro: não importa ajustar a escala de corrente para contínua ou alternada o mesmo deve ser ligado em série com o circuito. d) Multímetro: junção de voltímetro e amperímetro e ohmímetro. Apresenta a versão digital e a analógica.

Figura 2 - Exemplos de multímetros analógicos e digitais.

Laboratório

07

25

3. Materiais e Equipamentos: a) 2 Multímetros digitais b) 1 lâmpada de 60 W c) 1 lâmpada de 80 W d) 1 lâmpada de 100 W

e) Fonte de corrente alternada ajustável (varivolt)

4. Procedimento Prático Parte 1: Verificar os valores de tensão, corrente e potência quando as lâmpadas são ligadas individualmente no varivolt.

LÂMPADA DE 60 W

Tensão Tensão Corrente Potência

P = V.i

Status

50 V

100 V

150 V

200 V

220 V

Tabela 1 - Cálculo de potência, corrente e tensão.

LÂMPADA DE 80 W

Tensão Tensão Corrente Potência Status

50 V

100 V

150 V

200 V

220 V


26

LÂMPADA DE 100 W

Tensão Tensão Corrente Potência Status

50 V

100 V

150 V

200 V

220 V


5. Procedimento Prático Parte 1: Verificar os valores de tensão, corrente e potência quando as três lâmpadas são ligadas em série.

TODAS AS LÂMPADAS

Tensão Tensão Corrente Potência Status 60w Status 80w Status 100w

50 V

100 V

150 V

200 V

220 V


6. Procedimento Prático Parte 3: verificar os valores de tensão, corrente e

potência quando as lâmpadas são ligadas em paralelo.

TODAS AS LÂMPADAS

Tensão Tensão Corrente Potência Status 60w Status 80w Status 100w

50 V

100 V

150 V

200 V

220 V

Tabela 5 - Cálculo de potência, corrente e tensão .

27

7. Questões:

a) Realize os cálculos que comprovem os valores obtidos no item 4?

b) Realize os cálculos que comprovem os valores obtidos no item 5?

c) Realize os cálculos que comprovem os valores obtidos no item 6?


28


Aula Prática 08 - Utilização de instrumentos para realizar medidas de temperatura

1- Objetivos: Aplicar conceitos básicos de medições de temperatura.

2- Conceitos adicionais: a) Termopar:Um termopar funciona medindo a diferença de potencial causada por fios diferentes. Isso pode ser usado para medir diretamente a diferença de temperaturas ou para medir uma temperatura absoluta, colocando uma junção a temperatura conhecida. Existem oito tipos se termoelementos: S, R, B, J, K, N, T e E;

b) PT-100:A termoresistência de platina é a mais usada industrialmente devido à grande estabilidade e precisão. Faixa de trabalho: Classe A (-200 a 650 °C) e Classe B (-200 a 850 °C – a mais usada). São sensores de temperatura cujo princípio de funcionamento baseia-se na variação da resistência elétrica do elemento condutor em função da temperatura.

.


a) 2 Multímetros digitais b) 2 Termopares

c) 1 Termômetro

d) 1 recipiente com gelo

Laboratório

08

Figura 1: exemplo de termopares.

Figura 2: exemplo de PT-100.

29

e) 1 mergulhão

4- Procedimento Prático Parte 1: Verificar os valores de temperatura

apresentados pelo Termopar tipo J e o termômetro.

Temperatura C Tensão Temperatura

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

5- Procedimento Prático Parte 2: Verificar os valores de temperatura

apresentados pelo termopar tipo K e o termômetro.

Temperatura C Tensão Temperatura

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Tabela 1: Valores apresentados pelo sensor de temperatura termopar

tttrttermopar.

30

6- Questões:

c) Cite três vantagens e três desvantagens dos termopares. d) Cite as características de três tipos de termopares: J, K e N

e) Cite três vantagens e três desvantagens dos termopares.


Tabela 2: Valores apresentados pelo sensor de temperatura PT-100.

tttrttermopar.

31


Aula Prática 09 – Wattímetro

1- Objetivos:

Verificar o funcionamento do Wattímetro.


Wattímetro: equipamento usado para medir potência elétrica de um circuito elétrico. Composto por amperímetro e um voltímetro interno

Figura 1: Exemplos de wattímetro digital.

3- Materiais e Equipamentos: a) 3 lâmpadas potencias diferentes (100, 80 e 60 Watts) b) 1 Varivol c) 1 wattímetro d) 2 multímetros

4- Procedimento Prático Parte 1: ligar a lâmpada de 60 W na fonte de tensão

• Ligar a lâmpada e verificar os valores de tensão e corrente usando o multímetro. Calcular o valor da potência usando esses dois parâmetros quando aplicada uma tensão de 220 V e verificar se os valores especificados coincidem com os valores obtidos nas medições

• Comparar os valores obtidos no wattímetro com os valores obtidos no item anterior.

• Traçar um gráfico de tensão x potência de acordo com os valores da tabela abaixo.

Tensão 20 V 60V 100V 140V 180 220

Potência

Laboratório

09

32

5- Procedimento Prático Parte 2: ligar a lâmpada de 80 W em uma tensão de 220 V.



• Traçar um gráfico de tensão x potência com os valores de tensão na tabela abaixo.

Tensão 20 V 60V 100V 140V 180 220

Potência

6- Procedimento Prático Parte 3: ligar a lâmpada de 100 W em

uma tensão de 220 V.



• Traçar um gráfico de tensão x potência de acordo com os valores de tensão na tabela abaixo.

Tensão 20 V 60V 100V 140V 180 220

Potência

7- Procedimento Prático Parte 4: ligar as lâmpada de 60, 80 e 100 W em paralelo na fonte de tensão

• Ligar as lâmpadas e verificar os valores de tensão e corrente usando o multímetro. Calcular o valor da potência usando esses dois parâmetros quando aplicada uma tensão de 220 V e verificar se os valores especificados coincidem com os valores obtidos nas medições


• Traçar um gráfico de tensão x potência de acordo com os valores de tensão na tabela abaixo.

Tensão 20 V 60V 100V 140V 180 220

Potência

33

8- Questões:

a) Calcule o valor de corrente na lâmpada dado o valor de tensão da rede

e potência das lâmpadas dos itens: 4, 5 e 6?

b) Calcule o valor de resistências das lâmpadas dado o valor de tensão da rede e potência das lâmpadas dos itens: 4, 5 e 6?


34


Aula Prática 10 – Medidores de Energia

1- Objetivos:

Pesquisar sobre o funcionamento dos medidores de energia analógicos e digitais.


Medidores de Energia Analógicos:

Medidores de Energia Digitais:

Laboratório

10

Figura 1: Medidores de energia analógicos.

Figura 2: Medidores de energia digitais.

35

3- Procedimento Teórico 1: Pesquisar sobre o princípio de funcionamento dos medidores de energia analógicos

• Onde são usados;

• Que tipo de potência eles realizam medição;

• Custo médio;

• Verificar se possível realizar integração do mesmo com processos automatizados;

• Citar fabricantes;

• Modo de funcionamento.

4- Procedimento Teórico Parte 2: Pesquisar sobre o princípio de funcionamento dos medidores de energia analógicos

• Onde são usados;

• Que tipo de potência eles realizam medição;

• Custo médio;

• Verificar se possível realizar integração do mesmo com processos automatizados;

• Citar fabricantes;

• Modo de funcionamento.


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Aula Prática 11 – Osciloscópios

1- Objetivos:

Pesquisar sobre o funcionamento dos osciloscópios analógicos e verificar o funcionamento dos osciloscópios digitais.


Utilizado para medir comportamento de um sinal por exemplo. Pode verificar, por exemplo:

• Amplitude de um sinal: valores máximos, pico –a – pico e eficaz em corrente alternada e contínua;

• Tempo: período, frequência, atrasos e desfasamentos entre dois sinais;

• Existência de interferência;

• Comparação entre entrada e saída de um circuito.

Osciloscópios Analógicos: o sinal é amplificado e apresentado no tubo de imagem.

.

Osciloscópios Digitais: apresenta o sinal convertido para o formato digital e depois é mostrado na tela de LCD.

Laboratório

11

Figura 1: Osciloscópios analógicos.

Figura 2: Osciloscópios digitais.

37


a) Gerador de funções; b) Osciloscópio digital c) Cabos.

4- Procedimento Prático 1: Realizar as medições abaixo utilizando osciloscópio digital

• Ajuste o gerador de função para a frequência de 10 Hz onda senoidal.

• Meça os seguintes valores no osciloscópio usando o canal 1: valor pico-a-pico, valor RMS, frequência e período da onda.


• Ajuste o gerador de função para a frequência de 100 Hz onda quadrada.



• Ajuste o gerador de função para a frequência de 1k Hz onda senoidal.


7- Questões: a) Cite três vantagens do osciloscópio digital quando comparado ao

analógico. b) Para que serve o botão auto no osciloscópio digital. c) Quais são as unidades do eixo x e y do osciloscópio quando comparado

ao plano cartesiano.


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Aula Prática 12 – Princípio de Funcionamento do Osciloscópio

1- Objetivos: Usar o osciloscópio como ferramenta para realizar análise em circuitos.

2- Conceitos adicionais: O osciloscópio permite a visualização da amplitude de sinais elétricos, sejam eles

voltagem, corrente, potência, em formato de uma figura, principalmente como uma função do tempo. Todo osciloscópio é composto pelas seguintes partes:

• Fonte de alimentação;

• Tubo de raios catódicos;

• Base de tempo;

• Amplificador Horizontal;

• Amplificador Vertical.


• 1 gerador de funções

• Matriz de contatos

• 2 capacitores de 100 nF

• 2 capacitores de 10 nF

• 2 resistores com tolerância de 5% (1/4 ou 1/8 W) de 330Ω

• 2 resistores com tolerância de 5% (1/4 ou 1/8 W) de 820Ω

4- Procedimento Prático Parte 1:

Monte o circuito e ligue a entrada do gerador de funções, ajustando as frequências

determinadas na tabela abaixo e meça no osciloscópio a amplitude.

Laboratório

12

Figura 1: Exemplo de um osciloscópio.

.

39

Freq 100 500 1k 2k 3k 4k 5k 6k 7k 8k 10k 50k

Vin

Vout

Nesse circuito, meça também as frequências às quais a tensão de saída tem as

seguintes relações com a tensão de entrada.

𝑉𝑠𝑎í𝑑𝑎

𝑉𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎



30% 50% 70%

Freq (Hz)


Monte o circuito e ligue a entrada do gerador de funções, ajustando as frequências

determinadas na tabela abaixo e meça no osciloscópio a amplitude.

Freq 1k 5k 7,5k 10k 15k 20k 25k 30k 50k 75k 100k

Vin

Vout

Nesse circuito, meça também as frequências às quais a tensão de saída tem as seguintes relações com a tensão de entrada.





30% 50% 70%

Freq (Hz)

Figura 2: Circuito 1.

.


.

40

Procedimento Prático Parte 3:

Monte o circuito e ligue a entrada do gerador de funções, ajustando as freqüências determinadas na tabela abaixo e meça no osciloscópio a amplitude.

Freq 1k 5k 7,5k 10k 15k 20k 25k 30k 50k 75k 100k

Vin

Vout

Nesse circuito, meça também as frequências às quais a tensão de saída tem as

seguintes relações com a tensão de entrada.





30% 50% 70%

Freq (Hz)

6- Questões:

a) Desenhe os gráficos dos três circuitos usando somente escala linear. b) Desenhe as curvas amplitude relativa x frequência para os três exercícios. Para isso

utilize escala linear no eixo y e escala logarítmica no eixo x. Para calcular a amplitude

relativa, faça 𝑦 = 20 log (𝑉𝑠𝑎í𝑑𝑎

𝑉𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎)

c) Descreva os itens de ajuste encontrados em Osciloscópio geralmente.



.

41


Aula Prática 13 – Noções de Eletrônica Analógica e Eletrônica Digital

1- Objetivos:

Aplicar conceitos básicos de medidas em componentes analógicos utilizando diodos e transistores.


ELETRÔNICA ANALÓGICA

a) Diodo:semicondutor que pode comportar-se como condutor ou isolante elétrico de acordo com a tensão aplicada aos seus terminais. Essa característica permite que o diodo possa ser utilizado como retificador de tensão.

b) Transistores: é formado por três camadas de materiais semicondutores, podendo ser do tipo NPN ou PNP.

Laboratório

13

Figura 2: Transistores NPN e PNP

Figura 1: Diodo

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ELETRÔNICA DIGITAL a) Portas lógicas E:

b) Portas lógicas OU:

c) Portas lógicas NÃO:

3- Materiais e Equipamentos: a) 1 diodo b) 2 Multímetros c) 1 matriz de contato d) Fonte de tensão ajustável e) Circuito integrado: 7408, 7432 e 7405 f) Resistor de 330 Ω g) LED (Diodo Emissor de Luz)

4- Procedimento Prático Parte 1: Diodo.

a) Teste do Diodo: nos multímetros digitais é necessário ajustar o equipamento para o teste de diodo. Se o valor obtido for inferior a 0,5 V o componente pode estar danificado. Verifique com dois multímetros diferentes os valores apresentados pelos diodos.

Diodo Direto Reverso

Tabela 1- Verificação do funcionamento do diodo.

Figura 3: Esquema elétrico, Símbolo, Função e tabela verdade porta lógica E.

Figura 4: Esquema elétrico, Símbolo, Função e tabela verdade porta lógica OU.

Figura 5: Símbolo, Função e tabela verdade porta lógica NAO.

43

b) Curva Característica polarização direta:

• Medir e anotar os valores de Vde Id utilizando o multímetro;

• Desenhar um gráfico dos valores apresentados Id x Vd

CC

1k

A

V

E R Id Vd

V Ω A V

2 1k

3 1k

5 1k

7 1k

Tabela 2- Valores de tensão e corrente no diodo.

c) Curva Característica polarização reversa:

• Inverta a posição do transistor e meça e anote os valores de Vd e Id utilizando o multímetro;

• Desenhar um gráfico dos valores apresentados Id x Vd

CC

1k

A

V

E R Id Vd

V Ω A V

2 1k

3 1k

5 1k

7 1k

Tabela 3- Valores de tensão e corrente no diodo.

Figura 6: Diodo polarizado diretamente

Figura 7: Diodo polarizado

reversamente

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5- Procedimento Prático: Verificar na prática o funcionamento de portas lógicas.

a) Verificar os valores de tensão apresentados nas saídas com nível alto e baixo. Valor de tensão nível 0 = ______ V Valor de tensão nível 1 = ______ V

b) Verificar os valores de tensão apresentados no circuito lógico AND usando o circuito 7408.

A B Saída

0 0

0 1

1 0

1 1

Tabela 4- Resultados obtidos no circuito AND.

c) Verificar os valores de tensão apresentados no circuito lógico OR usando o circuito 7432.

A B Saída

0 0

0 1

1 0

1 1

Tabela 5- Resultados obtidos no circuito OR.

.

Figura 8: Esquema do circuito 7808.


45

d) Verificar os valores de tensão apresentados no circuito lógico NOT usando a porta

7405.

A Saída

0

1

Tabela 6- Resultados obtidos no circuito NOT.

6- Questões:

a) Cite duas aplicações de diodos?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

b) Cite duas aplicações de transistores? ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

c) Escreva a expressão de S correspondente ao diagrama abaixo, da forma como está

desenhado, não desenvolva ou simplifique. Construa a tabela da verdade.


46

d) Obtenha a expressão algébrica para cada diagrama abaixo: Construa a tabela da

verdade.

e) Levantar a expressão lógica correspondente ao diagrama de blocos apresentado a

seguir e preencher a tabela da verdade


47


Aula Prática 14 –Sinais e Ruídos

1- Objetivos:

Verificar no MATLAB o comportamento de Sinais e Ruídos.

2- Conceitos adicionais: a) Sinal analógico:

– Variação contínua da amplitude – Número infinito de símbolos

b) Sinal digital: – Variação discreta da amplitude – Número finito de símbolos – Maior imunidade ao ruído e distorção do canal – Codificação

c) Operações Básicas com Sinais Multiplicação por escalar – Modifica a amplitude do sinal original – Se x(t) for um sinal, uma mudança de escala é dado pelo sinal y(t) = cx(t) Se c > 1 tem-se uma amplificação Se 0 < c < 1 tem-se uma atenuação

Laboratório

14

Figura 1: Sinal analógico.

Figura 2: Sinal digital.

48

Escalonamento temporal – Modifica a duração do sinal original O sinal f(2t)éf(t)comprimido por um fator de 2.O sinal f(t/2) é f(t) expandido por um fator de 2. Em geral: - se f(t)é comprimido de um fator a > 1, o sinal resultante seráf(at). - se f(t) é expandido de um fator a > 1, o sinal resultante seráf(t/a).

Figura 3: Escalonamento temporal.

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Deslocamento Temporal – Realiza o deslocamento do sinal original sobre o eixo do tempo –y(t) = x(t - T) • Se T> 0 tem-se atraso no tempo • Se T< 0 tem-se adiantamento no tempo

Reversão Temporal – Realiza o rebatimento do sinal em relação ao eixo do tempo –y(t) = x(-t)

d) Ruídos

Figura 4: Deslocamento temporal.

Figura 5: Reversão temporal

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3- Materiais e Equipamentos: e) Computador e software MATLAB


• Gerar um sinal senoidal. t=-pi≤0.01≤pi Seno(2*t)


• Gerar um sinal senoidal da parte 1 com ruído aleatório variando de -1 ate 1.


• Gerar um sinal senoidal atenuado em 0.2 do original (parte 1).


• Gerar um sinal senoidal com amplificado 3 vezes .


• Gerar um sinal senoidal adiantado em 2t em relação ao sinal da parte

1.


• Gerar um sinal senoidal atrasado 3t em relação ao sinal da parte 1.


• Gerar um sinal digital (0-1).

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11- Questões:

c) Defina o conceito de correlação?

d) Defina o conceito de autocorrelação?

e) Defina convolução de sinais?

f) Pesquise sobre a influência do ruídos nos meios de comunicação (rádio, TV, celulares)


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Aula Prática 15 - Utilização de sensores de presença indutivos e capacitivos

1- Objetivos:

Verificar o principio de funcionamento dos sensores de presença

capacitivos e indutivos.

2- Conceitos adicionais: a) Sensores Indutivos:

Figura 1- Sensor indutivo.

b) Sensores Capacitivos:.

Figura 2 - Sensor Capacitivo.

3- Materiais e Equipamentos: a) 1 sensor indutivo b) 1 sensor capacitivo

4- Procedimento Prático Parte 1: 5- Questões:


Laboratório

15

caderno de laboratório de medidas elétricas...

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