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ELETRICISTA FORÇA E CONTROLE

MEDIDAS ELÉTRICAS

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MEDIDAS ELÉTRICAS

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É proibida a reprodução total ou parcial, por quaisquer meios, bem como a produção de apostilas, sem

autorização prévia, por escrito, da Petróleo Brasileiro S.A. – PETROBRAS.

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CORRÊA, Carlos Jesus Anghinoni e BADIA,José Octávio

Medidas Elétricas / CEFET-RS. Pelotas, 2008.

80P.:63il.

PETROBRAS – Petróleo Brasileiro S.A.

Av. Almirante Barroso, 81 – 17º andar – Centro CEP: 20030-003 – Rio de Janeiro – RJ – Brasil

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ÍNDICE

UNIDADE I ............................................................................................................................................... 9

1.1 Introdução ...................................................................................................................................... 9

1.2 Classificação dos instrumentos de medição................................................................................ 10

1.2.1 Quanto ao modo de indicação do valor da grandeza medida:............................................. 10

1.2.1.1 Instrumentos indicadores ou mostradores.................................................................... 10

1.2.1.2 Instrumentos registradores ........................................................................................... 10

1.2.1.3 Instrumentos integradores ............................................................................................ 11

1.2.2 Quanto ao uso .................................................................................................................. 11

1.2.2.1 Instrumentos para painéis ou quadros de comando..................................................... 11

1.2.2.2 Instrumentos portáteis................................................................................................... 11

1.2.3 Quanto ao tipo de grandeza mensurável ......................................................................... 12

1.2.4 Quanto a natureza do torque moto ( instrumentos eletromecânicos ) ................................ 12

1.3 Principio de funcionamento dos instrumentos de medição ......................................................... 13

1.4 Detalhes Construtivos.................................................................................................................. 14

1.5 Algumas características elétricas dos instrumentos de medição ................................................ 15

1.6 Noções de Padrão, Aferição e Calibração................................................................................... 18

1.6.1 Padrão .................................................................................................................................. 18

1.6.2 Aferição................................................................................................................................ 18

1.6.3 Calibração............................................................................................................................ 18

UNIDADE II ............................................................................................................................................ 19

2.1 Classificação dos Erros ............................................................................................................... 19

2.1.1 Erros grosseiros.................................................................................................................... 19

2.1.2 Erros sistemáticos ................................................................................................................ 20

2.1.2.1 Erros Instrumentais ....................................................................................................... 20

2.1.2.2 Erros ambientais ........................................................................................................... 21

2.1.3 Erros acidentais .................................................................................................................... 21

2.2 Erro absoluto e erro relativo......................................................................................................... 22

UNIDADE III .......................................................................................................................................... 23

3.1 Considerações Gerais ................................................................................................................. 23

UNIDADE IV .......................................................................................................................................... 27

4.1 Introdução .................................................................................................................................... 27

4.2 Instrumentos de bobina móvel ou de ímã permanente ............................................................... 28

4.2.1 Constituição .......................................................................................................................... 28

4

4.2.2 Principio de Funcionamento ................................................................................................. 29

4.2.2.1 O Torque Motor ............................................................................................................ 29

4.2.2.2 Torque Restaurador ou Antagonisgta...................................................................... 30

4.2.2.3 Torque de Amortecimento............................................................................................. 30

UNIDADE V ............................................................................................................................................ 32

5.1 Medição de tensões e correntes.................................................................................................. 32

5.1.1 Medição de tensões contínuas............................................................................................. 32

5.1.1.1 Voltímetro de múltiplos calibres .................................................................................... 33

5.1.2 Medição de tensões Alternadas ........................................................................................... 34

5.1.2.1 Instrumento de bobina móvel e ímã permanente com retificador................................. 35

5.1.3 Cuidados no manuseio do voltímetro (CC ou CA) ............................................................... 36

5.1.4 Medição como Amperímetro DC .......................................................................................... 37

5.1.4.1 Amperímetro de múltiplos calibres (multiamperímetro) ................................................ 38

5.1.4.2 Modo de ligar o Amperímetro:....................................................................................... 39

5.1.4.3 Erro provocado pelo Amperímetro na corrente do circuito ........................................... 39

5.1.4.4 Cuidados no manuseio do amperímetro: ...................................................................... 40

5.1.5 Medição como Ohmímetro ................................................................................................... 40

5.1.5.1 Cuidados na utilização do Ohmímetro: ......................................................................... 42

5.1.5.2 Testes com o Ohmímetro.............................................................................................. 42

UNIDADE VI ........................................................................................................................................... 44

6.1 Introdução .................................................................................................................................... 44

6.2 Instrumentos de repulsão ou de palheta móvel........................................................................... 45

6.2.1 Princípio de Funcionamento................................................................................................. 45

6.2.2 Instrumentos de repulsão de lâminas concêntricas ............................................................. 46

6.2.2.1 Vantagens e desvantagens do instrumento de ferro móvel tipo repulsão.................... 47

6.2.3 Amortecimento do conjunto móvel ....................................................................................... 48

6.2.3.1 Amortecimento por atrito sobre o ar.............................................................................. 48

6.2.3.2 Amortecimento por atrito sobre líquido ......................................................................... 49

6.2.3.3 Amortecimento magnético ............................................................................................ 50

6.2.4 Escala ................................................................................................................................... 51

6.2.5 Voltímetro de Ferro Móvel FOLTÍMETROS ......................................................................... 51

6.2.5.1 Voltímetros de Ferro Móvel para quadros de distribuição e comando ......................... 52

6.2.6 Amperímetro de Ferro Móvel................................................................................................ 53

6.2.6.1 Amperímetro de Ferro móvel para quadros de distribuição e comando....................... 53

6.2.7 Chave comutadora para voltímetro e amperímetro.............................................................. 55

UNIDADE VII .......................................................................................................................................... 56

7.1 Considerações gerais .................................................................................................................. 56

UNIDADE VIII ......................................................................................................................................... 58

5


UNIDADE IX ........................................................................................................................................... 59


UNIDADE X ............................................................................................................................................ 60

10.1 Considerações gerais ................................................................................................................ 60

UNIDADE XI ........................................................................................................................................... 61


UNIDADE XII .......................................................................................................................................... 62


UNIDADE XIII ......................................................................................................................................... 63


UNIDADE XIV......................................................................................................................................... 66


14.2 Como usar o Megôhmetro ......................................................................................................... 67

UNIDADE XV.......................................................................................................................................... 69


UNIDADE XVI ........................................................................................................................................ 70


16.2 Freqüencímetros Eletrodinâmicos ............................................................................................. 70

16.3 Freqüencímetros de Indução ..................................................................................................... 71

16.4 Freqüencímetros de lingüeta vibratória ..................................................................................... 72

UNIDADE XVII........................................................................................................................................ 75


17.2 Eletrodo de aterramento ............................................................................................................ 76

17.3 Cuidados na medição ................................................................................................................ 77

17.4 Conclusões e recomendações................................................................................................... 78

BIBLIOGRAFIA....................................................................................................................................... 79

6

LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 – Ponteiro acoplado a uma bobina móvel ............................................................................ 13

Figura 1.2 – Partes principais de um instrumento de medidas elétricas ............................................... 14

Figura 1.3 – Dados para equação.......................................................................................................... 16

Figura 1.4 – Wattímetro e símbolos para classe de isolação. ............................................................... 16

Figura 1.5 - Categoria de medição......................................................................................................... 17

Figura 2.1 – Erro de paralaxe................................................................................................................. 20

Figura 3.1 – Símbolos diversos.............................................................................................................. 23

Figura 3.2 – Símbolos diversos (2) ........................................................................................................ 24



Figura 4.1 Instrumento de bobina móvel ou de imã permanente .......................................................... 28

Figura 4.2 – Torque Motor...................................................................................................................... 29

Figura 4.3 - Torque de Amortecimento .................................................................................................. 31

Figura 5.1 - Medição de tensões contínuas ........................................................................................... 33

Figura 5.2 - Voltímetro de múltiplos calibres.......................................................................................... 33

Figura 5.3 - Instrumento de bobina móvel e ímã permanente com retificador ...................................... 35

Figura 5.4 - Instrumento de bobina móvel e ímã permanente com retificador (2)................................. 35

Figura 5.5 - Medição como Amperímetro DC ........................................................................................ 37

Figura 5.6 - Medição como Amperímetro DC ........................................................................................ 38

Figura 5.7 - Amperímetro de múltiplos calibres (multiamperímetro)...................................................... 38

Figura 5.8 - Modo de ligar o Amperímetro ............................................................................................. 39

Figura 5.9 - Medição como Ohmímetro ................................................................................................. 40

Figura 5.10 - Teste de isolação.............................................................................................................. 42

Figura 5.11 - Medição da resistência de um resistor ............................................................................. 43

Figura 6.1 - Princípio de Funcionamento ............................................................................................... 45

Figura 6.2 - Instrumentos de repulsão de lâminas concêntricas ........................................................... 46

Figura 6.3 - Amortecimento por atrito sobre o ar ................................................................................... 48

Figura 6.4 - Amortecimento por atrito sobre líquido............................................................................... 49

Figura 6.5 - Amortecimento por atrito sobre líquido (2) ......................................................................... 49

Figura 6.6 - Amortecimento magnético .................................................................................................. 50

Figura 6.7 - Escala ................................................................................................................................. 51

Figura 6.8 – Sistema de ligação............................................................................................................. 52

Figura 6.9 - Sistemas de ligação de amperímetros ............................................................................... 54

7

Figura 7.1 - instrumentos eletrodinâmicos ............................................................................................. 56

Figura 7.2 - Amortecimento pneumático ................................................................................................ 57

Figura 8.1 - Instrumento de indução ...................................................................................................... 58

Figura 9.1 - Instrumento de bobinas cruzadas....................................................................................... 59

Figura 10.1 – Instrumento Eletrostático ................................................................................................. 60

Figura 11.1 – Voltímetros ....................................................................................................................... 61

Figura 12.1 - Amperímetros ................................................................................................................... 62

Figura 12.2 – Amperímetros (2) ............................................................................................................. 62

Figura 13.1 - Volt-amperímetro tipo alicate............................................................................................ 63

Figura 13.2 – Componentes básicos do volt-amperímetro tipo alicate.................................................. 64

Figura 13.3 – Medição de corrente com volt-amperímetro tipo alicate.................................................. 64

Figura 13.4 - Volt-amperímetro tipo alicate (2) ...................................................................................... 65

Figura 13.5 - Volt-amperímetro tipo alicate (3) ...................................................................................... 65

Figura 14.1 - Megôhmetros .................................................................................................................... 66

Figura 14.2 – Megôhmetros (2).............................................................................................................. 67



Figura 15.1 – Medidores de potência..................................................................................................... 69

Figura 16.1 - Freqüencímetros Eletrodinâmicos .................................................................................... 70

Figura 16.2 - Freqüencímetros de Indução............................................................................................ 71

Figura 16.3 - Freqüencímetros de lingüeta vibratória ............................................................................ 72

Figura 16.4 - Freqüencímetros de lingüeta vibratória (2)....................................................................... 74

Figura 17.1 – Terrometro Digital ............................................................................................................ 75

Figura 17.2 – Terrometro Analógico....................................................................................................... 76

8

LISTA DE TABELAS

Tabela 1.1 – Tabela de classe de precisão ou de exatidão................................................................... 16

Tabela 5.1 - Código de cores para resistores ........................................................................................ 43

Tabela 14.1 – Corrente do circuito X Resistência de isolamento .......................................................... 68

9

I – GENERALIDADES SOBRE OS INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO

1.1 Introdução

A medida elétrica é uma das técnicas moderas de grande valor. Com ela podem ser resolvidos

problemas na pesquisa em geral e, principalmente, aqueles referentes ao controle, avaliação e

processos industriais, pois requerem dentro de sua evolução, métodos sempre mais complexos que

resultam num controle mais rígido das diversas fases do processamento.

Os instrumentos de medição são dispositivos utilizados para realizar medições nos mais variados

ramos de atividades, seja no comercio nas áreas de saúde, segurança e meio ambiente. No nosso

caso vamos nos deter ao estudo dos instrumentos destinados a realizar a medição das grandezas

elétricas.

Como existem varias grandezas elétricas a serem medidas, os instrumentos variam conforme

a sua complexidade e utilização, no que se refere a sua conexão e funcionamento.

O processo de medição, em geral, envolve a utilização de um instrumento como o meio físico

para determinar uma grandeza ou o valor de uma variável. O instrumento atua como extensão da

capacidade humana e, em muitos casos, permite que alguém determine o valor de uma quantidade

desconhecida, o que não seria realizável apenas pela capacidade humana sem auxílio do meio

utilizado. Um instrumento pode então ser definido como o dispositivo de determinação do valor ou

grandeza de uma quantidade ou variável.

10

1.2 Classificação dos instrumentos de medição

1.2.1 Quanto ao modo de indicação do valor da grandeza medida:

Podemos dividir os instrumentos de medida quanto ao seu emprego nos seguintes grupos:

• Instrumentos Indicadores ou Mostradores;

• Instrumentos Registradores;

• Instrumentos Integradores.

1.2.1.1 Instrumentos indicadores ou mostradores

São instrumentos que indicam em qualquer momento o valor instantâneo, eficaz, médio ou de

pico da grandeza a ser medida Exemplos: amperímetro, voltímetro, Ohmímetro, wattímetro, etc.

A indicação da grandeza pode se dar pelo deslocamento de um ponteiro sobre uma escala

graduada (instrumentos analógicos) ou pela representação numérica em um display (instrumentos

digitais).

Um instrumento de medição indicador também pode fornecer um registro.

1.2.1.2 Instrumentos registradores

São instrumentos que registram os valores da grandeza sobre um rolo de papel graduado,

permitindo que mesmo após o instrumento ter sido desligado possamos fazer uma analise da

variação da grandeza medida durante o período em que o instrumento permaneceu ligado.

Os instrumentos que são ligados a computadores, para armazenamento temporário ou

permanente do valor da(s) grandeza(s) medida em disco rígido, disquete, cd, etc., também são

classificados como registradores.

Um instrumento registrador também pode apresentar uma indicação da grandeza.

11

1.2.1.3 Instrumentos integradores

São instrumentos cujo mostrador apresenta o valor acumulado da grandeza medida, desde o

momento em que os mesmos foram instalados até o presente momento.

Exemplos: Medidor de energia elétrica.

Nestes instrumentos o valor da grandeza é obtido pela diferença entre a leitura no fim do período,

chamada “leitura atual” e a leitura feita no início do período, chamada de “leitura anterior”.

1.2.2 Quanto ao uso

1.2.2.1 Instrumentos para painéis ou quadros de comando

São empregados para medidas contínuas, isto é, são fixos ou embutidos em painéis indicando,

controlando ou registrando continuamente uma grandeza qualquer. Geralmente têm dimensões

normalizadas para facilidade de troca sem grandes interrupções.

1.2.2.2 Instrumentos portáteis

Os instrumentos portáteis são empregados na manutenção ou em laboratório e, portanto, de uso

descontínuo, para avaliação, controle e pesquisa de uma instalação ou de um outro instrumento.

De acordo com a finalidade de uso do instrumento, deve-se fazer a sua escolha, portanto, um

instrumento para a manutenção de instalações, sujeito a trabalhos em condições adversas, deve ser

um instrumento sólido, construído de modo a suportar choques e vibrações, não havendo

necessidade de ter grande sensibilidade ou uma grande precisão. Isto não acontece no entanto, com

os instrumentos e laboratório que poderão ser de construção mais frágil, mas conservando grande

sensibilidade e precisão, pois poderão servir como padrões para aferição de outros instrumentos ou

empregados para medições exatas de grandezas importantes.

12

1.2.3 Quanto ao tipo de grandeza mensurável

• Amperímetro;

• Voltímetro;

• Frequencimetro;

• Wattímetro;

• Fasímetro;

• Varímetro;

• Ohmímetro, etc.

1.2.4 Quanto a natureza do torque moto ( instrumentos eletromecânicos )

Os instrumentos dividem-se de acordo com a finalidade e quanto aos sistemas de medição com

qual funcionam. Os sistemas de medição mais empregados são os seguintes:

• Bobina Móvel e ímã permanente ( BMIP );

• Ferro Móvel;

• Lâminas vibráteis;

• Eletrodinâmico;

• Eletrônico Digital.

Modernamente estão se impondo os instrumentos com sistema eletrônico em virtude do

aperfeiçoamento e confiabilidade sempre melhor dos componentes eletrônicos.

13

1.3 Principio de funcionamento dos instrumentos de medição

Os primeiros instrumentos para medidas de grandezas elétricas eram baseados na deflexão de

um ponteiro acoplado a uma bobina móvel imersa em um campo magnético, conforme figura 1.1..

Figura 1.1 – Ponteiro acoplado a uma bobina móvel

Uma corrente aplicada na bobina produz o seu deslocamento pela força de Lorentz. Um

mecanismo de contra reação (em geral uma mola) produz uma força contraria ao modo que a

deflexão do ponteiro é proporcional à corrente na bobina.

Estes instrumentos analógicos, mesmo com a sua grande utilização, são de qualidades inferiores

se comparadas às dos instrumentos digitais, pois apresentam imprecisão de leitura, fragilidade,

desgastes mecânicos entre outros fatores.

Os instrumentos digitais atuais são inteiramente eletrônicos, não possuindo partes móveis. São

mais robustos, precisos, estáveis e duráveis. São baseados em conversores analógicos/digitais (A/D)

e são facilmente adaptáveis a uma leitura automatizada. Além disso, o custo dos instrumentos digitais

é em geral inferior (com exceção dos osciloscópios).

14

1.4 Detalhes Construtivos

A figura 1.2 mostra as partes principais de um instrumento de medidas elétricas. O instrumento,

propriamente dito, com os seus acessórios internos intercambiáveis se chama instrumento de medida

elétrica.

Figura 1.2 – Partes principais de um instrumento de medidas elétricas

O instrumento com seus acessórios externos intercambiáveis, ou não, formam o conjunto de

medição. Desmembrando o instrumento de medida elétrica em seus componentes principais

encontramos as seguintes partes:

• O mecanismo ou sistema de medição;

• A caixa externa de proteção;

• O mostrador;

• O ponteiro;

• Acessórios internos.

•

Cada uma das partes mencionadas acima apresentam as características e funções que são

características de cada instrumento.

15

1.5 Algumas características elétricas dos instrumentos de medição

Não é possível fazer uma medição cujo resultado seja absolutamente exato, é importante

conhecer-se qual o grau de exatidão da medida e como os diferentes tipos de erros afetam a

medição. Um bom aparelho de medição requer sensibilidade e exatidão.

• Sensibilidade é a relação entre o deslocamento da marca (percurso que a marca efetua sobre a

escala durante a medição) e a variação da grandeza de medida, referida sempre e somente ao

deslocamento da marca e nunca ao ângulo de desvio. Sensibilidade não significa o mesmo que

exatidão, como se pode comparar com a explicação que se dá de exatidão.

• Exatidão é a aptidão de um instrumento para dar respostas próximas ao valor verdadeiro do

mensurando. A exatidão pressupõe a variabilidade das medidas (embora feitas em condições

idênticas), sendo o valor central da distribuição (geralmente a média aritmética) o “exato”.

Portanto, quanto maior a quantidade de medidas feitas, mais exata será sua representação.

Obviamente, é recomendável que todo instrumento ou método possua precisão e exatidão. A

primeira dessas qualidades de fidedignidade é controlada pela calibração, feita por comparação à

medida de um padrão cujo valor (preciso) é conhecido. Sem esse conhecimento, o desvio da

escala não pode ser aferido. Já a segunda característica (exatidão) pode ser conseguida pelo

aumento infinito do número de medidas. Ou, pelo menos, com um número finito, mas até a

aproximação desejada ou necessária.

• Classe de precisão ou de exatidão: é a margem de erro porcentual que se pode obter na

medição de uma determinada grandeza, por meio de um instrumento de medidas elétricas. Os

instrumentos de precisão para laboratório têm classe de precisão de 0,1; 0,2 ou 0,5. Os

instrumentos de serviço para fins normais têm classe de precisão de 1,0; 1,5; 2,5 ou 5,0. Estes

números são conhecidos como “índice de classe” (IC) e podem ser calculados pela seguinte

equação:

Onde representa o erro absoluto máximo.

Como exemplo da utilização da classe de precisão, consideremos a medição de tensão indicada

em 120V por um voltímetro de classe de precisão 1,5 e cuja escala graduada seja de 0 a 300V. Para

tanto está sendo solicitado que você calcule o erro absoluto máximo

16

Figura 1.3 – Dados para equação

Aplicando os dados acima na equação teremos o seguinte desenvolvimento e resultado:

Este resultado indica que os 120 V lidos no instrumento são, na realidade 120±4,5, ou seja, pode

variar de 115,5V a 124,5V.

É importante salientar que a Classe de precisão ou de exatidão deve vir impresso no visor do

instrumento, conforme tabela abaixo.

Tabela 1.1 – Tabela de classe de precisão ou de exatidão

Instrumentos de alta precisão

Instrumentos para fins normais Classe

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

• 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).

Este valor é simbolicamente representado nos instrumentos por úmeros 1, 2, 3 ou 5, contidos no

interior de uma estrela.

Figura 1.4 – Wattímetro e símbolos para classe de isolação.

17

Os valores significam tensões de isolação em KV. Quando a estrela se encontrar vazia a tensão

de isolação é de 500V. Devemos tomar o cuidado de não utilizar instrumentos de medidas elétricas

com tensão de isolação inferior à tensão da rede, pois podemos causar danos aos instrumentos e

risco ao operador. A tensão de isolação deve ser sempre maior que a tensão da rede.

• Categoria de medição: é definida pelos padrões internacionais, podendo variar entre os níveis I

a IV, onde os sistemas são divididos de acordo com a distribuição de energia. Esta divisão é

baseada no fato de que um transiente perigoso de alta energia, como um raio, será atenuado ou

amortecido à medida que passa pela impedância (resistência CA) do sistema.

Figura 1.5 - Categoria de medição

18

1.6 Noções de Padrão, Aferição e Calibração

1.6.1 Padrão

É um elemento ou instrumento de medida destinado a definir, conservar e reproduzir a unidade

base de medida de uma determinada grandeza. Possui uma alta estabilidade com o tempo e é

mantido em um ambiente neutro e controlado. (temperatura, pressão, umidade, etc.)

1.6.2 Aferição

Procedimento de comparação entre o valor lido por um instrumento e o valor padrão apropriado

da mesma grandeza. Apresenta caráter passivo, pois os erros são determinados, mas não corrigidos.

1.6.3 Calibração

Procedimento que consiste em ajustar o valor lido com um instrumento com o valor padrão de

mesma natureza. Apresenta caráter ativo, pois além de determinado é corrigido

19

II – TEORIA DOS ERROS

2.1 Classificação dos Erros

Podemos definir os erros que surgem nas leituras dos instrumentos de medição como sendo o

desvio observado entre o valor medido e o valor verdadeiro (ou aceito como verdadeiro). De acordo

com a causa, ou origem, dos erros cometidos nas medidas, estes podem ser classificados em:

grosseiros, sistemáticos e acidentais.

2.1.1 Erros grosseiros

São erros causados por falha do operador, como por exemplo a troca na posição dos algarismos

ao escrever os resultados, os enganos nas operações elementares efetuadas, posicionamento

incorreto da vírgula nos números contendo decimais, ajustes e aplicações incorretas dos

equipamentos e o erro de "paralaxe". Esses erros ocorrem normalmente pela imperícia ou distração

do operador.

O erro de paralaxe é um erro de observação que ocorre quando o olho humano não está

diretamente sobre o ponteiro do medidor.

Uma visada oblíqua causa o deslocamento aparente do ponteiro para a direita ou para a

esquerda, dependendo de que lado do ponteiro o olho do observador está localizado.

A fim de reduzir o erro de paralaxe, a maioria dos instrumentos de bancada e multitestes são

providos de um espelho no mostrador. Para usar a escala de espelho, um olho só deve ser

empregado; o olho deve então ser posicionado de modo a fazer com que o ponteiro e seu reflexo no

espelho coincidam.

20

A seguir, a medida pode ser lida com o máximo de exatidão.

Figura 2.1 – Erro de paralaxe

Os erros grosseiros podem ser evitados com a repetição dos ensaios pelo mesmo operador, ou

por outros operadores.

2.1.2 Erros sistemáticos

Este tipo de erro é geralmente dividido em duas categorias: erros instrumentais e erros

ambientais.

2.1.2.1 Erros Instrumentais

São erros inerentes aos instrumentos de medição devido à sua estrutura interna. Por exemplo, o

atrito entre as partes móveis dos instrumentos, tensão mecânica irregular da mola de torção, consumo

de energia elétrica dos instrumentos, etc. Estes erros farão com que o instrumento dê indicação

incorreta. Podemos também citar como exemplo de erros instrumentais os erros de calibração,

motivando indicações superiores ou inferiores ao longo de toda a escala do instrumento.

21

2.1.2.2 Erros ambientais

São erros devidos às condições externas ao dispositivo de medição, incluindo o meio

circundante, como por exemplo as variações de temperatura, umidade, pressão ou campos elétricos e

magnéticos. Alterações na temperatura ambiente causam mudanças nas propriedades elásticas das

molas e na resistência elétrica dos resistores que compõem a estrutura interna do instrumento,

afetando sua indicação. Campos magnéticos externos causam alterações na intensidade do campo

magnético interno dos instrumentos do qual depende seu funcionamento correto. Podemos evitar os

erros ambientais tomando os seguintes cuidados ou precauções:

• Utilização de ar condicionado ( necessário apenas em medições de alto grau de exatidão, como

por exemplo medições em laboratório).

• Uso de blindagens magnéticas (necessárias aos instrumentos eletrodinâmicos que são utilizados

próximos à fontes de campos magnéticos, como por exemplo, motores, transformadores, etc.).

2.1.3 Erros acidentais

A experiência mostra que, a mesma pessoa, realizando os mesmos ensaios com os mesmos

elementos constitutivos de um circuito elétrico, não consegue obter, cada vez, o mesmo resultado. A

divergência entre estes resultados é devida à existência de um fator incontrolável, o “fator sorte”. Para

usar uma tecnologia mais científica, diremos que os erros acidentais são a conseqüência do

“imponderável” (algo que não se pode avaliar). Como já foi dito, são erros essencialmente variáveis e

não suscetíveis de limitação. Este tipo de erro só é detectável em medições de alto grau de exatidão.

22

2.2 Erro absoluto e erro relativo

A palavra “erro” designa a diferença algébrica entre o valor medido Vm de uma grandeza e o seu

valor verdadeiro, ou aceito como verdadeiro, Ve , ou seja:

Onde o valor ∆ V é chamado de “erro absoluto”.

Quando o valor Vm encontrado na medida é maior que o valor verdadeiro Ve, diz-se que o erro

cometido é “por excesso”. Quando Vm é menor que Ve , diz-se que o erro cometido é “por falta”.

O “erro relativo” “e” é definido como a relação entre o erro absoluto ∆V e o valor verdadeiro Ve da

grandeza medida:

eVVe ∆=

Para definirmos o erro relativo percentual aplicamos o seguinte equacionamento:

(%) 100 x VVee

∆=

∆V = Vm - Ve

23

III – SIMBOLOGIA EMPREGADA NOS INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO

3.1 Considerações Gerais

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 usados na eletrotécnica e no campo de medição elétrica são mostrados nas

tabelas a seguir.

Figura 3.1 – Símbolos diversos

24

Figura 3.2 – Símbolos diversos (2)

25


26


27

IV – INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO DE BOBINA MÓVEL

4.1 Introdução

Os instrumenos de bobina móvel são apropriados para medição de correntes muito pequenas.

Atualmente constroem-se sistemas muito robustos e sensiveis que permitem a medição da corrente

da ordem de 10µA e ainda menores.

Os instrumentos de medidas elétricas, salvo raras exceções, podem ser distribuídos quanto ao

modo de funcionamento do sistema de medição em quatro grandes grupos que são:

• Magnéticos;

• Térmicos;

• Eletrostáticos;

• De Vibração;

• Eletrônicos.

Os instrumentos de medição magnéticos destinam-se a medir uma grandeza elétrica em circuito,

pelo deslocamento de uma parte móvel em relação a uma parte fixa. Tal deslocamento pode ser

produzido toda vez que uma destas partes é percorrida por uma corrente, gerando um campo

magnético.

Entre a amplitude da corrente e o deslocamento da parte móvel, existe uma proporcionalidade

que fica indicada na aferição da escala.

Neste grupo de instrumentos encontramos os três subgrupos, mais importantes que estão

descritos abaixo:

• Instrumentos de bobina móvel ou de ímã permanente;

• Instrumentos de Ferro Móvel;

• Instrumentos Eletrodinâmicos ou Ferrodinâmicos.

28

4.2 Instrumentos de bobina móvel ou de ímã permanente

Os instrumentos de bobina móvel são os mais utilizados em instalações elétricas. É um dos

primeiros aparelhos que possibilitaram a realização de medição de precisão. Coube ao físico

D´Arsonval o mérito do seu aperfeiçoamento definitivo. Por esta razão o sistema de medição de

medição de bobina móvel ou de ímã permanente é conhecido universalmente como sistema

D´Arsonval.

4.2.1 Constituição

Figura 4.1 Instrumento de bobina móvel ou de imã permanente

Conhecidos também pelos nomes de “instrumentos de bobina móvel e ímã fixo” ou “instrumentos

magneto-elétricos”, estes instrumentos são constituídos, essencialmente das partes mostradas na

figura 4.1, que são:

• Ímã permanente de peças polares cilíndricas.

• Núcleo cilíndrico de ferro doce, com a finalidade de tornar radiais as linhas de fluxo.

• Quadro retangular de metal condutor, em geral feito de alumínio, com a finalidade de servir de

suporte à bobina e produzir amortecimento por correntes de Foucault.

29

• Bobina de fio de cobre, enrolada sobre o quadro de alumínio por onde circulará a corrente a

medir.

• Molas, que têm a finalidade de fazer a conexão elétrica da bobina móvel com os terminais do

instrumento e de produzir o torque “restaurador”, ou “antagonista”, que agirá em oposição ao

torque motor.

• Mancal que tem a finalidade de suportar o elemento móvel.

• Parafuso de ajuste do zero da escala (não mostrado na figura).

• Espelho para evitar erro de paralaxe (não mostrado na figura).

• Ponteiro e escala.

4.2.2 Principio de Funcionamento

4.2.2.1 O Torque Motor

Os instrumentos elétricos empregados na medição das grandezas elétricas, com exceção dos

digitais, têm sempre um conjunto móvel que é deslocado pela ação de um torque motor originado por

um dos efeitos da corrente elétrica: efeito térmico, efeito magnético, etc.

Figura 4.2 – Torque Motor

Os instrumentos BMIP têm o seu princípio de funcionamento baseado no teorema do

magnetismo o qual estabelece que: ”Um condutor percorrido por uma corrente i imerso num campo

magnético B fica submetido à ação de uma força F cujo sentido é dado pela regra dos 3 dedos da

mão esquerda.” Para sabermos o sentido da força F devemos posicionar o dedo indicador no sentido

do campo magnético e o dedo médio no sentido da corrente. O sentido da força F nos será dado

pelo polegar.

PÓLO NORTE

PÓLO

SUL

F

F i

O

30

Assim, considerando-se que a corrente na bobina móvel e o campo magnético de um

instrumento BMIP têm o sentido indicado na figura 4.2, teremos a ação de duas forças F (uma de

cada lado da bobina) com mesma direção e sentidos contrários, conforme indicado nesta figura. A

um sistema de forças como este dá-se o nome de “par, binário ou conjugado” e o momento por ele

produzido em relação ao eixo de rotação da bobina (ponto “O”) chama-se torque. No caso específico

do torque produzido pela interação da corrente da bobina móvel com o campo magnético do ímã

permanente este recebe o nome de “torque motor” e é representado por “τm”. No instrumento BMIP

representado na figura 4.2 o torque motor tem sentido horário. Invertendo-se o sentido da corrente

que circula na bobina móvel desta figura haverá a inversão do sentido do torque motor, uma vez que

o sentido do campo magnético produzido pelo imã permanente não se altera.

4.2.2.2 Torque Restaurador ou Antagonisgta

Quando o elemento móvel se desloca, devido à ação do torque motor, as molas “m”, com uma

extremidade presa ao eixo da bobina e a outra à carcaça do instrumento, ficam sob tensão mecânica,

originando o “torque restaurador ou antagonista”, representado por “τa”, cujo sentido é contrário ao

torque motor. Estas molas, além de produzirem o torque restaurador, têm como função fazer com

que o elemento móvel retorne à posição zero, quando cessado o torque motor (i = 0), e também de

servir de condutor para a corrente que circula na bobina móvel. Nos instrumentos que utilizam

suspensão por fio o torque restaurador é fornecido pela resistência do fio à torção. O fio de

sustentação destes instrumentos também tem como finalidade conduzir a corrente até a bobina

móvel.

OBS: - Na posição “zero” ou de “repouso”, 0am == ττ

- Na posição de equilíbrio (medição), 0am ≠= ττ

4.2.2.3 Torque de Amortecimento

O torque de amortecimento “τam “ é produzido pela ação do freio no conjunto móvel.

No instrumento tipo “indicador” o freio tem a função de evitar as oscilações do conjunto móvel em

torno da posição de equilíbrio e evitar também os deslocamentos bruscos do conjunto móvel ao partir

da posição de repouso e ao voltar a ela, quando cessado o torque motor. Nos instrumentos de bobina

móvel e ímã permanente o torque de amortecimento é produzido pela fôrma de alumínio em torno da

qual a bobina móvel é enrolada.

31

A fôrma de alumínio atua como uma espira curto-circuitada imersa em um campo magnético,

conforme mostrado na figura 4.3. O freio de indução mostrado nesta figura funciona da seguinte

maneira:

Quando o conjunto móvel se desloca no sentido horário, pela ação do torque motor, os lados

da espira cortam as linhas de fluxo do campo magnético produzido pelo ímã permanente. Na espira é

induzida uma corrente cujo sentido é dado pela regra da mão direita, onde o indicador deve ser

colocado no sentido do campo magnético do ímã permanente e o polegar no sentido do deslocamento

do lado da espira em estudo. O sentido da corrente elétrica, que circula nos lados da espira, é dado

pelo dedo médio e aponta para fora do papel, no lado direito da bobina da figura 3.3, e para dentro do

papel no lado esquerdo, considerando-se que o conjunto móvel está girando no sentido horário.

A interação entre a corrente que circula na espira (fôrma de alumínio) e o fluxo magnético do ímã

permanente dá origem às forças “Fam”, cujo sentido é dado pela regra da mão esquerda. Estas

forças por sua vez produzem no conjunto móvel um “torque de amortecimento” cujo sentido é oposto

ao deslocamento angular do elemento móvel. No caso da figura 4.3, o torque de amortecimento tem

sentido anti-horário.

Figura 4.3 - Torque de Amortecimento

Conforme a velocidade do conjunto móvel diminui, a força Fam também diminui, de modo que

quando o conjunto móvel pára os lados da espira (fôrma de alumínio) não cortam mais as linhas de

força do campo magnético produzido pelo ímã permanente, fazendo com que a corrente induzida na

fôrma de alumínio e, conseqüentemente o torque de amortecimento sejam nulos . Neste caso, os

únicos torques que atuam no conjunto móvel são o torque motor e o torque restaurador, os quais

possuem sentidos opostos, ou seja, o torque de amortecimento está condicionado ao deslocamento

do conjunto móvel.

Quando o conjunto móvel se desloca no sentido anti-horário o torque de amortecimento tem

sentido contrário ao anterior, ou seja, tem sentido horário.

τam

τm

PÓLO NORTE

PÓLO SUL

Ii

Fam

Fam

32

V – APLICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS DE BOBINA MÓVEL

5.1 Medição de tensões e correntes

Os instrumentos de medição do tipo de bobina móvel, devido a sua versatilidade são os mais

empregados em medições de laboratórios, principalmente no que se refere à medição de tensões e

correntes.

Trataremos neste capitulo das aplicações principais desses instrumentos, iniciando nossos

estudos com aqueles correspondentes às medições de tensão e de corrente contínua com as

subseqüentes explicações e empregos de resistores e derivadores (Shunt).

5.1.1 Medição de tensões contínuas

Todo mecanismo Instrumentos de bobina móvel ou de ímã permanente possui uma certa tensão

nominal que causará a deflexão máxima ou de fundo de escala de seu ponteiro. Esta tensão nominal

é determinada pela corrente nominal, ou de fundo de escala, e pela resistência interna do

instrumento Instrumentos de bobina móvel ou de ímã permanente.

Por exemplo, um instrumento Instrumentos de bobina móvel ou de ímã permanente de 50µA com

uma resistência interna de 2KΩ deflexionará até o fim da escala quando uma tensão de 0,1V (50µA x

2KΩ) for aplicada entre os seus terminais.

Isso quer dizer que o mecanismo sozinho pode medir tensões de até 0,1V. Assim a escala do

medidor pode ser calibrada de 0 a 0,1V. Porém, se ele receber uma tensão muito maior, tal como

10V, por exemplo, poderá danificar-se.

Para ampliarmos a faixa de medição do voltímetro devemos colocar um resistor em série com o

instrumento de bobina móvel ou de ímã permanente. Este resistor recebe a denominação de "resistor

complementar" e tem a função de limitar a corrente no instrumento de bobina móvel ou de ímã

permanente a um valor menor ou igual à corrente nominal do instrumento.

33

Quando a tensão aplicada nos terminais do instrumento for igual ao seu calibre, a corrente que

circulará no instrumento de bobina móvel ou de ímã permanente será igual à corrente nominal, o que

ocasionará a deflexão do ponteiro até o fim da escala.

Figura 5.1 - Medição de tensões contínuas

5.1.1.1 Voltímetro de múltiplos calibres

Se o instrumento for de múltiplos calibres, haverá tantos resistores para serem conectados em

série com o instrumento de bobina móvel ou de ímã permanente quantos forem os calibres do

instrumento, sendo a seleção do resistor feita por meio de uma chave seletora (figura 5.2.a), pelos

bornes do instrumento (figura 5.2.b) ou ambas.

Figura 5.2 - Voltímetro de múltiplos calibres

Rc

_ + C

BMIP

Rc Rc Rc

C V1 V2 V3

_ + + +

BMIP

B A

Rc Rc Rc

C +

_

BMIP

S

34

5.1.2 Medição de tensões Alternadas

Se ligarmos um instrumento de bobina móvel e ímã permanente à uma fonte de tensão

alternada, durante meio ciclo haverá um torque deflexionando o ponteiro em direção ao fundo de

escala e no meio ciclo seguinte, teremos um torque deflexionando o ponteiro em sentido oposto,

resultando num torque motor médio nulo.

Se a freqüência for muito baixa, menor do que 10 Hz, por exemplo, o ponteiro oscilará em torno

do ponto zero. À freqüência comercial (60Hz), para os instrumentos comuns a inércia é tal que o

ponteiro não sai muito da origem, mas apenas vibra ligeiramente em torno do zero.

Conseqüentemente, se ligarmos um instrumento de bobina móvel e ímã permanente diretamente

à um circuito de corrente alternada, não conseguiremos obter leitura alguma. Para solucionar este

problema, o fabricante do instrumento faz a ligação do instrumento de bobina móvel e ímã

permanente à fonte CA através de um circuito retificador o qual converte a tensão alternada em uma

tensão pulsante unidirecional.

35

5.1.2.1 Instrumento de bobina móvel e ímã permanente com retificador

Nas figuras 5.3 e 5.4 apresentamos dentro do tracejado o circuito interno de um voltímetro de

corrente alternada onde o instrumento BMIP é ligado à uma fonte de tensão alternada (cujo valor

eficaz se deseja conhecer) através de retificador de meia onda e através de retificador de onda

completa, respectivamente.

A tensão agora aplicada ao elemento móvel do instrumento não é mais uma tensão alternada,

mas uma tensão pulsante unidirecional.

Se a freqüência da fonte de tensão alternada for superior à 10 Hz, o ponteiro do instrumento

convergirá para o valor médio da tensão devido à inércia do elemento móvel que faz com que o

ponteiro não consiga acompanhar as variações rápidas da tensão. Com freqüência menor do que 10

Hz, haverá uma vibração indesejável do ponteiro.

Figura 5.3 - Instrumento de bobina móvel e ímã permanente com retificador

Figura 5.4 - Instrumento de bobina móvel e ímã permanente com retificador (2)

V

t

t

VG

R D1

~ V

+

_ VG

+

BMIP _ D3

D2 D4

_

VOLTÍMETRO CA

BMIP VG

+

~

R D

V

+

_

t

t

V

VG _

VOLTÍMETRO CA

36

OBS: A deflexão do ponteiro do instrumento BMIP é proporcional ao valor médio da tensão

retificada que é aplicada na bobina móvel do instrumento BMIP. Porém, o que queremos medir é o

valor eficaz da tensão alternada. No caso de uma tensão alternada senoidal, a relação entre o valor

médio da tensão retificada e o valor eficaz da tensão alternada é igual a 1,11, para o retificador de

onda completa, e 2,22 para o retificador de meia onda. Este valor é levado em consideração no

projeto do multiteste.

5.1.3 Cuidados no manuseio do voltímetro (CC ou CA)

• Ao usar um voltímetro de múltiplos calibres ou um multiteste, se não souber a ordem de

grandeza da tensão a ser medida, comece pelo maior calibre e então vá decrescendo até obter

uma boa indicação.

• Observar a polaridade correta ao medir valor de tensão contínua. Polaridade invertida causará

deflexão contrária, podendo danificar o ponteiro indicador devido ao choque com o batente.

Com tensão alternada, o ponteiro do instrumento irá deflexionar sempre no sentido correto.

37

5.1.4 Medição como Amperímetro DC

Amperímetro é o instrumento que mede corrente elétrica. Comumente podemos chamar de

miliamperímetros e microamperímetros, instrumentos que medem correntes da ordem de miliampéres

e microampéres, respectivamente.

Para a medição de corrente elétrica podemos utilizar um instrumento de bobina móvel e ímã

permanente (BMIP) conectado em série com a carga. Desta forma, a corrente que circula pela carga

circulará também pelo instrumento BMIP. Porém, uma vez que a corrente nominal ou de fundo de

escala do instrumento BMIP é muito pequena, nossa medição ficará limitada a correntes de pequena

intensidade (da ordem de µA ou mA no máximo).

Figura 5.5 - Medição como Amperímetro DC

Se quisermos medir correntes de maior intensidade, devemos colocar em paralelo com o

instrumento BMIP um resistor para desviar parte da corrente de carga do instrumento.

Este resistor é denominado de resistor "SHUNT" ou "DERIVAÇÃO" e é dimensionado de modo

que quando a corrente de carga for igual ao calibre do amperímetro, a corrente no instrumento BMIP

será igual à corrente de fundo de escala (menor do que a corrente de carga), deslocando o ponteiro

do instrumento até o fim da escala. Quando a corrente de carga for menor do que o calibre do

amperímetro, a corrente no instrumento BMIP será menor do que a corrente de fundo de escala e o

ponteiro não mais deflexionará até o fundo de escala.

A escala do instrumento é graduada em função da corrente da carga (que é a corrente que

desejamos conhecer) e não da corrente que circula pelo instrumento BMIP.

BMIP

C A R G A

VCC

+

_

+ _

I

38

A razão para o resistor Rs ser conectado em paralelo com o instrumento BMIP é que ao contrário

do voltímetro, o amperímetro vai ligado em série com a carga e sua resistência deve ser a menor

possível para não alterar de modo significativo o valor da corrente que o instrumento vai medir.

Figura 5.6 - Medição como Amperímetro DC

5.1.4.1 Amperímetro de múltiplos calibres (multiamperímetro)

A B

Figura 5.7 - Amperímetro de múltiplos calibres (multiamperímetro)

Da mesma forma que no voltímetro, a seleção do calibre do amperímetro pode ser feita por meio

de uma chave seletora (figura 5.7.a), pelos bornes do instrumento (figura 5.7.b) ou ambos.

BMIP

CARGA

VCC + _

+ _ RS I

IS

IB

- C + A3 + A1 + A2

RS1 RS2 RS3

BMIP

+

BMIP

A1

A2

A3

RS1

RS2

RS3

- C

39

5.1.4.2 Modo de ligar o Amperímetro:

Para se medir a intensidade de corrente elétrica num trecho do circuito, é necessário que essa

corrente percorra o medidor, que deve estar introduzido em série com o circuito, no trecho

considerado.

Figura 5.8 - Modo de ligar o Amperímetro

5.1.4.3 Erro provocado pelo Amperímetro na corrente do circuito

Quando introduzido no circuito para medir uma corrente elétrica, o amperímetro provoca uma

alteração na corrente que está sendo medida. Esta alteração ocorre porque o medidor, como todo

condutor, possui uma resistência chamada de resistência interna ( Ri ). Pelo fato de ser introduzida

essa resistência Ri em série no circuito a resistência total do circuito fica maior, conforme podemos

observar na figura 3.16 onde a resistência total do circuito é R + RI . Assim a corrente altera-se para

um valor menor do que o real.

Portanto, quanto menor for a resistência interna do amperímetro (Ri), mais próxima da corrente

original estará a indicação do instrumento, ou seja, menor será o erro introduzido pelo instrumento na

corrente medida. O amperímetro ideal apresenta resistência interna nula.

R

I

V

+

_

A

40

5.1.4.4 Cuidados no manuseio do amperímetro:

• Jamais ligar um amperímetro direto nos terminais de uma fonte de tensão. Devido à

baixa resistência do amperímetro circulará uma alta intensidade de corrente que poderá

danificar o delicado mecanismo da bobina móvel. Ligar um amperímetro sempre em série

com uma carga que limite a corrente a um valor seguro.

• Ao usar um multiamperímetro, comece o teste sempre pela maior escala; dai, então, vá

selecionando escalas menores até obter uma deflexão razoável.

• Toda vez que for necessário trocar a posição da chave comutadora, devemos desligar

uma das ponteiras do circuito, pois durante a comutação de um calibre para outro o

instrumento de bobina móvel e ímã permanente poderá ficar sem resistor shunt, o que

poderá causar danos ao equipamento.

• Observar a polaridade correta. Uma ligação incorreta provoca deflexão no sentido

contrário, o ponteiro pode danificar-se quando se chocar contra o batente.

5.1.5 Medição como Ohmímetro

O Ohmímetro é um instrumento utilizado na medição de resistências de pequeno e médio valor.

É constituído basicamente de duas pontas de prova, uma bateria, um instrumento BMIP, uma

resistência fixa R1 e uma resistência variável R2 ligados em série como mostrado na figura 5.9.

Figura 5.9 - Medição como Ohmímetro

+

BATERIA

_

Ponteiras de prova

_ +

R1

R2

BMIP

(PRETA) (VERMELHA)

41

O Ohmímetro funciona da seguinte maneira:

Quando as pontas de prova estão em aberto, não há corrente circulando pelo mecanismo BMIP e

o ponteiro fica em repouso na extremidade esquerda da escala. Este ponto é identificado com o

símbolo de infinito (∞), pois corresponde a uma resistência infinita ou muito maior que a capacidade

do instrumento em medir.

Conectando-se as ponteiras de prova do Ohmímetro nos terminais de um resistor R, a bateria

interna gera uma corrente elétrica que circula pelo instrumento BMIP, fazendo com que o ponteiro do

instrumento se desloque para uma posição da escala que depende do valor desta corrente e,

conseqüentemente do valor do resistor R. Porém, a escala do medidor é marcada em ohms, com o

zero ohms à direita, e não em unidade de corrente, pois o que queremos medir é o valor do resistor

conectado nas ponteiras de prova do Ohmímetro.

O potenciômetro R2 permite que se faça o ajuste de zero ohms na deflexão de fim de escala e

também tem como função compensar a diminuição da tensão da bateria. Toda vez que formos efetuar

medidas de resistências devemos curto-circuitar as pontas de prova e variar a resistência R2

(potenciômetro de ajuste) até que o ponteiro do instrumento se desloque para a posição de zero

ohms.

O resistor R1 tem a função de limitar a corrente a um valor suportável pelo instrumento BMIP,

mesmo que a resistência do potenciômetro R2 seja nula.

Um Ohmímetro é um instrumento de várias faixas que possibilita uma ampla gama de medidas.

Um Ohmímetro típico possui faixas de x1, x10, x1K, x10K que possibilitam a leitura de resistências

desde zero até vários megohms.

Nos Multitestes com indicação analógica (com ponteiro), geralmente o pólo positivo da bateria

interna está conectado no borne comum (-) (borne preto) do instrumento, enquanto que o pólo

negativo está conectado no borne (+) (borne vermelho). Este conhecimento é importante quando se

deseja identificar os terminais de um componente eletrônico, como por exemplo anodo e catodo de

um diodo, ou identificar o tipo de transistor, NPN ou PNP. Em geral nos Multitestes digitais esta

inversão não ocorre.

42

5.1.5.1 Cuidados na utilização do Ohmímetro:

Nunca meça resistências elétricas em circuitos alimentados com tensão, pois isto danificará o

instrumento. Em circuitos que contenham capacitores, espere até que os mesmos estejam

completamente descarregados.

5.1.5.2 Testes com o Ohmímetro

Teste de continuidade:

Este teste é realizado com o objetivo de verificar se um fio condutor, uma chave, um fusível etc.,

está em boas condições de funcionamento.

A chave comutadora do instrumento deve estar em x1.

• Condutor inteiro: resistência aproximadamente igual a zero,

• Condutor interrompido: resistência aproximadamente infinita.

Teste de isolação:

Este teste é realizado com o objetivo de verificar se uma resistência (ferro elétrico, chuveiro,

enrolamento de um transformador, etc.), está isolada da carcaça do dispositivo, o que evita o choque

elétrico em nosso corpo.

A chave comutadora deve estar posicionada no maior multiplicador.

Figura 5.10 - Teste de isolação

Carcaça do transformador

Enrolamento do transformador

43

Se os enrolamentos de um transformador estiverem isolados da carcaça, o Ohmímetro deverá

indicar resistência infinita, caso contrário a resistência indicada será nula.

Figura 5.11 - Medição da resistência de um resistor

Tabela 5.1 - Código de cores para resistores

1a Faixa 2a Faixa 3a Faixa 4a Faixa Preto 0 0 X1 -

Marrom 1 1 X10 1% Vermelho 2 2 X102 - Laranja 3 3 X103 - Amarelo 4 4 X104 - Verde 5 5 X105 - Azul 6 6 X106 -

Violeta 7 7 X107 - Cinza 8 8 X108 -

Branco 9 9 X109 - Ouro - - X10-1 5% Prata - - X10-2 10%

• A 1a e a 2a faixas - são algarismos

• A 3a faixa - o multiplicador

• A 4a faixa - a tolerância

OBS. Os resistores de 1% de tolerância apresentam 5 faixas, sendo as 3 primeiras os

algarismos, a 4a o multiplicador e a 5a a tolerância.

- Quando não houver a 4a faixa a tolerância do resistor é de 20 %.

Ω

44

VI – INSTRUMENTOS DE FERRO MÓVEL

6.1 Introdução

São também conhecidos como "instrumentos ferromagnéticos" ou "instrumentos

eletromagnéticos". Podem ser subdivididos em duas classificações gerais: o instrumento tipo atração

e o instrumento tipo repulsão, cada um deles tendo diversas subdivisões.

O instrumento de ferro móvel que será estudado nesta unidade é do tipo repulsão de palhetas

concêntricas.

45

6.2 Instrumentos de repulsão ou de palheta móvel

6.2.1 Princípio de Funcionamento

Figura 6.1 - Princípio de Funcionamento

Se duas peças ou palhetas de ferro doce forem montadas juntas dentro de uma bobina e uma

corrente circular através dela, as palhetas de ferro serão magnetizadas com pólos norte em uma

extremidade e sul na outra.

Esta situação pode ser vista na figura 6.1.a. Pelo princípio da "atração e repulsão" do

magnetismo, sabe-se que pólos de mesmo nome sempre se repelem e pólos de nome diferente

sempre se atraem. Portanto, as barras de ferro doce, representadas na figura 6.1.a irão se repelir.

Invertendo-se o sentido da corrente da bobina, conforme mostrado na figura 6.1.b, haverá uma

inversão simultânea do fluxo magnético nas duas barras.

Como conseqüência, teremos uma inversão simultânea dos pólos magnéticos das duas barras e

a força ainda será de repulsão.

Portanto, as forças que atuam sobre as barras são sempre de repulsão, qualquer que seja o

sentido da corrente na bobina.

Por este motivo, um instrumento construído sob este princípio de funcionamento pode ser usado

tanto para medição de corrente alternada quanto em corrente contínua.

Na figura 6.1.c não há força de repulsão, pois a corrente que circula pela bobina é nula.

A força de repulsão poderá ser empregada com a finalidade de medição quando uma barra

estiver montada rigidamente sobre o suporte da bobina e a outra estiver montada sobre o eixo de giro

do instrumento.

N S

N S

N

I

F F

F F

+ _ VC

A

S N

S N

N

I

F F

F F

+ _

VC

B

I = 0

C

46

6.2.2 Instrumentos de repulsão de lâminas concêntricas

Neste instrumento, uma pequena lâmina móvel de ferro doce, encurvada em forma cilíndrica está

montada em um eixo que pode girar sem obstáculos como se pode ver na figura 6.2. Uma outra

lâmina, mais ou menos em forma de cunha e cujo raio é maior do que o da lâmina móvel, está fixada

dentro de uma bobina de formato cilíndrico.

Quando há circulação de corrente pela bobina, as linhas de força do campo magnético produzido

no seu interior passam através das lâminas e fazem com que elas se magnetizem na mesma direção.

Entretanto, as linhas de força magnéticas não se distribuem uniformemente pela lâmina fixa devido ao

seu formato de cunha. Menor número de linhas de força passarão pelo extremo estreito do que pelo

lado mais largo, porque a borda estreita oferecerá maior resistência ou oposição às linhas

magnéticas. Portanto, a parte ampla da lâmina torna-se mais fortemente magnetizada do que o lado

afilado. Na lâmina móvel as linhas de fluxo do campo magnético se distribuem uniformemente

fazendo com que ela seja magnetizada com a mesma intensidade ao longo de sua extensão.

Figura 6.2 - Instrumentos de repulsão de lâminas concêntricas

Considerando-se corrente elétrica circulando em sentido anti-horário na bobina da figura 6.2

(olhando-se de cima), as lâminas serão magnetizadas com pólo norte em cima e sul em baixo. Os

pólos norte e sul do lado estreito da lâmina fixa repelem os pólos norte e sul, respectivamente, da

lâmina móvel, dando origem a um torque no conjunto móvel no sentido anti-horário. Da mesma

forma, os pólos norte e sul do lado mais largo da lâmina fixa repelem os pólos norte e sul,

1.1.1

N

S

LÂMINA MÓVEL

LÂMINA FIXA

EIXO

PONTEIRO

BOBINA

S

N

S

47

respectivamente, da lâmina móvel, dando origem a um torque no conjunto móvel no sentido horário.

Como o lado mais largo da lâmina fixa está mais fortemente magnetizado o torque produzido por este

lado da lâmina será mais intenso do que o torque produzido pelo lado mais estreito e o torque

resultante terá sentido horário. Invertendo-se o sentido da corrente na bobina, haverá a inversão

simultânea dos pólos das duas lâminas sendo que o torque resultante continuará com sentido horário.

Portanto, qualquer que seja o sentido da corrente que circula na bobina, a lâmina móvel será

sempre forçada a girar rumo ao lado mais fino da lâmina estacionária fazendo o ponteiro defletir para

o topo da escala.

6.2.2.1 Vantagens e desvantagens do instrumento de ferro móvel tipo repulsão

Vantagens

• Simplicidade,

• Baixo custo,

• Robustez,

• Não circula corrente pela parte móvel, portanto, o elemento móvel não é danificado por

sobrecorrentes, ainda que elevadas,

• Fácil manutenção.

OBS: Por serem robustos e de baixo custo, os instrumentos de ferro móvel tipo repulsão se

constituem no tipo de instrumento mais utilizado para medição de tensão e corrente em quadros de

comando e distribuição.

Desvantagens

Os instrumentos de ferro móvel exigem mais corrente para produzir a deflexão de fundo de

escala do que os instrumentos de bobina móvel e ímã permanente (BMIP), ou seja, são menos

sensíveis e apresentam maiores perdas de energia. Por isso, raramente são usados em circuitos de

baixa potência. São mais apropriados para serem utilizados em circuitos que operam com correntes

relativamente altas, como as encontradas em circuitos de corrente alternada.

48

6.2.3 Amortecimento do conjunto móvel

Nos instrumentos de ferro móvel e eletrodinâmicos (que estudaremos a seguir) o amortecimento

do conjunto móvel em geral é do tipo: por atrito sobre ar, por atrito sobre líquido ou magnético. Nos

três tipos o valor do torque de amortecimento é proporcional à velocidade angular do conjunto móvel e

seu sentido é contrário ao deslocamento do conjunto móvel.

6.2.3.1 Amortecimento por atrito sobre o ar

Neste tipo de freio o torque amortecedor é produzido pela resistência imposta pelo ar ao

deslocamento de uma palheta metálica, presa ao eixo de rotação do conjunto móvel, ao qual está

também preso o ponteiro, conforme se vê na figura 6.3.

O ar passa de um lado para outro da caixa onde se encontra a palheta, através de pequenos

furos ou da folga existente entre a palheta e a caixa. Uma vez que a passagem do ar se realiza de

forma gradual, resulta num amortecimento do elemento móvel.

Figura 6.3 - Amortecimento por atrito sobre o ar

PALHETA

49

6.2.3.2 Amortecimento por atrito sobre líquido

Neste tipo de freio, mostrado na figura 6.4, o torque amortecedor é produzido pela resistência

imposta pelo líquido ao deslocamento de palhetas solidárias ao eixo do conjunto móvel. Em geral se

utiliza como líquido de amortecimento o óleo mineral. A viscosidade do líquido é escolhida de

acordo com o mais ou menos intenso amortecimento que se queira dar ao movimento do conjunto

móvel.

Figura 6.4 - Amortecimento por atrito sobre líquido

Figura 6.5 - Amortecimento por atrito sobre líquido (2)

1 – lâmina fixa com forma

de cunha,

2 – lâmina móvel em forma

cilíndrica,

3 – bobina,

4 – mola que produz o torque

Eixo do conjunto móvel

Líquido de amortecimento

palheta

50

6.2.3.3 Amortecimento magnético

A construção do amortecedor se resume na disposição de diversos ímãs em um semi-círculo

cuja imantação tem pólos alternados, conforme mostrado na figura 6.5 (6). Sobre estes ímãs

permanentes se desloca uma lâmina de alumínio ou de cobre (5), solidária ao eixo do conjunto móvel,

na qual se produzem correntes cujos campos se opõem ao movimento do disco.

Figura 6.6 - Amortecimento magnético

Na figura 6.6 foi mostrada a lâmina condutora e o campo magnético produzido pelos ímãs

alternados com a lâmina vista de cima. O lado “A” da lâmina se encontra sobre um pólo sul (fluxo

magnético entrando na figura) e o lado “B” sobre um pólo norte (fluxo magnético saindo). Podemos

considerar esta lâmina como sendo constituída de infinitas espiras, sendo que na figura 6.6

mostramos, em tracejado, apenas uma delas.

Devido ao deslocamento da lâmina em relação às linhas de fluxo magnético, produzidas pelos

pólos alternados, será induzida na espira uma corrente elétrica “I” cujo sentido é dado pela regra da

mão direita. Considerando-se deslocamento do conjunto móvel no sentido horário, esta corrente terá

o sentido mostrado na figura 6.6. A interação desta corrente com o fluxo magnético, produzido pelos

ímãs alternados, dá origem a uma força na espira cujo sentido é dado pela regra da mão esquerda.

Esta força produzirá um torque de amortecimento com sentido anti-horário, contrário, portanto, ao

sentido de deslocamento do conjunto móvel.

ω

τam

I

I B

A

51

6.2.4 Escala

Nos instrumentos de bobina móvel e ímã permanente, as escalas de tensão e de corrente

contínua são lineares, ou seja, uma variação igual da grandeza medida no início, meio ou fim da

escala corresponderá à uma mesma variação do ângulo de deflexão do ponteiro. Nos instrumentos

de ferro móvel podemos considerar sua escala aproximadamente linear para valores compreendidos

entre 20 e 100 % do valor de fundo de escala. Conforme mostrado na figura 6.7, a faixa

compreendida entre 0 e 20 % do valor de fundo escala não possui divisões e a leitura obtida neste

intervalo terá uma exatidão muito pobre, devendo, portanto, ser evitada.

Figura 6.7 - Escala

6.2.5 Voltímetro de Ferro Móvel FOLTÍMETROS

Como os voltímetros são ligados em paralelo com a carga ou com a fonte, devem possuir

elevada resistência interna. Por isso, a bobina do voltímetro de ferro móvel deve ser construída com

muitas espiras de fio fino e, sempre que for necessário, se utiliza em série com o instrumento uma

resistência complementar.

52

6.2.5.1 Voltímetros de Ferro Móvel para quadros de distribuição e comando

Dimensões

Os voltímetros são comercializados mais comumente com as seguintes dimensões:

• 144 x 144 mm: a abertura no painel deve ser de 138 x 138 mm.

• 96 x 96 mm: a abertura do painel deve ser de 92 x 92 mm.

• 72 x 72 mm: a abertura do painel deve ser de 69 x 69 mm.

Existem também voltímetros com dimensões retangulares e com formato circular.

Fundo de escala

O fundo de escala do instrumento (VFE) deve ser pelo menos 25 % superior ao valor eficaz da

tensão nominal do sistema (VEF) onde o voltímetro será instalado, ou seja:

VFE = 1,25 x VEF.

Sistema de ligação

Os voltímetros são ligados diretamente à rede em sistemas de baixa tensão (até 500 V),

conforme mostrado na figura 6.8.a ou através de transformadores de potencial (medição indireta) em

sistemas de alta tensão como na figura 6.8.b.

Figura 6.8 – Sistema de ligação

V

Rede elétrica Rede elétrica

V

TP

a – Medição direta b – Medição indireta

53

Especificação do instrumento

É necessário que se informe ao vendedor, na compra de voltímetros, os seguintes elementos:

• Dimensões,

• Tensão de fundo de escala,

• Tipo (ferro móvel ou bobina móvel),

• Freqüência nominal,

• Tensão nominal da bobina, no caso de instrumentos ligados através de transformador de

potencial.

Ex: Voltímetro de ferro móvel, dimensões 96 x 96 mm, fundo de escala 500/115V e freqüência

de 60 Hz.

6.2.6 Amperímetro de Ferro Móvel

Como os amperímetros são ligados em série com a carga devem possuir baixa resistência e

elevada capacidade de condução de corrente. Por isto, a bobina do amperímetro de ferro móvel deve

ser construída com poucas voltas de fio grosso.

6.2.6.1 Amperímetro de Ferro móvel para quadros de distribuição e comando

Dimensões

Os amperímetros de ferro móvel são comercializados com as mesmas dimensões padronizadas

para o voltímetro.

Fundo de Escala

O valor da corrente a ser medida pelo instrumento não deve se situar no fim da escala mas sim à

2/3 da mesma, para permitir a deflexão do ponteiro livremente no caso de picos de corrente.

Se a corrente eficaz a ser medida vale 2/3 do valor de fundo de escala, podemos dizer que:

IFE = 1,5 x IEF

Onde IEF = valor eficaz da corrente a ser medida e IFE = corrente de fundo de escala do

amperímetro.

54

Sobrecarga admissível para os amperímetros

Os instrumentos comercializados pela Siemens, permitem as seguintes sobrecargas:

• Permanente = 1,2 x IFE

• Curta duração = 10 x IFE durante 0,5 s, 9 vezes, com intervalos de 60 s, ou = 10 x IFE

durante 5 s uma vez.

Portanto, no dimensionamento de amperímetros para medição de corrente consumida por

motores elétricos, não precisamos nos preocupar com a corrente de partida do mesmo, pois o

amperímetro suporta até 10 x Ife durante 5 s.

Alguns instrumentos apresentam após o fundo de escala normal, uma escala reduzida que indica

valores de sobrecarga no circuito que se está medindo. Normalmente esta sobrecarga é de 2 vezes o

valor de fundo de escala normal.

Sistemas de ligação de amperímetros

Os amperímetros podem ser ligados ao sistema de duas maneiras:

• Direta: Usada quando a corrente a ser medida é pequena. Os amperímetros utilizados

para medição direta são fabricados para corrente nominal de no máximo 100 A.

• Através de transformadores de corrente (medição indireta): Utilizada em circuitos de

tensão elevada e/ou de corrente elevada.

Figura 6.9 - Sistemas de ligação de amperímetros

Escala

Alguns amperímetros permitem a troca da escala. Com isto, para se ampliar a faixa da corrente

medida por um amperímetro basta trocar o TC e a escala.

A

REDE ELÉTRICA REDE ELÉTRICA

A

TC

a – medição direta b – medição indireta

CARGA CARGA

I I

55

Especificações do instrumento

É necessário que se estabeleça no pedido de compra do amperímetro, no mínimo os seguintes

elementos:

• Dimensões,

• Corrente de fundo de escala ou faixa de escala,

• Tipo,

• Freqüência nominal,

• Corrente nominal da bobina, no caso de instrumentos ligados através de transformador

de corrente.

ex: Amperímetro tipo ferro-móvel, dimensões 96 x 96 mm, fundo de escala de 3000/5 A e

freqüência 60 Hz.

6.2.7 Chave comutadora para voltímetro e amperímetro

Ao invés de utilizarmos três amperímetros (um para cada fase) e três voltímetros (um para cada

tensão de linha) para medirmos a corrente e a tensão em um circuito trifásico, podemos utilizar

apenas 1 amperímetro e 1 voltímetro.

A conexão do amperímetro à cada uma das fases e do voltímetro à cada duas fases é feita

através de chaves comutadoras, uma para o amperímetro e uma para o voltímetro.

56

VII – INSTRUMENTOS ELETRODINÂMICOS

7.1 Considerações gerais

Os instrumentos componentes desse sistema estão baseados na ação múltipla de dois

condutores através dos quais circulam correntes.

Sabe-se que dois condutores com correntes de diferente sentido repelem-se, atraindo-se quando

tiverem o mesmo sentido.

Baseado no acima exposto, os instrumentos eletrodinâmicos compõem-se das bobinas fixa 1 e

móvel 2, conforme figura 7.1.

Figura 7.1 - instrumentos eletrodinâmicos

A bobina móvel possui elevado número de espiras de fio fino, estando dispostas ao redor ou no

interior da bobina fixa.

Sobre o eixo da bobina móvel encontra-se o ponteiro indicador.

Como via de regra, nestes instrumentos usa-se o sistema amortecedor pneumático.

Da mesma forma que em todos os instrumentos, seu sistema móvel equilibra-se mediante a

ajuda de pesas.

Para colocar o sistema móvel na posição zero, utiliza-se um sistema de correção simples.

As pesas e o sistema de correção não aparecem na figura 7.1.

57

Ao circular as correntes pelas bobinas fixa e móvel, está última deslocar-se-á, girando, com

relação a fixa, tendendo a que o sentido do seu campo magnético coincida com o a bobina fixa.

Com estes instrumentos podem ser utilizados como amperímetros, voltímetros ou wattímetros.

Com estes instrumentos pode-se medir correntes contínuas ou alternadas.

O emprego mais freqüente é para medição de potência em corrente alternada.

Nos aparelhos de precisão, evita-se o uso de todo material de ferro no interior do instrumento

para não termos erros por histerese ou correntes de Foucault.

As linhas de campo atravessam exclusivamente o ar, em virtude do qual os campos são

relativamente débeis e os momentos pequenos, figura 7.1.

Utiliza-se somente o amortecimento pneumático (figura 7.2) composto de uma aleta de alumínio

A muito leve, de forma retangular, que está unida por um braço ao eixo de giro B. A aleta desloca-se

no interior da câmara C.

Figura 7.2 - Amortecimento pneumático

58

VIII - INSTRUMENTO DE INDUÇÃO


Este instrumento se compõe de um corpo de ferro quadripolar, que possui dois pares de bobinas

cruzadas entre si. No circuito de corrente de um destes pares de bobinas, inclui-se uma indutância.

Disto resulta um deslocamento de fase entre os pares de bobinas e desta forma, a existência de um

campo girante.

Um tambor de alumínio, montado de tal modo que apresente um movimento giratório, fica sob

efeito indutivo deste campo girante.

As correntes induzidas neste tambor desenvolvem um conjugado e, com isto, uma deflexão do

ponteiro. A força contrária a esta deflexão é conseguida da ação das molas espirais. O amortecimento

do instrumento é feito por um imã, em forma de ferradura, cujo campo atua sobre o tambor girante.

Figura 8.1 - Instrumento de indução

O instrumento de indução, também chamado de instrumento de campo girante ou instrumento de

Ferraris, apenas pode ser usado para corrente alternada.

Devido à indutância, este instrumento sofre a influência da freqüência.

59

IX - INSTRUMENTO DE BOBINAS CRUZADAS


Entre os pólos de um imã permanente, duas bobinas interligadas entre si, porém cruzadas, estão

dispostas de tal forma que possam girar. Cada uma das bobinas é ligada `a determinada tensão. Por

esta razão, cada uma das bobinas influi com certa força magnética sobre o imã permanente.

Figura 9.1 - Instrumento de bobinas cruzadas

Se a tensão é igual em ambas as bobinas seus efeitos magnéticos contrários se equilibram, o

que significa que as bobinas se ajustam sobre um valor central (médio). Neste instrumento, portanto,

a posição zero não é obtida por meio da força de molas, mas sim pela existência de correntes iguais

em ambas as bobinas. Se cada uma das bobinas estiver ligada à tensão diferente, então apresentam-

se também campos magnéticos de intensidade diferente, do que resulta que o campo mais forte irá

determinar a deflexão do corpo da bobina. Disto se pode concluir que o instrumento de bobinas

cruzadas apenas se destina a indicar diferenças de tensões. Seu emprego é encontrado sobretudo na

medição de resistências, assim como na de temperaturas e pressões, à distância. para estas

finalidades as tensões correspondentes são enviadas ao instrumento por meio de um divisor de

tensão, que se altera em função da temperatura ou pressão.

60

X – 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.

Figura 10.1 – Instrumento Eletrostático

61

XI – VOLTÍMETROS


Os Voltímetros são instrumentos destinados a medir a tensão. Pode ser de bobina móvel, ferro

móvel ou eletrodinâmico.

A precisão dos voltímetros é tanto maior quanto maior a sua resistência interna. Assim, a

precisão de um instrumento de 100kV é menor do a de 1MV.

Sempre que usamos um voltímetro, devemos verificar se a escala escolhida é compatível com a

grandeza a ser medida. Por exemplo, se formos medir a tensão de aproximadamente 120 volts,

poderemos usar a escala de 0-150V, nunca uma escala menor, porque poderão ocorrer avarias no

instrumento. Caso não se saiba a ordem de grandeza da tensão a ser medida, deverá ser usada às

escalas mais altas.

Os voltímetros usuais medem tensões de até 500 a 600 volts (baixa tensão). Para se medir altas

tensões é necessário o uso de transformadores de potencial (TP), que transformam a alta tensão em

baixa tensão.

Para se efetuar a leitura da tensão, basta colocar os terminais do instrumento entre os dois

pontos do circuito e ler a grandeza na escala escolhida. As leituras mais precisas são aquelas

efetuadas no meio da escala. Abaixo apresentamos o aspecto físico de um voltímetro, o seu símbolo

e a maneira de como ligá-lo numa medição.

Figura 11.1 – Voltímetros

62

XII – AMPERÍMETROS


Os amperímetros são instrumentos destinados a medir correntes elétricas. Podem, a exemplo

dos voltímetros, ser dos tipos bobina móvel, ferro móvel e eletrodinâmicos. Ao contrário dos

voltímetros, os amperímetros são tanto mais precisos quanto menor for a sua resistência interna. A

sua ligação é sempre feita em série com o circuito a ser medido. Abaixo, vemos a fotografia de um

Amperímetro comumente usado e sua simbologia.

Figura 12.1 - Amperímetros

Antes de se usar o instrumento, deve-se escolher a escala adequada à grandeza da corrente a

medir, de modo que a leitura se efetue no meio da escala. Por exemplo, se a corrente a medir for da

ordem de 60 ampères, deve-se escolher a escala de 0-100A. Caso se desconheça a ordem de

grandeza da corrente a medir, deve-se escolher as escalas mais elevadas e, em seguida, trocar de

escala, efetuando-se a leitura na metade da escala escolhida.

Os amperímetros comuns têm escalas até 600 ou 800 ampères. Para leituras maiores, como é o

caso de instrumentos fixos em painéis, há necessidade de transformadores de corrente (TC) que

transformam valores elevados de corrente em valores pequenos (0-5A), as quais, conhecida a relação

de transformação do TC, permitem concluir a leitura real.

Na figura abaixo, vemos um tipo de amperímetro usado nos painéis de quadros elétricos.

Figura 12.2 – Amperímetros (2)

63

XIII – VOLT-AMPERÍMETRO TIPO ALICATE


Modernamente está muito difundido o uso de amperímetros portáteis do tipo ¨alicate¨, ou seja,

um instrumento que não precisa interromper o circuito par a ligação em série. Ele funciona usando o

principio da indução, ou seja, a corrente do condutor produz um campo magnético que induz f.e.m. no

circuito do instrumento, possibilitando a leitura em escalas convenientemente relacionadas com a

corrente a medir.

O volt-amperímetro tipo alicate apresenta os seguintes componentes básicos externos:

A Gancho (secundário de um TC) D Visor da escala graduada B Gatilho (Para abrir gancho) E Terminais para medição de tensão C Parafuso de Ajuste F Botão seletor de escala

Figura 13.1 - Volt-amperímetro tipo alicate

64

O volt-amperímetro tipo alicate apresenta os seguintes componentes básicos internos:

A Gancho (bobinado secundário do TC) E Terminais B Retificador F Seletor de escala C Resistor Shunt para medições amperimétricas G Resistor de amortecimento para medições voltimétricas D Galvanômetros

Figura 13.2 – Componentes básicos do volt-amperímetro tipo alicate

O principio 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.

Observações: Quando o volt-amperímetro tipo alicate é utilizado na medição de tensão elétrica,

ele funciona exatamente como um multiteste.

Na medição da corrente o gancho do instrumento deve abraçar um dos condutores do circuito em

que se deseja fazer a medição (seja no circuito trifásico como no circuito monofásico).

Figura 13.3 – Medição de corrente com volt-amperímetro tipo alicate

O condutor abraçado deve ficar o mais centralizado possível dentro do gancho

65

Figura 13.4 - Volt-amperímetro tipo alicate (2)

O condutor abraçado funciona como o primário do TC e induz a corrente no secundário (o próprio

gancho). Essa corrente secundaria é retificada e enviada ao galvanômetro do instrumento, cujo

ponteiro indicará, na escala graduada, o valor da corrente no condutor.

Os volt-amperimetros tipo alicate não apresentam uma boa resolução no inicio da sua escala

graduada, mesmo assim podem ser empregados nas correntes de baixos valores (menores que um

1A). Neste caso, deve-se passar o condutor duas ou mais vezes pelo gancho do instrumento.

Figura 13.5 - Volt-amperímetro tipo alicate (3)

Para sabermos o resultado da medição basta dividirmos o valor lido pelo numero de vezes que o

condutor estiver passando pelo gancho.

66

XIV – MEGÔHMETROS


Os Megôhmetros são aparelhos destinados a medir altas resistências, daí serem usados para

teste de isolamento de redes, de motores, geradores, etc.

Figura 14.1 - Megôhmetros

O Megôhmetro não é indicado para se medir mau contato de emendas de fios, chaves ou

fusíveis, pois neste caso a resistência do circuito é muito pequena e o instrumento não teria precisão.

O Megôhmetro é um gerador de corrente contínua acionado por manivela, tendo uma escala e

dois bornes de ligação. Em aparelhos modernos a tensão do gerador é mantida constante, qualquer

que seja a rotação da manivela.

Na figura abaixo vemos a indicação de um Megôhmetro de 500 volts, permitindo leituras de até

50megohms. Este instrumento será indicado quando a instalação ou o equipamento a medir for de

baixa tensão. Quando a instalação ou equipamento trabalhar em alta tensão, usam-se Megôhmetros

de até 5000 volts com escala de 10000 megohms.

67

Figura 14.2 – Megôhmetros (2)

14.2 Como usar o Megôhmetro

Pode-se medir a resistência do isolamento entre condutores ou entre condutores e eletroduto.

Para isso, abrem-se os terminais do circuito em uma das extremidades, e na outra extremidade ligam-

se os bornes do megôhmetro, inicialmente entre os condutores e depois entre cada condutor e a

massa (eletroduto). Deste modo, constata-se qual a resistência de isolamento.


68

De acordo com a NBR 5410, a resistência de isolamento mínima é a seguinte:

• Para fios de 1,5 e 2,5 mm2 – 1MΩ

• Para fios de maior seção é baseada na corrente do circuito, conforme tabela abaixo:

Tabela 14.1 – Corrente do circuito X Resistência de isolamento

Corrente do circuito Resistência de isolamento De 25 a 50 A 250.000 Ω

De 51 a 100 A 100.000 Ω De 101 a 200 A 50.000 Ω De 201 a 400 A 25.000 Ω De 401 a 800 A 12.000 Ω Acima de 800 A 5.000 Ω

Vamos supor, por exemplo, que num circuito de 1,5 mm2, aplicando o megôhmetro entre cada

condutor e massa, achamos uma leitura de 0,2 megohms; isso significa problemas de isolamento no

circuito que devem ser sanados antes da ligação definitiva. Pode-se medir também a resistência de

isolamento entre os enrolamentos de um motor e a massa. Uma boa isolação é de 1.000 ohms para

cada volt de tensão a ser aplicada no circuito.


69

XV – MEDIDORES DE POTÊNCIA


Os medidores de potência elétrica são conhecidos como wattímetros, pois sabemos que a

potência é expressa em watts por meio das fórmulas conhecidas:

P = U.I (corrente contínua)

P = U.I.cos (corrente alternada monofásica)

P = 1,73. U.I.cos (corrente alternada trifásica)

Onde: U: Tensão em volts;

I: Corrente em ampères;

cos ө: Fator de potência;

P: Potencia em Watts.

Assim, para que um instrumento possa medir a potencia de um circuito elétrico, será necessário

o emprego de duas bobinas: uma de corrente e outra de potencial.

A ação mútua dos campos magnéticos gerados pelas duas bobinas provoca o deslizamento de

um ponteiro em uma escala graduada em watts proporcional ao produto Volts x Ampères, conforme

figura abaixo. Note-se que a bobina de tensão ou de potencial está ligada em paralelo com o circuito,

e a bobina de corrente, em série.

Figura 15.1 – Medidores de potência

Os wattímetros só medem a potência ativa, ou seja, aquela que é dissipada em calor.

Conhecidas a potencia ativa P, a tensão U e a corrente I, podemos, determinar o fator de potência

(cos ө).

70

XVI – FREQÜENCÍMETROS


A medição da freqüência da corrente alternada pode efetuar-se por comparação com uma outra

freqüência conhecida e através de métodos denominados de ressonância

Os métodos comparativos são variados e de obtenção muito delicada, ficando restritos a

medições de laboratórios.

Os métodos de ressonância são usados na indústria e nas aplicações comuns, permitindo os

instrumentos deste tipo realizar leituras diretas.

16.2 Freqüencímetros Eletrodinâmicos

Os instrumentos eletrodinâmicos podem ser empregados para medir freqüência se os seus

circuitos forme executados eletricamente ressonantes.

Como regra geral possuem dois circuitos sintonizados: um deles em uma freqüência menor que

a mínima que pode indicar o instrumento, estando, o segundo circuito, em uma freqüência

ligeiramente superior à máxima.

Estes sistemas ressonantes podem ser combinados com sistemas eletrodinâmicos simples ou

com sistemas eletrodinâmicos de bobinas cruzadas.

Um Freqüencímetros do último tipo mencionado é apresentado na figura 16.1, instrumento que

funciona baseado no fato de que a corrente que circula através de uma reatância diminui ao aumentar

a freqüência, ao passo que aumenta ao circular por uma reatância capacitiva.

Figura 16.1 - Freqüencímetros Eletrodinâmicos

71

16.3 Freqüencímetros de Indução

Este instrumento é constituído por dois eletroímãs com núcleo de ferro laminado.

As expansões polares destes núcleos possuem espiras em curto-circuito que atuam como

enrolamento de partida, como se fosse um motor elétrico de indução.

Os campos alternados das correntes atravessam as espiras em curto-circuito como também o

disco, produzindo em cada eletroímã dois campos contíguos corridos em fase.

Cada campo criado tende a arrastar o disco em sentido contrário.

Na figura 16.2 o eletroímã está conectado à tensão da rede através de uma resistência R, e em

um domínio restrito de freqüência, sendo a intensidade da sua corrente praticamente proporcional à

tensão.

Figura 16.2 - Freqüencímetros de Indução

A bobina do eletroímã 2 está conectada à mesma tensão através de um circuito ressonante com

indutância L e capacitância.

Devido a localização excêntrica do eixo, ao girar o disco, varia a extensão afetada pelas corrente

de Foucault, mudando estas e modificando portanto os momentos de desvio.

Um dos momentos reduz-se aumentando o oposto.

O disco, que carece de momento diretor mecânico, permanece estacionário quando ambos são

iguais, mostrando assim, como medidor de quocientes, a relação entre as intensidades da corrente

nos eletroímãs.

Dado que a intensidade que atravessa 1 é proporcional à tensão e a que circula por 2 é

proporcional à tensão e à freqüência, a indicação do instrumento corresponde exclusivamente à

freqüência.

72

16.4 Freqüencímetros de lingüeta vibratória

Estes instrumentos baseiam-se em um princípio de ressonância mecânica.

A ressonância é um fenômeno físico verificado quando cessa a diferença entre os períodos dos

momentos vibratórios de um determinado corpo, o que lhe é próprio e o que ele recebe, isto é,

movimentos de vibrações forçadas cuja amplitude é máxima.

Assim, por um recurso qualquer, cria-se outro movimento oscilatório de igual freqüência,

denominando-se excitador ao primeiro sistema e ressonante ao segundo.

Uma lâmina de aço submetida à influência de um campo magnético alternado vibrará com

amplitude máxima quando a freqüência do campo magnético coincida com a freqüência própria da

ressonância da lingüeta.

Baseado nesse principio constroem-se Freqüencímetros denominados de lingüeta vibratória

como pode-se observar externamente na figura 16.3, para um aparelho de 50 a 60Hz, consumo

próprio de 8 a 10mA, para uma tensão de 110, 220, 380 e 440V e classe de precisão de 0,3% do

valor real.

Figura 16.3 - Freqüencímetros de lingüeta vibratória

O instrumento constitui-se por uma determinada quantidade de lingüetas de aço de 2 a 5mm de

largura, de o,1 a 0,4mm de espessura e de 20 a 60mm de comprimento.

Estas lingüetas possuem as extremidades anteriores dobradas e de cor branca, ajustando-se

mecanicamente para que possuam diferentes freqüências de oscilação própria, dispondo-se uma ao

lado da outra.

74

Se são excitadas mediante um campo alternado de um eletroímã, por ressonância, oscilará com

a máxima intensidade a lingüeta, cuja freqüência própria coincida com a da corrente excitante.

As lingüetas vizinhas oscilam também, mais ou menos, de maneira que, segundo seja o aspecto

da oscilação do conjunto, permite realizar uma leitura direta ou tomar um valor médio, figura 16.4

Figura 16.4 - Freqüencímetros de lingüeta vibratória (2)

75

XVII – TERROMETROS


O Terrômetro mede a resistência de sistemas de aterramento formados por estacas ou malhas

pequenas por medição da resistência de um laço de terra aproveitando a presença de aterramentos

vizinhos, sem a necessidade de utilizar estacas auxiliares próprias e sem desconectar o aterramento

sob teste.

Este instrumento é especialmente indicado para medir a resistência própria de um determinado

eletrodo que faz parte de um sistema de aterramento complexo. Também permite detectar

rapidamente a existência de conexões inadequadas e contatos de má qualidade.

Figura 17.1 – Terrometro Digital

76

17.2 Eletrodo de aterramento

Segundo a NBR 5410:2004, um eletrodo de aterramento pode ser constituído preferencialmente

das próprias armaduras embutidas no concreto das fundações, isso nos garante considerar que as

interligações sejam suficientes para garantir um bom aterramento com características elétricas

suficientes para dispensar qualquer outro tipo de aterramento suplementar, isto é, a tradicional haste

de aterramento.

O tipo de eletrodo a ser utilizado em uma edificação depende da resistência do solo, podendo ser

utilizada a própria fundação, haste de cobre, malha ou até mesmo chapa de cobre. Sendo assim cada

caso deve ser analisado individualmente, observando que a resistência obrigatoriamente deve ser de

no máximo 10 Ohms (verificada com o Terrômetro).

O aterramento em uma instalação tem, como finalidade de dissipar no solo a corrente de fuga,

sem provocar tensões de passo perigosas e mantendo baixa a queda de tensão na resistência de

terra. Os condutores de um sistema de terra são denominados eletrodos e podem ser introduzida nas

posições VERTICAL, HORIZONTAL ou INCLINADA.

A resistência característica do solo, é que vai determinar sua resistividade que pode ser definida

como a resistência entre faces opostas de um cubo de aresta unitária construído com material retirado

do local ou pode-se medir com instrumento chamado TERRÔMETRO (Método de Wenner) com 4

terminais (duas de corrente e duas de tensão), separadas eqüidistantes uns dos outros.

Figura 17.2 – Terrometro Analógico

Quando a distância a for pequena, a resistividade corresponde às primeiras camadas do terreno,

à medida que a distância entre as hastes vai sendo aumentada, vão sendo incluídas as camadas

inferiores, para efeito de padronização são utilizadas distâncias de 2, 4, 8, 16, 32, 64 e 128 metros e

são realizadas medições em varias direções no terreno.

77

17.3 Cuidados na medição

Quando conectar os cabos assegure-se de que eles estejam separados. Caso a medição seja

realizada com os cabos trançados ou encostados uns aos outros, a leitura da medição poderá ser

afetada devido a tensão indutiva.

Se a resistência das estacas auxiliares for muito alta, a precisão das medidas será afetada.

Assegure-se de que as estacas estão fixas em uma região úmida. Também assegure-se de que as

conexões estão corretas.

Caso o valor medido seja superior a 10 ohms, deve-se tentar redução por um dos métodos a

seguir.

Para se reduzir a resistência de terra usa-se um dos seguintes métodos, a saber:

• Hastes profundas: Existem no mercado, hastes que podem ser prolongadas por buchas

de união; o instalador vai cravando as secções através de um martelete e medindo a

resistência até chegar ao valor desejado. Alem do efeito do comprimento da haste tem-

se uma redução da resistência pela maior umidade do solo nas camadas mais

profundas, sendo que não devem ultrapassar a 18 mts de profundidade, pois causariam

indutância elevada.

• Sal para melhorar a condutividade do solo: Este método permite obter resistências mais

baixas; o inconveniente é que o sal (normalmente o Nacl) se dissolve com a água da

chuva e o tratamento que ser renovado a cada 2 ou 3 anos ou ainda menos dependendo

do tipo de terreno.

• Tratamento Químico: neste método o eletrodo é mantido úmido por um GEL que absorve

água durante o período de chuva e a perde lentamente no período de seca, deve-se

tomar cuidado no uso deste método com o uso de hastes de aço galvanizado devido o

ataque corrosivo, no Brasil é conhecido pelo nome do Fabricante + gel. Ex: Aterragel,

Ericogel, Laborgel etc.

• Uso de eletrodos em paralelo: quando os eletrodos são verticais pode-se colocar hastes

a uma distancia no mínimo igual ao comprimento, em disposição triangular, retilínea,

quadrangular ou circular. A distancia mínima esta relacionada com a interferência entre o

mesmo e sua redução.

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17.4 Conclusões e recomendações

O tipo de eletrodo a ser utilizado em uma edificação depende da resistência do solo, podendo ser

utilizada a própria fundação, haste de cobre, malha ou até mesmo chapa de cobre. Sendo assim cada

caso deve ser analisado individualmente, observando que a resistência obrigatoriamente deve ser de

no máximo 10 Ohms (verificada com o Terrômetro).

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BIBLIOGRAFIA

ROLDAN, José - Manual de Medidas Elétricas – Editora Hemus

TORREIRA, Eng. Raul Peragallo – Instrumentos de Medição Elétrica – Editora Hemus – 3a Edição

CREDER, Hélio – Manual do Instalador Eletricista – Editora LTC – 2a Edição

FONSECA, Alex – APOSTILA DE ELETRICIDADE – Departamento de Engenharia Química – Faculdade de

Ciências Humanas de Aracruz.

Catálogo Técnico – Instrumentos de Medição - MINIPA

BRONGAR. Francisco Carlos e MEDINA Ricardo Luiz Rilho – Apostila de Medidas Elétricas – CEFET-RS

eletricista forÇa e controleacademico.riogrande.ifrs.edu.br/~jose.eli/apostilas/prominp/... ·...

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